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CN105563353A - 一种陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法 - Google Patents

一种陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明是在传统陶瓷结合剂磨具制备工艺的基础上，提供一种溶胶凝胶的陶瓷结合剂细粒度磨具制备工艺及方法。先把磨料、陶瓷结合剂和造孔剂均匀分散于溶胶体中，然后注入模具中通过溶胶凝胶的方法制备磨具毛坯，磨具毛坯经干燥后预加工除去大部分余量，然后再进行烧成和机械精加工，一方面改善了磨料在结合剂中的分散均匀性，另一方提高了烧成后机械加工的效率。

Description

一种陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法
技术领域
本发明属于磨具制备技术领域，具体涉及一种陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法。
背景技术
陶瓷结合剂磨具具有磨削能力强、形状保持性好、磨削精度高、不易堵塞和烧伤工件、易修整且耐高温耐酸碱等一系列优良性能，能够适应各种冷却液的磨削和各种加工精度要求的磨削，因而应用最为广泛。目前，陶瓷结合剂磨具主要是压制成型，而压制成型时遇到的一个问题是坯体中压力分布不均匀，导致坯体各部分的组织均匀性出现差别，特别是细粒度磨料压制时由于超细磨料的团聚更容易造成密度不均匀。此外，陶瓷结合剂磨具经过烧成后硬度和强度都很高，这就导致后期加工难度高，生产效率低下。
本发明基于超细磨料在磨具中分散不均的难题，同时为了解决后期加工难度高和效率低下的问题，提出一种基于溶胶凝胶的陶瓷结合剂磨具的制备工艺及方法。
发明内容
本发明的目的是针对目前陶瓷结合剂磨具制备过程中细粒度磨料在磨具中分散不均及后期机械加工余量大、加工效率低的问题，提供一种陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法，包括以下步骤：
①将海藻酸钠加入到水中，搅拌均匀，形成海藻酸钠溶液；
②将磨料、陶瓷结合剂和造孔剂加入到水中，超声分散成均匀的悬浮液；
③将步骤②中制备的悬浮液加入到步骤①中制备的海藻酸钠溶液中，搅拌成均匀的悬浮溶胶体；
④将步骤③制备的悬浮溶胶体注入到模具中，然后将模具（模具的一端开口）浸入1～3%wt的氯化钙溶液中钙化，使海藻酸钠溶液分子链中含有的羟基和羧酸根与Ca2+结合形成呈连续网络体的水凝胶，溶胶体中的磨料、陶瓷结合剂和造孔剂被固结在凝胶体中，形成磨具毛坯；
⑤将磨具毛坏在室温下干燥1～12h，然后在60～80℃的恒温干燥箱内干燥12～24h；
⑥将步骤⑤干燥后的磨具毛坏进行预加工，磨去加工余量的一部分；
⑦将步骤⑥预加工后的磨具毛坏在烧结炉内烧结；
⑧将步骤⑦烧结后得到的磨具进行精加工，磨去加工余量的剩余部分，即得成品。
所述步骤①海藻酸钠溶液中海藻酸钠的质量分数为1～5%。
以重量计，所述步骤③中制得的悬浮溶胶体中各成分的组成如下：磨料25～45%、陶瓷结合剂4～10%、造孔剂1～5%、海藻酸钠1～5%，余量为水。
所述步骤⑦中的烧结条件为600～900℃下烧结24~48h。
所述磨料为金刚石、立方氮化硼、刚玉、碳化硅和二氧化硅中的任一种或几种。
所述造孔剂为碳粉、糊精粉、淀粉或精萘。
所述陶瓷结合剂为陶瓷粉。
所述磨料的粒度为0.1～40μm。
所述模具的材质为铝、塑料或者玻璃。
本发明产生的有益效果是，把磨料、陶瓷结合剂和造孔剂均匀分散于海藻酸钠溶液中，然后注入模具中通过溶胶凝胶的方法制备磨具毛坯，磨具毛坯经干燥后预加工除去大部分余量，然后再进行烧成和机械精加工，一方面改善了磨料在结合剂中的分散均匀性，另一方提高了烧成后机械加工的效率。
附图说明
图1为本发明的陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法的工艺流程图；
