[發(fā)明專利]立方氮化硼砂輪用陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310142867.6
• 申請(qǐng)日: 2013-04-23
• 公開（公告）號(hào): CN103240683A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李志宏;武衛(wèi)杰;朱玉梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): B24D3/14
• 分類號(hào): B24D3/14;B24D3/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 張宏祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于磨削加工工具的，尤其涉及一種立方氮化硼（CBN）砂輪用陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑。

背景技術(shù)

遠(yuǎn)在石器時(shí)代，我們的祖先已經(jīng)開始使用玄武巖、沙巖等制成石制磨具來加工農(nóng)具、工具等。在21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，磨削加工依然是一種重要的切削加工方式，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。在現(xiàn)代機(jī)械制造領(lǐng)域中，磨削加工已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)精密與超精密加工最有效、應(yīng)用最廣泛的工藝技術(shù)，并且正朝著高速、高效、高精的方向快速發(fā)展。

磨削加工切除單位體積材料時(shí)需要非常高的能量輸入，這些能量除了少部分消耗于磨屑飛出的動(dòng)能和新生表面形成所需要的表面能外，絕大部分能量都在磨削弧區(qū)轉(zhuǎn)化為熱量。而這些熱量約有60～85%傳入工件，磨屑帶走約4～8%，砂輪帶走約10～16%，另外有極少部分以傳導(dǎo)和輻射形式散出。對(duì)于一些難以加工的材料而言，如鈦合金、高溫合金等，它們的導(dǎo)熱系數(shù)較低，在磨削過程中磨削弧區(qū)的熱量很難向材料內(nèi)部傳導(dǎo)，而瞬時(shí)聚集在工件表面形成局部高溫，甚至?xí)诠ぜ砻娉霈F(xiàn)燒傷、裂紋等問題。由于陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪具有剛性好、磨削鋒利、氣孔率可調(diào)，結(jié)合劑與磨料的結(jié)合強(qiáng)度高，對(duì)鐵族元素良好的化學(xué)惰性等優(yōu)點(diǎn)，從而成為難以加工材料德磨削加工的首選磨具。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，是克服現(xiàn)有的立方氮化硼砂輪用陶瓷結(jié)合劑的熱導(dǎo)率低、脆性大的缺點(diǎn)，提供一種耐火度低、熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率高、強(qiáng)度高，適合于立方氮化硼砂輪的陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑，以使其更好地滿足難加工材料磨削的需要。

本發(fā)明是向基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑中加入高導(dǎo)熱、韌性好的金屬粉，制備出同時(shí)兼具陶瓷結(jié)合劑氣孔率可調(diào)、自銳性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫和金屬結(jié)合劑熱導(dǎo)率高、韌性好等優(yōu)良性能的陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑。

向基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑中加入金屬粉，一方面，可以改善陶瓷結(jié)合劑的熱導(dǎo)率。在陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪的工作層中，立方氮化硼磨料具有很高的熱導(dǎo)率（1200W/m·K），而在工作層中起到黏結(jié)作用的陶瓷結(jié)合劑卻是熱的不良導(dǎo)體，嚴(yán)重阻礙熱量的傳遞，使得磨削熱不能有效、快速地散發(fā)出去，導(dǎo)致磨削區(qū)溫度太高，造成工件表面燒傷、砂輪粘附現(xiàn)象加重，最終導(dǎo)致工件加工質(zhì)量差，砂輪使用壽命短。本發(fā)明是向陶瓷結(jié)合劑中加入高導(dǎo)熱的填料，旨在提高陶瓷結(jié)合劑的熱導(dǎo)率，進(jìn)而提高陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪的熱導(dǎo)率，讓更多的磨削熱傳入砂輪，減少磨削區(qū)熱量，降低磨削溫度。

向基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑中加入金屬粉，另一方面，可以改善陶瓷結(jié)合劑的脆性。金屬對(duì)陶瓷基體的增韌機(jī)制主要有：裂紋橋接機(jī)制、裂紋偏轉(zhuǎn)機(jī)制和裂紋屏障機(jī)制，大量研究結(jié)果表明，韌性的提高主要來源于裂紋橋接機(jī)制。裂紋在陶瓷基體復(fù)合材料中擴(kuò)展時(shí)，作為第二相的金屬粒子在外力的作用下產(chǎn)生一定的塑性變形或沿晶界滑移產(chǎn)生蠕變，使裂紋擴(kuò)展應(yīng)力得到釋放，從而達(dá)到增韌效果。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

立方氮化硼砂輪用陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑，其原料組分及其質(zhì)量百分比含量為：10～25%B₂O₃，8～20%Al₂O₃，42～65%SiO₂，2～12%Li₂O，2～12%Na₂O，0～8%ZnO，2～10%Na₃AlF₆；在此基礎(chǔ)上，外加質(zhì)量百分比含量為2～15%的Cu粉或者Al粉。

所述陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑的耐火度低于700℃。

本發(fā)明的有益效果是，提供了一種立方氮化硼砂輪用陶瓷-金屬復(fù)合結(jié)合劑，該結(jié)合劑既具有氣孔率可調(diào)、自銳性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫，還兼具金屬結(jié)合劑熱導(dǎo)率高、韌性好的優(yōu)良性能，本發(fā)明還具有耐火度低、熱膨脹系數(shù)小、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

本發(fā)明采用常規(guī)的工業(yè)原料和常規(guī)的制備方法，首先制備陶瓷結(jié)合劑。