陶瓷結合劑超硬磨具的制造方法
【專利說明】
[00011 本申請是申請號為201310684283.1、發明名稱為"陶瓷結合劑超硬磨具及其制造 方法"的發明專利的分案申請。
技術領域
[0002] 本發明涉及一種磨具的制造方法，特別是涉及一種低氣孔率的陶瓷結合劑超硬磨 具的制造方法。
【背景技術】
[0003] 磨具是一種用于磨削、研磨及拋光的工具，大部分是由磨料添加結合劑制成，氣孔 是組成磨具的三要素之一，氣孔率的高低將直接影響磨具的強度、硬度及應用范圍。
[0004] 對于磨具而言，磨損主要是在磨削加工過程中，結合劑被破壞而引起磨粒的脫落， 而硬度表示磨粒在外力的作用下從磨具表面脫落的難易程度，即表示結合劑對磨粒的把持 力，硬度越高，把持力越大，磨粒越難脫落，磨具的壽命越高，而氣孔率越高將導致結合劑對 磨粒的把持力越小。
[0005] 當對陶瓷或石材等脆性材料的表面磨削加工或邊棱磨削加工時，都是線接觸式磨 肖IJ，排肩及冷卻效果非常好，對磨具氣孔率的要求不高，完全可以采用低氣孔率甚至無氣孔 的磨具，這樣可以提高磨具的硬度，從而提高磨具的使用壽命，提高磨具的性價比，降低磨 具原材料的耗用。
[0006] 在對軟鋼等韌性的材料加工磨削中，由于材料的韌性大，容易產生很長的切肩，結 合劑容易被切肩破壞或削除，造成磨具的異常磨損，而且切肩越長，異常磨損越劇烈。為了 降低磨具的異常磨損，應盡可能地減小磨具的氣孔率，當容肩槽很小時，堆積的切肩與新生 面再次熔融，等不到磨粒脫落，磨粒已經結束磨削。
[0007] 陶瓷結合劑超硬磨具由陶瓷結合劑與超硬磨料經壓制及燒結而成，同時具有陶瓷 結合劑及超硬磨料的特點，與其他磨具相比，它的磨削能力強，耐用度高、磨削時磨具的形 狀保持性好，加工出來的零件尺寸精度高，自銳性能好，修整間隔時間長，并適用于各種冷 卻液冷卻。
[0008] 傳統的陶瓷結合劑超硬磨具的制造方法為濕法成型、自由燒成的工藝，其先在原 料中添加臨時粘結劑，混合均勻后用壓機壓制出毛坯塊，烘干，并送入燒結爐中，在一定的 燒結條件下燒成，該方法制得陶瓷結合劑超硬磨具具有非常大氣孔率，通常在30%左右。 [0009]如果可以制造出低氣孔率的陶瓷結合劑超硬磨具，使陶瓷結合劑超硬磨具同時具 有強度高，硬度高及壽命長等優點，以及能夠應用到對韌性材料的磨削領域。
【發明內容】
[0010] 本發明的主要目的是提供一種制造低氣孔率的陶瓷結合劑超硬磨具的方法。
[0011] 為了實現上述主要目的，本發明提供的陶瓷結合劑超硬磨具的制造方法包括原料 準備步驟、冷壓步驟、干燥步驟、預燒結步驟及燒結熱壓步驟，該陶瓷結合劑超硬磨具包括 基體及磨料層，其磨料層原料包括超硬磨料、陶瓷結合劑及臨時粘結劑，且該磨料層的開口 氣孔率為5%以下。其中原料準備步驟為先將原料混合均勻，再加入臨時粘結劑并混合均勻； 冷壓步驟為把混合均勻的原料放入冷壓模具中壓制成坯塊，該坯塊的密度為制成的陶瓷結 合劑超硬磨具的設計密度的70%_90%，并脫模;干燥步驟為把脫模后的坯塊在常溫常壓下干 燥24小時;預燒結步驟為把經干燥后的坯塊放入熱壓磨具中，加熱至預燒結溫度并在預燒 結溫度下保溫1小時-2小時，該預燒結溫度為500攝氏度-650攝氏度;燒結熱壓步驟為經預 燒結步驟后的坯塊加熱至燒結溫度并在燒結溫度下保溫2小時-3小時，經保溫之后的坯塊 在5兆帕-10兆帕的壓力下熱壓至該坯塊的密度為制成的陶瓷結合劑超硬磨具的設計密度， 經熱壓之后的坯塊在上述燒結溫度下保溫0小時-0.5小時，并隨燒結設備冷卻至室溫，脫 模。
[0012] 由以上方案可見，原料中的臨時粘結劑用于冷壓步驟中將其他原料粘接一起形成 坯塊，其量只需使原料能冷壓成型就可;在冷壓步驟中，混合均勻的原料在冷壓模具中壓制 到設計密度的70%-90%，使坯塊的密度提高，易于成型，并將坯塊中大部分空氣擠壓出坯塊， 減小熱壓步驟中的氣體排出量，由于采用定容成型的方法進行壓制，所以只有坯塊的厚度 方向尺寸可壓制，當冷壓后密度太大，在熱壓步驟中坯塊受熱膨脹會損壞相應的模具，故不 能太大;在干燥步驟中，讓坯塊中的液體揮發，使后續的熱壓容易進行;在預燒結步驟中，當 把坯塊的溫度加熱至預燒結溫度，使臨時粘結劑及陶瓷結合劑中的低熔點成份受熱生成氣 體，經過1小時-2小時的保溫，為了讓它們盡量地生成氣體并排出；在燒結熱壓步驟中，把坯 塊加熱至燒結溫度并保溫時，讓陶瓷結合劑與超硬磨料粘接成型，保溫之后進行熱壓是為 了把坯塊壓制到設計密度，并把原料中由于受熱生成的氣體擠壓出坯塊，并將坯塊在燒結 致密化過程中產生的孔隙擠出，以制造出低氣孔率的磨具，熱壓之后保溫0小時-0.5小時， 為了緩解磨具中應力，防止冷卻過程產生裂紋。