图2为实施例1中制备的陶瓷结合剂细粒度磨具的断截面SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
①将1g海藻酸钠加入到10ml水中，搅拌均匀，形成海藻酸钠溶液；
②将45g磨料、10g陶瓷结合剂和5g造孔剂加入到29ml水中，超声分散成均匀的悬浮液；
③将步骤②中制备的悬浮液加入到步骤①中制备的海藻酸钠溶液中，搅拌成均匀的悬浮溶胶体；
④将步骤③制备的悬浮溶胶体注入到模具（模具的材质为铝）中，然后将模具浸入1%wt的氯化钙溶液中钙化，使海藻酸钠溶液分子链中含有的羟基和羧酸根与Ca2+结合形成呈连续网络体的凝胶体，溶胶体中的磨料、陶瓷结合剂和造孔剂被固结在凝胶体中，形成磨具毛坯；
⑤将磨具毛坏在室温下干燥2h，然后在80℃的恒温干燥箱里下干燥12h；
⑥将步骤⑤干燥后的磨具毛坏进行预加工，磨去加工余量的一部分；
⑦将步骤⑥预加工后的磨具毛坏在烧结炉内烧结成型，烧结温度为600℃，保温时间48h；
⑧将步骤⑦烧结后得到的磨具进行精加工，磨去加工余量的剩余部分，即得成品。
所述磨料为金刚石，其粒度为40μm。
所述造孔剂为碳粉，陶瓷结合剂为市购的陶瓷粉。
本实施例制备的陶瓷结合剂细粒度磨具的的断截面SEM图如图2所示，从图2可以看出，磨料的分散性较好。
实施例2
①将1.5g海藻酸钠加入到14ml水中，搅拌均匀，形成海藻酸钠溶液；
②将40g磨料、8g陶瓷结合剂和4.5g造孔剂加入到32ml水中，超声分散成均匀的悬浮液；
③将步骤②中制备的悬浮液加入到步骤①中制备的海藻酸钠溶液中，搅拌成均匀的悬浮溶胶体；
④将步骤③制备的悬浮溶胶体注入到模具（模具的材质为塑料）中，然后将模具浸入1.5%wt的氯化钙溶液中钙化，使海藻酸钠溶液分子链中含有的羟基和羧酸根与Ca2+结合形成呈连续网络体的水凝胶，溶胶体中的磨料、陶瓷结合剂和造孔剂被固结在凝胶体中，形成磨具毛坯；
⑤将磨具毛坏在室温下干燥5h，然后在75℃的恒温干燥箱内干燥15h；
⑥将步骤⑤干燥后的磨具毛坏进行预加工，磨去加工余量的一部分；
⑦将步骤⑥预加工后的磨具毛坏在烧结炉内烧结成型，烧结温度为650℃，烧结时间为32h；
⑧将步骤⑦烧结后得到的磨具进行精加工，磨去加工余量的剩余部分，即得成品。
所述磨料为刚玉，其粒度为0.1μm。
所述造孔剂为糊精粉，陶瓷结合剂为市购的陶瓷粉。
实施例3
①将2g海藻酸钠加入到18ml水中，搅拌均匀，形成海藻酸钠溶液；
②将35g磨料、6g陶瓷结合剂和4g造孔剂加入到35ml水中，超声分散成均匀的悬浮液；
③将步骤②中制备的悬浮液加入到步骤①中制备的海藻酸钠溶液中，搅拌成均匀的悬浮溶胶体；
④将步骤③制备的悬浮溶胶体注入到模具（模具的材质为玻璃）中，然后将模具浸入2%wt的氯化钙溶液中钙化，使海藻酸钠溶液分子链中含有的羟基和羧酸根与Ca2+结合形成呈连续网络体的水凝胶，溶胶体中的磨料、陶瓷结合剂和造孔剂被固结在凝胶体中，形成磨具毛坯；
⑤将磨具毛坏在室温下干燥7h，然后在70℃的恒温干燥箱内干燥18h；
⑥将步骤⑤干燥后的磨具毛坏进行预加工，磨去加工余量的一部分；
⑦将步骤⑥预加工后的磨具毛坏在烧结炉内烧结成型，烧结温度为800℃，烧结时间为30h；
⑧将步骤⑦烧结后得到的磨具进行精加工，磨去加工余量的剩余部分，即得成品。
所述磨料为立方氮化硼，其粒度为20μm。
所述造孔剂为淀粉，陶瓷结合剂为市购的陶瓷粉。
实施例4
①将2.5g海藻酸钠加入到25ml水中，搅拌均匀，形成海藻酸钠溶液；
②将30g磨料、4g陶瓷结合剂和3.5g造孔剂加入到35ml水中，超声分散成均匀的悬浮液；
③将步骤②中制备的悬浮液加入到步骤①中制备的海藻酸钠溶液中，搅拌成均匀的悬浮溶胶体；
④将步骤③制备的悬浮溶胶体注入到模具（模具的材质为铝）中，然后将模具浸入2.5%wt的氯化钙溶液中钙化，使海藻酸钠溶液分子链中含有的羟基和羧酸根与Ca2+结合形成呈连续网络体的水凝胶，溶胶体中的磨料、陶瓷结合剂和造孔剂被固结在凝胶体中，形成磨具毛坯；
⑤将磨具毛坏在室温下干燥10h，然后在65℃的恒温干燥箱内干燥20h；
⑥将步骤⑤干燥后的磨具毛坏进行预加工，磨去加工余量的一部分；
