專利名稱：玻璃化金剛石磨石的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種用玻璃化粘合劑(vitrified binder)結合的金剛石磨石的制造方法。
背景技術：
以往玻璃化金剛石磨石(vitrified diamond whetstone)是在氮氣氣氛下燒成的。其理由在于，如果金剛石磨粒是在空氣中加熱，則從大于等于650℃的溫度開始，磨粒重量會急劇地減少，在800℃附近金剛石磨粒就會燒損消失。其原因被認為是，與空氣中的氧反應，產生二氧化碳氣，簡而言之就是燃燒掉(1985年1月號機械與工具P156；本數據轉引自R.C.DeVries“Technical information series Cubic BoronNitride；handbook of Properties”GE公司June 1972年)。由此，一般來說，玻璃化金剛石磨石的燒成是在大于等于650℃的高溫下，在非氧氣氛下，例如氮氣氣氛下進行的。
另一方面，作為在空氣氣氛或非氧氣氛下，在小于等于650℃燒成玻璃化金剛石磨石的例子，在特開昭60-67078號公報中公布有用磷酸鋁類粘合劑在燒成溫度100℃下燒成的例子，在特開2001-71268號公報中公布有用所記載的無機粘接劑在燒成溫度150～300℃下燒成的例子，特開2002-18726號公報中公布有用Li2O-ZnO類粘合劑在燒成溫度590℃下燒成的例子等。
另外，作為涉及玻璃化金剛石磨石的空氣氣氛下的燒成的技術，在特公平8-18254號公報中公布有如下的內容，即，在混合軟化點小于等于650℃的玻璃質粘合劑的粉末而成形后，在燒成時，在溫度達到大于等于650℃以前，金剛石磨粒就被玻璃質粘合劑覆蓋，其后在大于等于650℃下燒成。
非專利文獻1機械と工具1985年1月號156頁專利文獻1特開昭60-67078號公報專利文獻2特開2001-71268號公報專利文獻3特開2002-18726號公報專利文獻4特公平8-18254號公報但是，在氮氣氣氛下燒成的玻璃化金剛石磨石有金剛石磨粒的保持力弱的問題。即，一般來說，在氮氣氣氛下燒成的玻璃化粘合劑與在空氣氣氛下燒成的玻璃化粘合劑相比，強度較差。另外，已知金剛石一般來說為惰性，金剛石與其他的物質的粘接性不太強，特別是與主要構成玻璃化粘合劑的玻璃的粘接性不強，這對于本領域技術人員來說是一般性的認識。由此，現有的玻璃化金剛石磨石為了確保金剛石磨粒的保持力，需要使用大量的粘合劑，然而這樣的話，磨石的氣孔率就會減少，從而有形成鋒利度很差的磨石的問題。因此，現實狀況是，玻璃化金剛石磨石很少被使用。
另外，所述3件現有技術(專利文獻1～3)的例子中，是在不會引起金剛石磨粒的重量減少的小于等于650℃的燒成溫度下燒成，由于磨石的強度不高，磨粒的保持力低，因此無法獲得具有耐久性的磨石，從而未充分利用來之不易的金剛石磨粒的特性。而且，如特公平8-18254號公報中所記載的那樣，提出了在玻璃質成分中使用作為對于降低玻璃的軟化點有效的成分的鉛成分的方案，然而由于鉛對于人體來說是非常有害的成分，因此被認為有環境上的問題，最近并未使用采用了鉛成分的玻璃化磨石。
另一方面，當作為低軟化點玻璃，將如上所述3件現有技術中所記載的玻璃化粘合劑在大于等于650℃下燒成時，粘合劑的流動性變高，引起過多的反應，產生磨石膨大的現象，因此認為無法制造磨石。
