一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法

摘要

本发明公开了一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，按重量百分比将1%硅烷偶联剂KH550、40-44%去离子水、26-30%CBN磨料、4-6%硼玻璃粉、4-6%无碱玻璃粉、2%锂辉石粉、10-18%球形氧化铁粉和4%玉米淀粉搅拌混合后，再水浴加热并搅拌得到陶瓷浆料，然后通过制备陶瓷浆料、制备成型料、砂轮成型、烧结和去除造孔剂制备高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮。本发明所得砂轮的孔隙率可高达60%以上，孔形状为规则球形，孔径大小可调，成品率可达99%以上，可用于对金属零件进行低应力高光洁度磨削加工。

权利要求

1. 一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN 砂轮的制备方法，包括制备陶瓷浆料、制备成型料、砂轮成型和烧结，其特征在于：S1、制备陶瓷浆料：按重量百分比将1% 硅烷偶联剂KH550和40-44% 去离子水加入搅拌器中，以2000rpm 的搅拌速度搅拌5min，加入26-30%CBN磨料后再以2000rpm 的搅拌速度搅拌0.5-1h，再加入4-6% 硼玻璃粉、4-6% 无碱玻璃粉、2% 锂辉石粉和10-18% 球形氧化铁粉后以2000rpm 的搅拌速度搅拌1.5-2.5h，继续加入4% 玉米淀粉搅拌0.5h 后，取出后水浴加热并搅拌0.5h 得到高分散性的陶瓷浆料，其中水浴温度为80℃；

S2、制备成型料：将高分散性的陶瓷浆料干燥12h 得到陶瓷料块，干燥温度为120℃，将陶瓷料块取出破碎后过60# 筛得到一次陶瓷筛料，将一次陶瓷筛料置于搅拌粉碎机中，加入以一次陶瓷筛料为基准3wt% 去离子水后，搅拌粉碎0.5-1h，过两次100# 筛，封入密闭的塑料袋中，室温下放置24小时，然后过100# 筛，获得超细粒度陶瓷结合剂CBN 砂轮的成型料；

S3、砂轮成型：将超细粒度陶瓷结合剂CBN 砂轮的成型料置于到模具中进行加压成型，成型压力为50-70MPa，保压1min，卸压，脱模得到砂轮素坯，将砂轮素坯水平放置于SiC 棚板上，室温下放置24小时后，放入70℃烘箱中干燥12 小时；

S4、烧结：将SiC 棚板和置于SiC 棚板上干燥后的砂轮素坯放入井式炉中，以3-5℃/min 的升温速度升温至400-500 ℃，保温1-2h，再以2-4℃ /min 的升温速度升温至700-

750℃，保温1.5-2h，停止加热并关闭炉门自然冷却，当温度降至150℃以下时打开炉门继续冷却，当温度降至70℃以下时取出得到CBN 砂轮坯体；

S5、去除造孔剂：将CBN 砂轮坯体在工具磨床上进行加工处理得到CBN 砂轮A 后，将CBN砂轮A 完全浸泡在摩尔浓度为1mol/L 的盐酸溶液中，CBN 砂轮A 和盐酸的体积比为1:

30，浸泡时间为1h，取出用去离子水进行冲洗至中性后，烘干得到高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN 砂轮。

2. 如权利要求1 所述高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN 砂轮的制备方法，其特征在于，S1 中，CBN 磨料的粒径为0.5-5μm，硼玻璃粉的粒径小于5μm，无碱玻璃粉的粒径小于5μm，锂辉石粉的粒径小于5μm，玉米淀粉的粒径小于10μm，球形氧化铁粉的粒径为5-50μm。

3. 如权利要求1 所述高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN 砂轮的制备方法，其特征在于，S4 中，将SiC 棚板和置于SiC 棚板上干燥后的砂轮素坯放入井式炉中，以4℃ /min 的升温速度升温至450℃，保温1.5h，再以3℃/min 的升温速度升温至730℃，保温

1.7h，停止加热并关闭炉门自然冷却，当温度降至130℃时打开炉门继续冷却，当温度降至

60℃时取出得到CBN 砂轮坯体。

说明书

一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及砂轮制备技术领域，尤其涉及一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法。