⑦将步骤⑥预加工后的磨具毛坏在烧结炉内烧结成型，烧结温度为700℃，烧结时间为33h；
⑧将步骤⑦烧结后得到的磨具进行精加工，磨去加工余量的剩余部分，即得成品。
所述磨料碳化硅，其粒度为30μm。
所述造孔剂为淀粉，陶瓷结合剂为市购的陶瓷粉。
实施例5
①将5g海藻酸钠加入到35ml水中，搅拌均匀，形成海藻酸钠溶液；
②将25g磨料、5g陶瓷结合剂和1g造孔剂加入到29ml水中，超声分散成均匀的悬浮液；
③将步骤②中制备的悬浮液加入到步骤①中制备的海藻酸钠溶液中，搅拌成均匀的悬浮溶胶体；
④将步骤③制备的悬浮溶胶体注入到模具（模具的材质为玻璃）中，然后将模具浸入3%wt的氯化钙溶液中钙化，使海藻酸钠溶液分子链中含有的羟基和羧酸根与Ca2+结合形成呈连续网络体的水凝胶，溶胶体中的磨料、陶瓷结合剂和造孔剂被固结在凝胶体中，形成磨具毛坯；
⑤将磨具毛坏在室温下干燥1h，然后在60℃的恒温干燥箱内干燥24h；
⑥将步骤⑤干燥后的磨具毛坏进行预加工，磨去加工余量的一部分；
⑦将步骤⑥预加工后的磨具毛坏在烧结炉内烧结成型，烧结温度为900℃，烧结时间为24h；
⑧将步骤⑦烧结后得到的磨具进行精加工，磨去加工余量的剩余部分，即得成品。
所述磨料为二氧化硅，粒度为1μm。
所述造孔剂为精萘，陶瓷结合剂为市购的陶瓷粉。
以上实施例所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原理的前提下，可对上述实施例进行多种变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①将海藻酸钠加入到水中，搅拌均匀，形成海藻酸钠溶液；
②将磨料、陶瓷结合剂和造孔剂加入到水中，超声分散成均匀的悬浮液；
③将步骤②中制备的悬浮液加入到步骤①中制备的海藻酸钠溶液中，搅拌成均匀的悬浮溶胶体；
④将步骤③制备的悬浮溶胶体注入到模具中，然后将模具浸入1～3%wt的氯化钙溶液中钙化，形成磨具毛坯；
⑤将磨具毛坏在室温下干燥1～12h，然后在60～80℃下干燥12～24h；
⑥将步骤⑤干燥后的磨具毛坏进行预加工，磨去加工余量的一部分；
⑦将步骤⑥预加工后的磨具毛坏在烧结炉内烧结；
⑧将步骤⑦烧结后得到的磨具进行精加工，磨去加工余量的剩余部分，即得成品。
2.如权利要求1所述的陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法，其特征在于，所述步骤①海藻酸钠溶液中海藻酸钠的质量分数为5～15%。
3.如权利要求1所述的陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法，其特征在于，以重量计，所述步骤③中制得的悬浮溶胶体中各成分的组成如下：磨料25～45%、陶瓷结合剂4～10%、造孔剂1～5%、海藻酸钠1～5%，余量为水。
4.如权利要求1所述的陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法，其特征在于，所述步骤⑦中的烧结温度为600～900℃。
5.如权利要求1所述的陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法，其特征在于，所述磨料为金刚石、立方氮化硼、刚玉、碳化硅和二氧化硅中的任一种或几种。
6.如权利要求1所述的陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法，其特征在于，所述造孔剂为碳粉、糊精粉、淀粉或精萘。
7.如权利要求1所述的陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法，其特征在于，所述陶瓷结合剂为陶瓷粉。
8.如权利要求1所述的陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法，其特征在于，所述磨料的粒度为0.1～40μm。
9.如权利要求1所述的陶瓷结合剂细粒度磨具的制备方法，其特征在于，所述模具的材质为铝、塑料或者玻璃。
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