為了提高磨粒的保持力，除了粘合劑的流動性以外，粘合劑的熱膨脹系數也很重要。考慮到這一點，需要使用與金剛石同樣地被處理，而磨粒硬度次于金剛石的CBN磨粒(將金剛石和CBN統一稱作超硬磨粒。)。由于CBN磨粒不會像金剛石等那樣，因加熱而重量減少，因此一般來說在650～950℃的空氣氣氛(有時根據情況而設為氮氣氣氛)中燒成。作為CBN磨粒的粘合劑，一般來說可以恰當地使用硼硅酸玻璃。CBN磨粒與金剛石磨粒相比時，對玻璃質粘合劑具有活性。另外，由于CBN磨粒和熱膨脹系數更為良好地匹配，因此能夠形成良好的磨石。金剛石磨粒也是與CBN磨粒相同的熱膨脹系數，當不與CBN磨粒用玻璃化磨石相同地匹配熱膨脹系數時，則無法形成磨粒保持力良好的玻璃化金剛石磨石，一般來說，軟化點低的玻璃成分有熱膨脹系數高的傾向。作為使玻璃軟化的代表性的成分，使用一價的堿金屬(Na、K、Li)，然而由于它會升高玻璃化粘合劑的熱膨脹系數，因此不宜大量使用。
雖然在特公平8-18254號公報中，利用Pb成分代替一價的堿金屬，然而對于一價的堿金屬的量與玻璃質粘合劑的軟化點及熱膨脹系數的關系、由之得到的鋒利度良好的具有耐久性的玻璃化金剛石磨石的制造并沒有相關論述。
另外，一般來說硼硅酸玻璃的軟化點較高，不符合特公平8-18254號公報中所要求的小于等于650℃的軟化點，硼硅酸玻璃的代表例Pyrex(注冊商標)玻璃等熱膨脹系數為3.2×10-6，與金剛石磨粒及CBN磨粒匹配，然而軟化點為較高的溫度，在與所述磨粒的粘接性方面有問題。另外，一般來說硼硅酸玻璃容易因熱處理溫度而產生分相，特別是在低溫加熱處理的情況下產生分相，分相后的SiO2成分成為方英石晶體。由于其在200～300℃下會產生急劇的體積變化，因此會在玻璃化粘合劑中產生裂縫。由此，硼硅酸玻璃無法在燒成溫度小于等于650℃下使用。
根據以上的方面，為了獲得具有耐久性、鋒利度良好的玻璃化金剛石磨石，需要使與金剛石磨粒的良好的粘接性和熱膨脹系數匹配，作為滿足這些條件的玻璃化粘合劑，使用了與CBN磨粒一起使用的硼硅酸玻璃，然而在氮氣氣氛燒成中，有金剛石磨粒的保持力不足的問題。
另外，所述的現有技術的玻璃化粘合劑中，不是因環境問題而無法使用的材料，就是雖然可以在小于等于650℃的低溫下燒成，然而磨粒的保持力不足的材料。
總之，為了提高磨粒的保持力，需要磨粒與玻璃化粘合劑的熱膨脹系數的匹配及良好的流動性，然而對于金剛石磨粒的情況，一般來說為惰性，與其他的物質的粘接性差，即，無法獲得由化學反應形成的粘接構造。由于在空氣氣氛中，在大于等于650℃的加熱下，會引起急劇的重量減少，因此有無法在空氣氣氛中燒成的問題。
另外，當使用小于等于650℃的低軟化點的玻璃化粘合劑時，在小于等于650℃的燒成中熱膨脹系數不匹配。另外，如果在大于等于650℃下使用所述粘合劑進行燒成，則會有產生磨石的膨脹的問題。
發明內容
鑒于所述的諸多問題，本發明的目的在于，提供如下的方法，即，利用以往根據本領域技術人員的認識認為是不可能的空氣氣氛下大于等于650℃的燒成，制造鋒利度良好而且具有耐久性的玻璃化金剛石磨石。
用于解決所述問題的本發明的制造方法是包括將玻璃化粘合劑與金剛石磨粒的混合物在空氣氣氛下燒成的工序的玻璃化金剛石磨石的制造方法，其特征是，將包含具有高于650℃的軟化點的玻璃化粘合劑的混合物在700℃～900℃的空氣氣氛下燒成。
另外，本發明的制造方法優選使用具有50～65wt％的SiO2、5～15wt％的Al2O3、15～25wt％的B2O3、1～6wt％的RO(RO為從CaO、MgO及BaO中選擇的至少一種)及4～10wt％的R2O(R2O為從K2O、Na2O及Li2O中選擇的至少一種)的化學組成的玻璃化粘合劑。
另外，本發明的制造方法優選在所述玻璃化粘合劑中添加1～10wt％的陶瓷微粉使用。
另外，本發明的制造方法優選所使用的所述玻璃化粘合劑是在將由該玻璃化粘合劑成形的高度/直徑的比率為0.79的圓柱狀顆粒暴露于燒成溫度下的流動性測試中，具有利用燒成而使顆粒的高度/直徑的比率為0.1～0.6的流動性的材料。