背景技术

[0002] 陶瓷结合剂立方氮化硼（CBN）砂轮具有磨削效率高，磨削力小，尺寸保持性好，磨削精度高，修整容易，使用寿命长等优点，广泛应用于铸铁、模具钢、高速钢、高合金钢、轴承钢、硬质合金、钛合金等难加工金属材料的成型磨削和精密磨削。随着科技的发展，对金属零部件表面质量的要求越来越高，磨削制造业中需要大量的粒度在5µm以下的超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮对零件进行抛光和低应力磨削。因为应用超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的磨削领域，工件磨削加工量都比较小，重点强调工件的表面光洁度和残余应力，所以大部分该类砂轮的体积孔隙率都要求在50%以上，通过高孔隙率提高砂轮的锋利度和自锐性，同时在砂轮气孔中渗入硬脂酸或者硫磺等润滑物质，以提高加工工件的表面光洁度。目前，高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法都是将陶瓷结合剂、CBN磨料、造孔剂干法混合均匀后，无压烧结。目前常用的造孔剂材料有精萘、核桃壳粉、塑料小球、糊精粉等，在烧结过程中，造孔剂炭化和氧化在砂轮中留下气孔。但是一方面，该类砂轮磨料粒度很细，表面积大，烧结前砂轮素坯强度很低，而造孔剂炭化和氧化温度低于烧结温度，在砂轮素坯还未烧结前，砂轮组织中会产生大量的气体，集聚一定的应力，造成砂轮开裂，砂轮成品率很低。另一方面，为了防止砂轮开裂，砂轮配方中造孔剂的加入量不能太多，因此很难制备出体积孔隙率高于60%的超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮，同时气孔的形状也极为不规则，影响了砂轮磨削性能的提高。

发明内容

[0003] 基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，所得CBN砂轮的孔隙率可高达60%以上，孔形状为规则球形，孔径大小可调，成品率可达99%以上，可用于对金属零件进行低应力高光洁度磨削加工。

[0004] 本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括如下步骤：

[0005] S1、制备陶瓷浆料：按重量百分比将1%硅烷偶联剂KH550和40-44%去离子水加入搅拌器中，以2000rpm的搅拌速度搅拌5min，加入26-30%CBN磨料后再以2000rpm的搅拌速度搅拌0.5-1h，再加入4-6%硼玻璃粉、4-6%无碱玻璃粉、2%锂辉石粉和10-18%球形氧化铁粉后以2000rpm的搅拌速度搅拌1.5-2.5h，继续加入4%玉米淀粉搅拌0.5h后，取出后水浴加热并搅拌0.5h得到高分散性的陶瓷浆料，其中水浴温度为80℃；

[0006] S2、制备成型料：将高分散性的陶瓷浆料干燥12h得到陶瓷料块，干燥温度为120℃，将陶瓷料块取出破碎后过60#筛得到一次陶瓷筛料，将一次陶瓷筛料置于搅拌粉碎机中，加入以一次陶瓷筛料为基准3wt%去离子水后，搅拌粉碎0.5-1h，过两次100#筛，封入密闭的塑料袋中，室温下放置24小时，然后过100#筛，获得超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料；

[0007] S3、砂轮成型：将超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料置于到模具中进行加压成型，成型压力为50-70MPa，保压1min，卸压，脱模得到砂轮素坯，将砂轮素坯水平放置于SiC棚板上，室温下放置24小时后，放入70℃烘箱中干燥12小时；

[0008] S4、烧结：将SiC棚板和置于SiC棚板上干燥后的砂轮素坯放入井式炉中，以3-5℃/min的升温速度升温至400-500℃，保温1-2h，再以2-4℃/min的升温速度升温至700-750℃，保温1.5-2h，停止加热并关闭炉门自然冷却，当温度降至150℃以下时打开炉门继续冷却，当温度降至70℃以下时取出得到CBN砂轮坯体；

[0009] S5、去除造孔剂：将CBN砂轮坯体在工具磨床上进行加工处理得到CBN砂轮A后，将CBN砂轮A完全浸泡在摩尔浓度为1mol/L的盐酸溶液中，CBN砂轮A和盐酸的体积比为1:30，浸泡时间为1h，取出用去离子水进行冲洗至中性后，烘干得到高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮。

[0010] 优选的，S1中，CBN磨料的粒径为0.5-5μm，硼玻璃粉的粒径小于5μm，无碱玻璃粉的粒径小于5μm，锂辉石粉的粒径小于5μm，玉米淀粉的粒径小于10μm，球形氧化铁粉的粒径为5-50μm。

[0011] 优选的，S4中，将SiC棚板和置于SiC棚板上干燥后的砂轮素坯放入井式炉中，以4℃/min的升温速度升温至450℃，保温1.5h，再以3℃/min的升温速度升温至730℃，保温1.7h，停止加热并关闭炉门自然冷却，当温度降至130℃时打开炉门继续冷却，当温度降至
60℃时取出得到CBN砂轮坯体。

