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    一、陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪應(yīng)用

    陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪具有金剛石陶瓷結(jié)合劑共同特點(diǎn)，與普通剛玉、碳化硅砂輪相比，它磨削力強(qiáng)，磨削時(shí)溫度比較低，砂輪磨損比較小;可以適應(yīng)各種冷卻液作用;磨削時(shí)砂輪形狀保持性好，磨出工件精度高;砂輪內(nèi)有較多氣孔，磨削時(shí)有利于排屑散熱，不易堵塞、不易燒傷工件;砂輪自銳性比較好，修整間隔時(shí)間長(zhǎng)，修整比較容易。因此陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家使用日益增多。

    隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，新型材料不斷增長(zhǎng)，機(jī)械加工向高質(zhì)量、高精度、高效率、自動(dòng)化方向不斷發(fā)展，陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪應(yīng)用范圍越來越廣，用量不斷增加。主要應(yīng)用于金剛石刀具、立方氮化硼刀具、硬質(zhì)合金及新型工程陶瓷材料粗磨、精磨及超精磨，金屬陶瓷、鑄鐵、陶瓷、寶石、鐵氧體，混凝土、耐火材料、纖維增強(qiáng)塑料磨削加工。

    金剛石刀具主要集PCD復(fù)合片、化學(xué)氣相沉積(CVD)涂層刀具單晶金剛石刀具等方面。選擇合理工藝參數(shù)，陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪研磨單晶金剛石，研磨效率比金屬結(jié)合劑砂輪高，磨耗比非常小，加工成本低，因此采用陶瓷結(jié)合劑砂輪研磨單晶金剛石，可極大提高破天研磨效率。磨削PCD刀具方面，由于樹脂結(jié)合劑較軟，磨削時(shí)容易變形，不能有效地磨削PCD刀具;金屬結(jié)合劑由于對(duì)磨粒結(jié)合能力太強(qiáng)而使砂輪自銳性差，磨削效率低，而且金屬結(jié)合劑砂輪會(huì)造成PCD刀具邊緣產(chǎn)生最最嚴(yán)重破壞;綜合磨削效率、砂輪耐用度及工件表面加工質(zhì)量，陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪磨削PCD刀具最合適選擇。

    細(xì)粒度陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪用于對(duì)鉻淬火鋼軸承滾柱做精密尺寸加工。

    陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪用于對(duì)汽車、拖拉機(jī)曲軸、液壓泵齒輪頸做精密加工。

    有較好韌性陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪用于對(duì)電視機(jī)顯像管螢光屏做粗磨精磨。用陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪加工集成電路用高性能硅片，加工精度高，加工粗糙度低，且磨后硅片無金屬離子污染，加工產(chǎn)品合格率高。

    新型工程陶瓷材料由于其自身優(yōu)良性能，如高硬度，高耐磨性，耐高溫性，抗腐蝕性,高剛度重量比，低密度極強(qiáng)化學(xué)惰性等，使其科學(xué)工業(yè)應(yīng)用日益廣泛。如MgO單晶體廣泛用高溫超導(dǎo)、薄膜基片、激光零件，這些新型材料使用，由于性脆，加工時(shí)易產(chǎn)生裂紋，往往也伴隨著大量加工問題。金剛石自然界最硬材料，用它制成砂輪解決了玻璃、陶瓷等高硬度材料加工問題。對(duì)于新發(fā)展氮化硅等工程陶瓷，用樹脂或金屬結(jié)合劑金剛石砂輪進(jìn)行磨削時(shí)，容易出現(xiàn)結(jié)合劑對(duì)磨粒把持力不夠，磨耗增大;或結(jié)合劑韌性過大，砂輪氣孔少，磨削力下降，砂輪磨鈍后難以修整等，使整個(gè)磨削加工比較困難。陶瓷結(jié)合劑陶瓷質(zhì)或玻璃質(zhì)，結(jié)合劑剛性好，能耐高溫，磨削時(shí)適于精修整，不會(huì)產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象。且陶瓷結(jié)合劑對(duì)磨粒粘附力強(qiáng)，棱角保持性能好，能進(jìn)行高精度磨削。另外，陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪制造過程可以進(jìn)行硬度氣孔上調(diào)整，有利于磨削性能提高，通過合理配比及生產(chǎn)控制，不會(huì)產(chǎn)生變形，這一點(diǎn)也使砂輪加工精度高原因。