另外，本發明的制造方法優選使用被金屬或無機材料覆蓋了的金剛石磨粒。
另外，本發明的制造方法中，所述混合物除了所述金剛石磨粒以外，也可以還含有從由立方晶氮化硼磨粒、氧化鋁類磨粒、碳化硅類磨粒、硅石、氧化鈰及莫來石構成的組中選擇的大于等于1種的磨粒。
另外，本發明的制造方法中，所述混合物也可以還含有作為氣孔形成劑的有機粉體或無機中空體。
本發明的玻璃化金剛石磨石的制造方法由于使用軟化點高于650℃的給定的玻璃化粘合劑，在700℃～900℃的空氣氣氛下燒成，因此與以往的在氮氣氣氛下燒成的情況或使用低溫軟化的玻璃化粘合劑的情況相比，會帶來玻璃化金剛石磨石的耐久性大幅度的提高，另外，在各種研削作業中，會帶來大幅度的作業效率的提高及被研削物品的質量提高。
圖1是表示利用加熱測試2得到的熱重量及示差熱分析的結果的圖表。
圖2是表示流動性及浸潤性測試中所使用的金剛石板及粘合劑墊塊的立體圖。
圖3作為流動性及浸潤性測試的結果，是表示燒成后的各粘合劑墊塊的照片。
圖4作為磨粒的熱處理測試的結果，是表示未處理及熱處理后的磨粒的各表面的SEM照片。
具體實施例方式
首先，發明人不拘于以往的技術常識，判斷了機械と工具1985年1月號156頁(所述的非專利文獻1)所示的金剛石的燒損是否可以再現。如下述實施例1中所示，出乎意料之外，在大于等于650℃下并未引起急劇的重量減少，在850℃下，也有大于等于60％的殘存率(在非專利文獻中，將會完全地消失)。根據該結果，與金剛石在大于等于650℃會急劇地燒損的技術常識不同，使用金剛石磨粒在燒成溫度大于等于650℃的空氣氣氛下也可以燒成。
例如，根據特公平8-18254號公報(專利文獻4)，有如下的記載，即，如果在用具有小于等于650℃的軟化點的玻璃(glass)質粘合劑覆蓋，將金剛石磨粒與空氣隔斷的狀態下燒成，則在900℃附近也能夠燒成。但是，本發明人的實驗的結果是，如上所述，即使在空氣氣氛下，也能夠實現大于等于650℃的燒成，伴隨著該發現，發現使用軟化點大于等于650℃的玻璃化粘合劑，能夠在空氣氣氛下，實現大于等于650℃，具體來說是在700～900℃下的燒成。此外，正如已經敘述的那樣，有可能使在CBN磨粒等中所使用的硼硅酸玻璃質玻璃化粘合劑可以良好地使用，著眼于這一點，進行了進一步的研究。
首先，對適用于本發明中的玻璃化粘合劑的詳細情況進行說明。
在本發明中所使用的玻璃化粘合劑中，含有硼硅酸玻璃類的粘合劑，考慮到粘合劑的流動性與熱膨脹系數，其化學組成優選50～65wt％的SiO2、5～15wt％的Al2O3、15～25wt％的B2O3、1～6wt％的RO(RO為從CaO、MgO及BaO中選擇的至少一種)及4～1Owt％的R2O(R2O為從K2O、Na2O及Li2O中選擇的至少一種)。
當SiO2低于50wt％時，則熱膨脹系數升高，并且軟化點降低過多。當多于65wt％時，則軟化點升高過多，金剛石磨粒的保持力不足，另外硼硅酸玻璃質的穩定性消失，產生分相現象。
當Al2O3低于5wt％時，則軟化點降低過多，并且硼硅酸玻璃質的穩定性消失，產生分相現象，當多于15wt％時，則軟化點升高過多，金剛石磨粒的保持力不足。
當RO(RO為從CaO、MgO及BaO中選擇的至少一種)少于2wt％時，則軟化點升高過多，粘合劑的流動性不足，當多于6wt％時，則軟化點降低過多。
當R2O(R2O為從K2O、Na2O及Li2O中選擇的至少一種)少于4wt％時，則軟化點升高過多，粘合劑的流動性不足，當多于10wt％時，則熱膨脹系數升高過多。