[0012] 本发明原料中的玉米淀粉在80℃水浴温度下与去离子水产生水化反应，陶瓷浆料粘度迅速增加，防止陶瓷浆料中各组分的沉降，获得高分散性陶瓷浆料；烧结后陶瓷结合剂中玻璃相熔化，在CBN磨料间形成有一定强度的结合剂桥，提高本发明中CBN磨料粘结强度；采用球形氧化铁粉为造孔剂，通过盐酸溶液浸渍烧结后的CBN砂轮坯体，氧化铁溶解于盐酸溶液中来实现制造规则圆形气孔的效果，在去除造孔剂造孔时，由于CBN砂轮坯体已完成烧结，CBN砂轮坯体强度高，能很好的解决现有技术中因造孔引起砂轮开裂的问题。本发明孔隙含量高于60%，气孔为规则圆形，利用本发明对金属零件进行表面加工，零件的表面磨削纹路非常细腻、规则。

附图说明

[0013] 图1为本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法所制得的CBN砂轮的显微照片。

[0014] 图2为利用本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法所得到的CBN砂轮来加工的零件表面磨削纹路。

具体实施方式

[0015] 下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

[0016] 实施例1

[0017] 本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括如下步骤：

[0018] S1、制备陶瓷浆料：按重量百分比将1%硅烷偶联剂KH550和40%去离子水加入搅拌器中，以2000rpm的搅拌速度搅拌5min，加入26%CBN磨料后再以2000rpm的搅拌速度搅拌0.5h，再加入4%硼玻璃粉、5%无碱玻璃粉、2%锂辉石粉和18%球形氧化铁粉后以2000rpm的搅拌速度搅拌1.5h，继续加入4%玉米淀粉搅拌0.5h后，取出后水浴加热并搅拌0.5h得到高分散性的陶瓷浆料，其中水浴温度为80℃，上述原料中CBN磨料的粒径为5μm，硼玻璃粉的粒径为4μm，无碱玻璃粉的粒径5μm，锂辉石粉的粒径为3μm，玉米淀粉的粒径为10μm，球形氧化铁粉的粒径为5μm；

[0019] S2、制备成型料：将高分散性的陶瓷浆料干燥12h得到陶瓷料块，干燥温度为120℃，将陶瓷料块取出破碎后过60#筛得到一次陶瓷筛料，将一次陶瓷筛料置于搅拌粉碎机中，加入以一次陶瓷筛料为基准3wt%去离子水后，搅拌粉碎1h，过两次100#筛，封入密闭的塑料袋中，室温下放置24小时，然后过100#筛，获得超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料；

[0020] S3、砂轮成型：将超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料置于到模具中进行加压成型，成型压力为50MPa，保压1min，卸压，脱模得到砂轮素坯，将砂轮素坯水平放置于SiC棚板上，室温下放置24小时后，放入70℃烘箱中干燥12小时；

[0021] S4、烧结：将SiC棚板和置于SiC棚板上干燥后的砂轮素坯放入井式炉中，以5℃/min的升温速度升温至400℃，保温2h，再以2℃/min的升温速度升温至750℃，保温1.5h，停止加热并关闭炉门自然冷却，当温度降至150℃时打开炉门继续冷却，当温度降至60℃时取出得到CBN砂轮坯体；

[0022] S5、去除造孔剂：将CBN砂轮坯体在工具磨床上进行加工处理得到CBN砂轮A后，将CBN砂轮A完全浸泡在摩尔浓度为1mol/L的盐酸溶液中，CBN砂轮和盐酸的体积比为1:30,浸泡时间为1h，取出用去离子水进行冲洗至中性后，烘干得到高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮。

[0023] 实施例2

[0024] 本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括如下步骤：

[0025] S1、制备陶瓷浆料：按重量百分比将1%硅烷偶联剂KH550和44%去离子水加入搅拌器中，以2000rpm的搅拌速度搅拌5min，加入30%CBN磨料后再以2000rpm的搅拌速度搅拌1h，再加入5%硼玻璃粉、4%无碱玻璃粉、2%锂辉石粉和10%球形氧化铁粉后以2000rpm的搅拌速度搅拌2.5h，继续加入4%玉米淀粉搅拌0.5h后，取出后水浴加热并搅拌0.5h得到高分散性的陶瓷浆料，其中水浴温度为80℃, CBN磨料的粒径为0.5-5μm，硼玻璃粉的粒径小于5μm，无碱玻璃粉的粒径小于5μm，锂辉石粉的粒径小于5μm，玉米淀粉的粒径小于10μm，球形氧化铁粉的粒径为5-50μm；