  歸納起來用陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪磨削時(shí)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

    (1)磨削效率高;

    (2)具有很高耐磨性：砂輪耐磨性高，磨粒消耗少，特別磨很硬又很脆工件時(shí)最明顯;

    (3)磨削力小，磨削溫度低;

    (4)磨削工件精度高、表面質(zhì)量好，工件形狀保持性好。

    因此陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪陶瓷等一些特殊材料磨削加工，具有越來越明顯優(yōu)勢(shì)，金剛石砂輪發(fā)展有著良好前景。被認(rèn)為高速、高效、高精、低磨削成本、低環(huán)境污染高性能砂輪，具有越來越廣泛應(yīng)用，近來世界各國(guó)磨削工具競(jìng)相研究開發(fā)熱點(diǎn)。

    二、存在問題

    但由于金剛石特性，使它對(duì)陶瓷結(jié)合劑各項(xiàng)性能有特殊要求，因此目前國(guó)內(nèi)陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪還沒有得到廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)金剛石砂輪主要為樹脂金屬結(jié)合劑，陶瓷結(jié)合劑用量還很少。其主要原因：[1]由于生產(chǎn)金剛石砂輪用低溫結(jié)合劑，為降低耐火度，結(jié)合劑引入大量堿性物料，這樣得到低溫陶瓷結(jié)合劑，其各項(xiàng)性能(耐火度低，低熱膨脹系數(shù)，強(qiáng)度等)不易控制;[2]生產(chǎn)制造時(shí)，由于超硬材料惰性，使結(jié)合劑對(duì)磨粒潤(rùn)濕粘結(jié)能力差，降低了結(jié)合劑對(duì)磨粒結(jié)合強(qiáng)度，砂輪磨削加工時(shí)，磨粒脫落快，磨耗大;[3]磨削加工，由于陶瓷脆性大，砂輪使用時(shí)抗沖擊能力、抗疲勞性能都很差，使用容易發(fā)生脆裂現(xiàn)象，從而影響砂輪磨削特性，而且陶瓷導(dǎo)熱性能差，磨削區(qū)域局部溫度高，使超硬磨粒容易熱損耗，也會(huì)影響砂輪磨削特性。這就直接影響了陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪使用。

    三、研究現(xiàn)狀

    為解決上述問題，科技工作者從多方面進(jìn)行了研究，其低溫陶瓷結(jié)合劑性能影響陶瓷接合劑金剛石砂輪內(nèi)存質(zhì)量發(fā)展關(guān)鍵因素。因此，研究高強(qiáng)度、低溫、低膨脹系數(shù)等性能優(yōu)良低溫陶瓷接合劑國(guó)內(nèi)外超硬材料陶瓷砂輪研究重點(diǎn)。

    TanakaT，EsakiS，NishidaK等通過有選擇地砂輪內(nèi)增加氣孔數(shù)量大小，可以使超硬材料套次砂輪自銳性得到進(jìn)一步改善。

    JacksonMJ，BarlowN，MillsB通過控制超硬材料陶瓷砂輪內(nèi)氣孔結(jié)構(gòu)，使生產(chǎn)砂輪具有高粘結(jié)強(qiáng)度、磨削加工時(shí)有良好磨削效率冷卻性能。通過熱機(jī)械分析、Raman光譜分析等手段，Kuan-HongLin，Shih-FengPeng，Shun-TiabLin對(duì)燒結(jié)溫度、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)時(shí)間對(duì)超硬材料陶瓷砂輪燒成收縮率及金剛石燒損進(jìn)行了研究，并研究了了陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪燒結(jié)參數(shù)與磨削特性。俄羅斯學(xué)者選用超硬材料陶瓷結(jié)合劑配方主要以化學(xué)成分進(jìn)行配比，選擇硼玻璃或硼鉛玻璃體系作為理論研究對(duì)象。還對(duì)鉛玻璃結(jié)合劑進(jìn)行了比較深入研究，但鉛一種有毒物質(zhì)，高溫下容易分解。