而且，在所述玻璃化粘合劑中，作為所述的成分之外的無機元素或調整材料，可以添加微粉狀的陶瓷材料。例如，可以添加1～10wt％的微粉狀的陶瓷材料。從添加效果的觀點考慮，優選大于等于1wt％，從確保流動性的觀點考慮，優選小于等于10wt％。作為此種添加劑的代表例，可以舉出莫來石、鋯石、氧化鋁、コ-デイライト、鋰輝石、鋰鋁硅酸鹽類晶體等。
玻璃化粘合劑的軟化點是在將0.55～0.75mmΦ、長度235mm的纖維以4～6℃/分鐘加熱時，伸長達到1mm/分鐘時的溫度，粘度被定義為大約107.6泊(玻璃的辭典朝倉書店376頁從下數第6～3行)。
本發明中所使用的玻璃化粘合劑的軟化點為大于等于650℃，優選大于等于675℃，更優選大于等于700℃，特別優選大于等于750℃。此種較高的軟化點的設定會帶來如下的好處。即，如果將硼硅酸玻璃類的玻璃化粘合劑的軟化點設為小于等于650℃，則需要添加很多軟化促進成分R2O(R2)，此時，熱膨脹系數升高。在本發明的燒成條件下，硼硅酸玻璃類的玻璃化粘合劑的特性被激活。
另一方面，軟化點的上限溫度為給定燒成溫度，即設為小于等于700℃、小于等于725℃、小于等于750℃、小于等于800℃、小于等于850℃以及低于900℃的溫度即可。當超過這些給定的上限值時，則金剛石磨粒的保持力就容易不足。
玻璃化粘合劑的流動性在判斷金剛石磨粒與玻璃化粘合劑的保持力方面十分重要。根據該觀點，本發明中所使用的玻璃化粘合劑最好具有可以在下述流動性測試中確認的給定的流動性。
向直徑為25.4mm的模具中填充玻璃化粘合劑15g，以高度20mm進行成形。將該成形后的圓柱狀顆粒放置在陶瓷、陶瓷復合材料或耐火物之上，它們是表面上沒有凹凸并且盡可能光滑的板狀，而且在給定燒成溫度下不會變質。將該圓柱狀顆粒在與磨石燒成相同條件的燒成溫度下燒成。測定燒成后取出的圓柱狀顆粒的直徑(最大的部分)和高度，求得顆粒的高度/直徑的比率，將其作為流動性。
本發明中，優選使用具有如下的流動性的玻璃化粘合劑，即，在所述流動性測試中，燒成后的顆粒的高度/直徑的比率達到0.1～0.6的范圍。當流動性小于0.1時，則不適于正常的磨石的制造，另外，當大于0.6時，則磨粒保持力就容易減少。所述流動性優選0.15～0.55，更優選0.2～0.50。
本發明的玻璃化金剛石磨石最好磨粒體積率為10～55％，氣孔體積率為10～70％。其粘合劑率是從100中減去磨粒體積率及氣孔體積率后的值。當制造高氣孔率的磨石時，作為氣孔形成劑可以使用有機粉體或無機中空體。有機的氣孔形成劑是調整為給定的粒度而與磨石原料混合，通過其在燒成中消失而作為出現的空洞部來形成氣孔的物質。另外，無機中空體優選中空狀的玻璃或陶瓷質，具有高于給定燒成溫度的軟化點。所使用的無機中空體殘存于燒成的磨石中，其中空部分成為氣孔。氣孔形成劑的種類及添加量可以考慮磨石所使用的研削條件等而適當地決定。
在本發明的磨石的制造中，雖然可以將金剛石磨粒單獨使用，也可以將其與其他的磨料組合使用。在能夠與金剛石磨粒一起使用的其他的磨粒中，主要包含從由立方晶氮化硼磨粒、氧化鋁類磨粒、碳化硅類磨粒、硅石、氧化鈰及莫來石等構成的組中選擇的大于等于1種磨粒。這些是示例性的列舉，只要不脫離本發明的目的，也可以使用在這里未列舉出的其他的磨粒。
本發明中所使用的金剛石磨粒的粒度范圍雖然可以在粒度表示為16/18的粗目粒度～#10000(平均粒徑小于1μm)的范圍中使用，然而優選60/80～#5000的范圍，更優選100/120～#3000的范圍，特別優選120/140～#1000的范圍。
在本發明中所使用的金剛石磨粒中，雖然可以使用在表面未進行被覆處理的磨粒，然而如果使用在金剛石磨粒表面用金屬或無機材料被覆了的磨粒則更為良好。