[0013] -個具體的方案為，上述方法的預燒結步驟還包括熱壓工序，該熱壓工序是將經 保溫后的坯塊在5兆帕-10兆帕的壓力下熱壓，經熱壓后坯塊縮小的體積為臨時粘結劑的體 積。
[0014] 由以上方案可見，由于坯塊在加熱至預燒結溫度并進行保溫，使臨時粘結劑生成 氣體，通過熱壓可以將氣體及孔隙盡量地從坯塊中擠壓出，使后續燒結熱壓步驟中的熱壓 更容易進行。
[0015] 另一個具體的方案為，在預燒結步驟及燒結熱壓步驟中的升溫速率為3攝氏度/分 鐘-5攝氏度/分鐘。
[0016] 由以上方案可見，由于熱壓模具在裝坯塊時，預留了0.05毫米-0.1毫米的裝填孔 隙，其升溫速率不宜太快，防止升溫過快，防止坯塊與模具熱膨脹差異而脹壞模具。
[0017] 另一個具體的方案為，當超硬磨料為立方氮化硼，且陶瓷結合劑為立方氮化硼陶 瓷結合劑時，燒結溫度為870攝氏度-900攝氏度。
[0018] 另一個具體的方案為，當超硬磨料為金剛石，且陶瓷結合劑為金剛石陶瓷結合劑 時，燒結溫度為780攝氏度-830攝氏度。
[0019] 再一個具體的方案為，在燒結熱壓步驟中燒結設備冷卻至室溫的降溫速率小于5 攝氏度/分鐘。
[0020] 由以上方案可見，由于在坯塊冷卻過程中需防止冷卻過快導致熱應力過大而使坯 塊產生裂紋。
[0021] -個優選的方案為，該陶瓷結合劑超硬磨具的制造方法還包括還粘結與修整步 驟:將經上述燒結熱壓步驟之后的坯塊粘結于基體上，并修形及開刃，制成成品。
[0022] 另一個優選的方案為磨料層的原料還包括填料，按重量份數，超硬磨料為100份， 陶瓷結合劑為42-70份，臨時粘結劑為6-10份，填料為5-10份。
[0023] 再一個優選的方案為開口氣孔率是1.3%_4.2%。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明陶瓷結合劑超硬磨具的制造方法的工藝流程圖。
[0025]以下結合實施例及其附圖對本發明作進一步說明。
【具體實施方式】
[0026] 參見圖1，本發明陶瓷結合劑超硬磨具的制造方法由原料準備步驟S1、冷壓步驟 S2、干燥步驟S3、預燒結步驟S4、燒結熱壓步驟S5、及粘結與修整步驟S6構成;其中超硬磨料 選自金剛石或立方氮化硼；陶瓷結合劑選自與超硬磨料相對應的金剛石陶瓷結合劑或立方 氮化硼陶瓷結合劑;填料可選自剛玉或碳化硅等常用填料，以滿足不同用途的磨具對磨削 性能的要求;臨時粘結劑可選自糊精液或液體石蠟。
[0027] 陶瓷結合劑超硬磨具的制造方法第一實施例 本發明陶瓷結合劑超硬磨具的制造方法第一實施例的步驟如下： 原料準備步驟S1:按下表1中的規格及重量份數稱取金剛石、金剛石陶瓷結合劑、剛玉、 及糊精液或液體石蠟，先將金剛石、金剛石陶瓷結合劑及剛玉在三維混料機中混合2個小 時，再加入糊精液或液體石蠟混合均勻，并造粒； 冷壓步驟S2:把原料準備步驟中混合均勻并造粒的原料放入冷壓模具中，以定容成型 的方式把原料壓制成密度為2克/立方厘米的坯塊，進行脫模； 干燥步驟S3:把脫模之后的坯塊置于常溫常壓條件下干燥24小時； 預燒結步驟S4:把干燥后的坯塊放入石墨模具中，并裝配好石墨模具，把坯塊連同石墨 模具放入燒結爐中以3攝氏度/分鐘-5攝氏度/分鐘的升溫速率升至500攝氏度-550攝氏度 并保溫1小時，接著以定容成型的方式在壓機上壓制一次，壓力為5兆帕，經此次壓制之后， 經壓制后坯塊縮小的體積為臨時粘接劑的體積，不保壓； 燒結熱壓步驟S5:把經預燒結后的坯塊以3攝氏度/分鐘-5攝氏度/分鐘的升溫速率升 至燒結溫度，該燒結溫度為780攝氏度-830攝氏度，并保溫2小時，接著以定容成型的方式在 壓機上壓制至該模具的設定密度2.50克/立方厘米，壓力為5兆帕，不保壓，再在燒結溫度條 件下繼續保溫〇. 5小時，并隨燒結設備冷卻至常溫； 粘結與修整步驟S6:拆模，并將坯塊粘結于基體上，經修形及開刃后成為成品磨具。 [0028] 上述制造方法制得磨具通過排水法測得開口氣孔率為3.9%。
[0029]陶瓷結合劑超硬磨具的制造方法第二實施例 本發明陶瓷結合劑超硬磨具的制造方法第二實施例的步驟如下： 原料準備步驟S1:按下表1中的規格及重量份數稱取金剛石、金剛石陶瓷結合劑、剛玉、 及糊精液或液體石蠟，先將金剛石、金剛石