    早上世紀(jì)90年代日本研究者研究了陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪高效高精磨削時(shí)，砂輪濃度、磨粒要求等選擇要求。研究Na2O-B2O3-SiO2為基本成分硼硅酸鹽玻璃體系結(jié)合劑超硬材料砂輪磨削性能;陶瓷結(jié)合劑配方主要以化學(xué)成份進(jìn)行配比，選擇硼玻璃或硼鉛玻璃體系作為理論研究對(duì)象。

    國(guó)外研究，對(duì)陶瓷結(jié)合劑開始進(jìn)行增韌補(bǔ)強(qiáng)研究，如對(duì)結(jié)合劑玻璃相進(jìn)行微晶化處理，結(jié)合劑加入適量合適晶須。他們發(fā)現(xiàn)結(jié)合劑添加硼酸硅晶須，一方面可以抑制方石英生成，防止方石英100°C～200°C時(shí)因體積急劇膨脹而使砂輪產(chǎn)生裂紋;另一方面硼酸鋁晶須本身可以起到晶須增強(qiáng)效果，從而提高結(jié)合劑抗拉強(qiáng)度。

   從國(guó)內(nèi)對(duì)超硬材料陶瓷砂輪研究報(bào)道發(fā)現(xiàn)，研究方向主要有：

    對(duì)超硬材料磨粒表面進(jìn)行涂覆，形成過渡層增加結(jié)合劑對(duì)磨粒粘著力。

    利用玻璃、陶瓷等相關(guān)理論探討以Na2O-B2O3-SiO2為基本成分硼硅酸鹽玻璃，通過R2O或RO提供自由氧，硼氧三角體[BO3]轉(zhuǎn)化為完全由橋氧組成硼氧四面體[BO4]，使硼結(jié)構(gòu)由層狀體轉(zhuǎn)化為與硅氧四面體[SiO4]相似三度空間架狀結(jié)構(gòu)，從而加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)，使玻璃某些性質(zhì)性質(zhì)變化曲線上呈現(xiàn)出極大值極小值。而強(qiáng)度高，只砂輪一項(xiàng)特性指標(biāo)，還必須考慮砂輪市場(chǎng)抗沖擊韌性、耐磨性等性能指標(biāo)。

    陶瓷結(jié)合劑金剛石研究主要從幾個(gè)方面，[1]低溫、高強(qiáng)、低膨脹系數(shù)陶瓷結(jié)合劑研究;[2]陶瓷結(jié)合劑性能改善研究;[3]陶瓷結(jié)合劑與金剛石磨粒之間潤(rùn)濕研究;[4]金剛石磨粒表面改性研究;[5]砂輪結(jié)構(gòu)改善研究;[6]砂輪最佳制備工藝參數(shù)研究;[7]最佳磨削工藝參數(shù)及磨削方式研究等。

    由于陶瓷結(jié)合劑與金剛石磨料結(jié)合時(shí)，難度系數(shù)比較大等因素，陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪研發(fā)生產(chǎn)受到了阻礙。河南勝創(chuàng)超硬材料有限公司工程師克服了陶瓷結(jié)合劑金剛石技術(shù)難題，工程師率先國(guó)內(nèi)生產(chǎn)出磨寶石用陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，并制定了多種砂輪規(guī)格，得到了寶石加工領(lǐng)域青睞。近年研發(fā)磨PCD/PCBN刀具陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪、磨金剛石復(fù)合片陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪等系列陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪市場(chǎng)取得了良好口碑。《解讀金剛石砂輪不同結(jié)合劑性能》一文詳細(xì)分析了不同結(jié)合劑金剛石砂輪性能。目前陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪還遠(yuǎn)沒有發(fā)揮它應(yīng)有作用，河南勝創(chuàng)超硬材料有限公司研發(fā)室肩負(fù)著陶瓷結(jié)合劑性能、砂輪結(jié)構(gòu)、砂輪制備工藝參數(shù)及磨削加工方法、工藝參數(shù)等方面作進(jìn)一步研究，以滿足目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)急需要求。