本發明的制造方法的優選的方式中，將金剛石磨粒作為磨料，使用所述成分的硼硅酸玻璃質并且軟化點大于等于650℃的玻璃化粘合劑，將磨石成形，在700～900℃的空氣氣氛下燒成。根據本法，不會有金剛石磨粒意外地燒損的情況，可以制造良好的玻璃化金剛石磨石。本說明書中未公布的其他的制造條件等詳細情況可以使用在該技術領域中成為技術常識的公知的方法、條件。對于本領域技術人員來說，通過基于本發明的公布內容適當地追加或改變條件，應當能夠實施本發明的所有的方式。
利用本發明制造的磨石不僅可以用于圓筒研削，還可以應用于平面研削、內面研削，作為被削材料，可以在超硬、硅、氧化鋁、碳化物、氮化物、藍寶石、石英、各種玻璃、陶瓷材料等脆硬性材料的研削研磨中使用。
以下，將本發明的實施例與比較例一起進行說明，然而這些只是例證本發明的實施可能性及有用性的例子，對于本發明的構成沒有任何限定。
實施例[金剛石磨粒的加熱測試]將金剛石磨粒加熱為高溫，確認了因加熱造成的重量減少。
(加熱測試1)對GE公司制MBG660目數120/140的金剛石磨粒進行了下述的加熱測試。
加熱測試的條件將所述的磨粒2g放入白金坩鍋，在空氣氣氛中，在最高保留溫度580℃、630℃、700℃、800℃、850℃、950℃下保持了7小時后，根據加熱前和加熱后的重量變化算出了加熱殘存率。將測試結果表示于表1中。
如表1所示，雖然在950℃下會完全燒損，然而在800℃下還剩余72.5％，在850℃下還剩余61.5％，至少不像現有技術(非專利文獻1)中所記載的那樣在800℃下完全地消滅。關于加熱時間，根據非專利文獻的數據，保留時間為3小時，然而本測試為7小時，因而本測試的條件更為嚴酷。盡管如此，由于在空氣氣氛中的加熱殘留率方面獲得了很高的值，因此說明金剛石磨粒的在空氣氣氛中的加熱殘存率不一定會急劇地減少，在800℃不會完全消滅。根據本測試，與很長時間以來成為技術常識的事實相反，能夠使用所述金剛石磨粒，在空氣氣氛下高溫燒成，由此可以制造強度高的玻璃化金剛石磨石。
(加熱測試2)使用熱重量/示差熱分析裝置(精工儀器(株)(SII)制TG/DTA6300)，對GE公司制MBG600T目數230/270的金剛石磨粒進行了熱分析。將所述的磨粒0.05g投入直徑5.2mm、高度2.5mm的杯形狀的鉑皿中，以10℃/min升溫，測定了其重量變化。
圖1對所述磨粒表示了TG(熱重量)及DTA(示差熱)的溫度依賴性。如同圖中所示，從650℃附近磨粒重量開始減少，在900℃大于等于80％都消失。
采用所述的測試結果，使用給定的玻璃化粘合劑和所述金剛石磨粒，制造測試磨石，測定了彎曲強度。本測試中，將空氣氣氛中的燒成作為實施例1，將氮氣氣氛中的燒成作為比較例1(參照表3)。
測試磨石的制造作為玻璃化粘合劑，使用了下述表2的化學組成(wt％)、軟化點為800℃、熱膨脹系數為5.5×10-6的材料。
磨料的混合比設為RVG230/270(GE公司制)為1000重量份，玻璃化粘合劑為250重量份，一次粘合劑為80重量份，設定磨粒體積率(Vg)＝50，粘合劑體積率(Vb)＝20，氣孔體積率(Vp)＝30。在將所述的原材料均勻地混合后，填充于模具中，制成了43×5×12(mm)的長方體。在40℃下干燥了12小時后，在給定的條件下燒成，對于所得的各測試磨石，依照下述的順序測定了彎曲強度。
彎曲強度的測試順序依照JIS規格(精細陶瓷的彎曲強度試驗方法R1601、1995)，對各測試磨石以跨度間距30mm、載荷下降速度0.5mm/min進行了3點彎曲強度測試。對于各測試樣品取了3次的平均值。
表3中表示本測試的燒成條件和結果。
如表3所示，利用實施例1的空氣氣氛中的高溫燒成，與比較例1的氮氣氣氛下相比，彎曲強度達到大于等于2倍。
研削測試中所使用的磨石的原材料的混合比設為RVG230/270(GE公司制)為506重量份，碳化硅磨粒(SiC)#220為494重量份，具有所述的表2的化學組成的玻璃化粘合劑為250重量份，一次粘合劑為80重量份，調整為金剛石磨粒體積率(Vg)＝25，碳化硅磨粒體積率(Vg)＝25，粘合劑體積率(Vb)＝20及氣孔體積率(Vg)＝30。為了進行研削測試，制作了圓弧形狀的片段磨石。具體來說，在將所述的原材料均勻地混合后，填充于模具中，制成了32個具有長度39.41mm、厚度11mm、寬度6mm、曲率為R＝95mm的尺寸的片段磨石。
成形后的片段磨石在40℃下干燥了大于等于12小時后，將其中的16個在850℃的空氣氣氛中燒成(實施例2)，將剩余的16個在950℃的氮氣氣氛(比較例2)中燒成。
燒成的各片段磨石粘接在具有外周190mm、厚度10mm、軸孔50.8mm的尺寸的金屬基體件上，進行精加工，制造了具有外周200mm、厚度10mm、軸孔50.8mm的尺寸的1A1型的磨石。
用表4的條件進行了研削測試。
磨石尺寸Φ200×T10×II50.8mm含有金剛石的研磨層的厚度為3.0mm被削材料材質SiC尺寸Φ210×10mm研削盤岡本工作機械橫軸平面研削盤CNC-52B研削液クレカツトNS201(ソリユブル型)稀釋50倍工具墨液、修整條件修整器GC120G V修整器尺寸Φ125×T30×H50.8mm磨石線速度4.75m/s(454m-1)修整器線速度6.74m/s(1030m-1)最外周的速度修整速率0.98m/rev修整切入0.005mm/pass修整次數2次研削條件研削方式濕式橫貫研削磨石線速度25m/s(2388m-1)工作臺速度0.167m/s臺布輸送2mm/pass研削切入40μm/pass總切入0.48×2次研削測試的評價項目設為下述所定義的研削阻力、磨光面粗糙度及研削比。
研削比是用被削材料除去體積/磨石消耗體積求得的。
將磨石軸馬達的消耗電能設為W，作為612×W/線速度(60/100)求得。而切，作為線速度使用了所述磨石線速度。
依照JIS B0660(1998年)，所測試的磨石的磨光面的面粗糙度作為十個點的平均粗糙度Rz來測定。十點平均粗糙度Rz是從粗糙度曲線中沿其平均線的方向以基準長度抽取，從該抽取部分的平均線中沿縱向倍率方向測定，作為從最高的山頂到第5個山頂的標高Yp的絕對值的平均值與從最低的谷底到第5個谷底的標高Yv的絕對值的平均值的和而求得。本實施例中，Rz超過0.50μm而小于等于10.0μm，是依照了基準長度0.8mm及評價長度4mm的區分。
將研削測試的結果表示于表5中。
如表5所示，對于研削比，實施例2大大地高于比較例2。磨光面粗糙度也是實施例2的一方更好。
所述實施例1的磨石具有優良的彎曲強度和研削性能的原因被認為是，在空氣氣氛下的高溫燒成時，給定的玻璃化粘合劑在金剛石磨粒的表面上具有很高的流動性和浸潤性，在它們之間可以獲得牢固的粘接。為了證實該推測，進行了玻璃化粘合劑的流動性及浸潤性的測試以及金剛石磨粒的熱處理測試。
粘合劑的流動性及浸潤性測試如圖2所示，在長度5.0mm、內徑4.0mm、厚度1.2mm的金剛石板(エレメントシツクス公司制MWSL5012)上，放置所述表2中所示的化學組成的玻璃化粘合劑的3mm見方的墊塊，在與所述彎曲強度測試時相同的條件下，即，在850℃的空氣氣氛下或950℃的氮氣氣氛下進行了燒成。
圖3表示燒成后的各粘合劑墊塊。在850℃的空氣氣氛下的燒成中，粘合劑很好地流動化，對金剛石板良好地浸潤。在950℃的氮氣氣氛的燒成中，不像空氣氣氛的情況那樣流動化，浸潤也很少。當對它們的粘接力進行確認時，氮氣氣氛下的燒成物可以用指尖輕松地從金剛石板上剝離，而空氣氣氛下的燒成物就無法剝離。根據本測試的結果，在空氣氣氛中被高溫燒成的玻璃化粘合劑與氮氣氣氛的情況相比，對金剛石材料的浸潤性高，粘接力也優良。
金剛石磨粒的熱處理測試進行了觀察熱處理后的金剛石磨粒的表面的測試。將GE公司制MBG600T目數230/270的金剛石磨粒在磁性墊塊上展開，在700℃的空氣氣氛下加熱了100分鐘。磨粒重量的減少為4.94wt％。用SEM觀察了加熱處理后的金剛石磨粒的表面。
圖4表示未被熱處理的磨粒和被熱處理了的磨粒的各表面的SEM照片。熱處理后的金剛石磨粒在其表面形成有微小的凹凸，這樣就使磨粒的表面積增大。
認為暴露于高溫的空氣氣氛中的磨粒表面與氧發生加熱反應而局部地燃燒，形成了亞微米尺寸的凹凸。雖然在理論上不會被束縛，然而由于利用所形成的凹凸可以在與粘合劑之間形成伴隨著錨定效應產生的粘接力，因此這樣就使磨粒保持力提高。
此外，一般來說，在金剛石磨粒中，在制造磨料時作為催化劑添加有少量的金屬，在本發明中，發現此種金屬催化劑在提高與玻璃化粘合劑的浸潤性及粘接性方面發揮了作用。根據所述加熱測試2中得到的TG-DTA加熱曲線，從650℃附近起至作為本熱處理測試的燒成溫度的850℃，顯示出產生5～10wt％的重量減少的情況。實際上，本熱處理測試中，在金剛石板中從650℃附近起產生了金剛石的燒損，觀察到金屬催化劑的露出。在金剛石板上露出的金屬由于在空氣氣氛下被氧所氧化，因此熔融了的玻璃化粘合劑就借助氧化金屬催化劑而在金剛石上良好地浸潤，或者它們發生粘接反應。像這樣，由于熔融了的玻璃化粘合劑可以順著因露出而氧化了的金屬催化劑而在金剛石板上流動，因此其流動性被促進，粘接性提高。
另外，如所述的流動性測試中所證實的那樣，在空氣氣氛下玻璃化粘合劑的玻璃化被促進，與氮氣氣氛下的情況相比，對金剛石表面的浸潤性提高。所以，在空氣氣氛下的高溫燒成中，利用粘合劑對磨粒表面的較高的浸潤性和磨粒表面上的凹凸的形成的相乘效應，可以獲得非常高的粘接力，可以制作磨粒的保持力得以改善了的高性能的磨石。
與現有技術的磨石的比較測試[彎曲強度]磨石的制造方法依照與所述的彎曲強度測試中所記載的內容相同的順序。
在實施例3的磨石中，使用了表2中所記載的化學組成的玻璃化粘合劑。該粘合劑首先是將莫來石以外的化學成分熔融而玻璃料化，其后通過添加給定的莫來石微粉而調制。
作為比較例3，如特公平8-18254號公報中所記載的那樣，將含有軟化點小于650℃的粘合劑的原材料在700℃的空氣氣氛下燒成而制作了磨石。
作為比較例4，如特開2002-18726號公報中所記載的那樣，將含有B2O3-ZnO類粘合劑的原材料在590℃的空氣氣氛下燒成而制作了磨石。
所述的各比較例中，使用了通過將給定的化學成分熔融玻璃化而調制的玻璃化粘合劑。
表6中，將比較例3及4的粘合劑的組成及其他的條件一并表示。
對于各磨石，與所述實施例1同樣地測定了彎曲強度。表7中表示測試結果。
對于所述的實施例3、比較例3及4的磨石測定燒成時的磨石重量的減少率，對與所述的結果的磨石強度的關系進行了考察。磨石重量的減少率是通過測定所述制造工序中的燒成前及燒成后的各磨石重量，利用算式(1-(燒成后的磨石重量)/(燒成前的磨石重量))×100算出的。表8中表示測定結果。
所使用的粘合劑由于玻璃料化(及添加了陶瓷微粉)，因此不含在燒成中減少的成分。另外，在各磨石的一次粘合劑中使用相同的物質。所以，磨石重量的減少率相當于從各磨粒的表面的金剛石的燒損量。
實施例3的磨石的燒成后的減少率與比較例3及比較例4相比高1％左右。即，實施例3的制造工序中，金剛石磨粒容易燒損。該金剛石的燒損是在對燒成溫度的升溫過程中引起的，令人意外的是，控制其升溫時的粘合劑的性質及磨粒表面的變化將有助于它們之間的浸潤性及粘接性的提高，具體來說，可以如下所示地說明。
金剛石的燒損量依賴于粘合劑的軟化點的高低。例如，實施例3中所使用的玻璃化粘合劑具有800℃的軟化點，在將燒成溫度升高至最終溫度850℃的過程中，直至燒成溫度超過軟化點800℃，金剛石磨粒表面的大部分能夠處于在空氣氣氛下露出的狀態。如所述的熱處理測試中所示，在空氣氣氛下，金剛石磨粒表面逐漸地燒損，在其表面形成凹凸，在含有金屬催化劑的磨粒中露出金屬成分。其后，當燒成溫度超過作為粘合劑的軟化點的800℃時，玻璃化粘合劑開始流動，在磨粒表面上展開，從而理想地引起玻璃化粘合劑與氧化金屬的反應，對磨粒表面的浸潤性提高，其結果是，在玻璃化粘合劑與金剛石磨粒之間可以獲得很高的粘接性。
比較例3及比較例4中，由于粘合劑的軟化點低于金剛石磨粒開始燒損的650℃，因此金剛石磨粒就能夠被在650℃下熔融了的玻璃化粘合劑覆蓋。由此，磨粒表面暴露于高溫空氣氣氛下的機會被剝奪，無法獲得在實施例3中所觀察到的所述的優點，主要由于該不同，產生了表8所示的彎曲強度的差。
由本測試的結果表明，在進行空氣氣氛下的燒成的情況下，制造所需的磨石時，像實施例3那樣，使用具有高軟化點的粘合劑及在充分高的溫度下燒成十分重要。
簡而言之，本發明與企圖通過使用在金剛石不會燒損的比較低的溫度下軟化的粘合劑而保護金剛石磨粒免于燒損的以往的技術不同，通過使用具有高于金剛石磨粒開始燒損的650℃的軟化點的粘合劑，引起空氣氣氛下的磨粒的適度的燒損，這樣就可以改善玻璃化粘合劑對金剛石磨粒的浸潤性及粘接性。其結果是，可以制造出磨粒的保持力提高了的具有良好的研削性能的磨石。
權利要求
1.一種玻璃化金剛石磨石的制造方法，包括將玻璃化粘合劑與金剛石磨粒的混合物在空氣氣氛下燒成的工序，其特征是，包括將包含具有高于650℃的軟化點的玻璃化粘合劑的混合物在700℃～900℃的空氣氣氛下燒成的工序。
2.根據權利要求1所述的制造方法，其特征是，使用具有50～65wt％的SiO2、5～15wt％的Al2O3、15～25wt％的B2O3、1～6wt％的RO(RO為從CaO、MgO及BaO中選擇的至少一種)及4～10wt％的R2O(R2O為從K2O、Na2O及Li2O中選擇的至少一種)的化學組成的玻璃化粘合劑。
3.根據權利要求1或2所述的制造方法，其特征是，在所述玻璃化粘合劑中添加1～10wt％的陶瓷微粉而使用。
4.根據權利要求1～3中任意一項所述的制造方法，其特征是，所使用的所述玻璃化粘合劑是在將由該玻璃化粘合劑成形而成的高度/直徑的比率為0.79的圓柱狀顆粒暴露于燒成溫度下的流動性測試中，具有利用燒成而使顆粒的高度/直徑的比率變為0.1～0.6的流動性的材料。
5.根據權利要求1～4中任意一項所述的制造方法，其特征是，使用被金屬或無機材料被覆了的金剛石磨粒。
6.根據權利要求1～5中任意一項所述的制造方法，其特征是，所述混合物除了所述金剛石磨粒以外，還含有從由立方晶氮化硼磨粒、氧化鋁類磨粒、碳化硅類磨粒、硅石、氧化鈰及莫來石構成的組中選擇的大于等于1種的磨粒。
7.根據權利要求1～6中任意一項所述的制造方法，其特征是，所述混合物還含有作為氣孔形成劑的有機粉體或無機中空體。
全文摘要
本發明提供一種如下的方法，即，利用在空氣氣氛下大于等于650℃的燒成，制造鋒利度良好而且具有耐久性的玻璃化金剛石磨石。本發明的制造方法是包括將玻璃化粘合劑與金剛石磨粒的混合物在空氣氣氛下燒成的工序的玻璃化金剛石磨石的制造方法，其特征是，所述混合物含有軟化點高于650℃的玻璃化粘合劑，包括將該混合物在700℃～900℃的空氣氣氛下燒成的工序。
文檔編號B24D3/00GK1905992SQ200580001458
公開日2007年1月31日 申請日期2005年1月27日 優先權日2004年1月28日
發明者山口昌三 申請人:吳諾頓株式會社