[0026] S2、制备成型料：将高分散性的陶瓷浆料干燥12h得到陶瓷料块，干燥温度为120℃，将陶瓷料块取出破碎后过60#筛得到一次陶瓷筛料，将一次陶瓷筛料置于搅拌粉碎机中，加入以一次陶瓷筛料为基准3wt%去离子水后，搅拌粉碎1h，过两次100#筛，封入密闭的塑料袋中，室温下放置24小时，然后过100#筛，获得超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料；

[0027] S3、砂轮成型：将超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料置于到模具中进行加压成型，成型压力为70MPa，保压1min，卸压，脱模得到砂轮素坯，将砂轮素坯水平放置于SiC棚板上，室温下放置24小时后，放入70℃烘箱中干燥12小时；

[0028] S4、烧结：将SiC棚板和置于SiC棚板上干燥后的砂轮素坯放入井式炉中，以3℃/min的升温速度升温至500℃，保温1h，再以4℃/min的升温速度升温至700℃，保温2h，停止加热并关闭炉门自然冷却，当温度降至140℃时打开炉门继续冷却，当温度降至70℃时取出得到CBN砂轮坯体；

[0029] S5、去除造孔剂：将CBN砂轮坯体在工具磨床上进行加工处理得到CBN砂轮A后，将CBN砂轮A完全浸泡在摩尔浓度为1mol/L的盐酸溶液中，CBN砂轮A和盐酸的体积比为1:30,浸泡时间为1h，取出用去离子水进行冲洗至中性后，烘干得到高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮。

[0030] 实施例3

[0031] 本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括如下步骤：

[0032] S1、制备陶瓷浆料：按重量百分比将1%硅烷偶联剂KH550和42%去离子水加入搅拌器中，以2000rpm的搅拌速度搅拌5min，加入28%CBN磨料后再以2000rpm的搅拌速度搅拌0.7h，再加入6%硼玻璃粉、6%无碱玻璃粉、2%锂辉石粉和11%球形氧化铁粉后以2000rpm的搅拌速度搅拌2h，继续加入4%玉米淀粉搅拌0.5h后，取出后水浴加热并搅拌0.5h得到高分散性的陶瓷浆料，其中水浴温度为80℃，上述原料中CBN磨料的粒径为0.5μm，硼玻璃粉的粒径为5μm，无碱玻璃粉的粒径为4μm，锂辉石粉的粒径为5μm，玉米淀粉的粒径为7μm，球形氧化铁粉的粒径为50μm；

[0033] S2、制备成型料：将高分散性的陶瓷浆料干燥12h得到陶瓷料块，干燥温度为120℃，将陶瓷料块取出破碎后过60#筛得到一次陶瓷筛料，将一次陶瓷筛料置于搅拌粉碎机中，加入以一次陶瓷筛料为基准3wt%去离子水后，搅拌粉碎0.8h，过两次100#筛，封入密闭的塑料袋中，室温下放置24小时，然后过100#筛，获得超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料；

[0034] S3、砂轮成型：将超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的成型料置于到模具中进行加压成型，成型压力为60MPa，保压1min，卸压，脱模得到砂轮素坯，将砂轮素坯水平放置于SiC棚板上，室温下放置24小时后，放入70℃烘箱中干燥12小时；

[0035] S4、烧结：将SiC棚板和置于SiC棚板上干燥后的砂轮素坯放入井式炉中，以4℃/min的升温速度升温至450℃，保温1.5h，再以3℃/min的升温速度升温至730℃，保温1.7h，停止加热并关闭炉门自然冷却，当温度降至130℃时打开炉门继续冷却，当温度降至60℃时取出得到CBN砂轮坯体；

[0036] S5、去除造孔剂：将CBN砂轮坯体在工具磨床上进行加工处理得到CBN砂轮A后，将CBN砂轮A完全浸泡在摩尔浓度为1mol/L的盐酸溶液中，其中CBN砂轮A和盐酸的体积比为1:30，浸泡时间为1h，取出用去离子水进行冲洗至中性后，烘干得到高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮。

[0037] 本发明原料中的玉米淀粉与去离子水产生水化反应，陶瓷浆料粘度迅速增加，防止陶瓷浆料中各组分的沉降，获得高分散性陶瓷浆料；烧结后陶瓷结合剂中玻璃相熔化，在CBN磨料间形成有一定强度的结合剂桥，提高本发明中CBN磨料粘结强度；采用球形氧化铁粉为造孔剂，通过盐酸溶液浸渍烧结后的CBN砂轮坯体，氧化铁溶解于盐酸溶液中来实现制造规则圆形气孔的效果，如图1所示，图1为本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法所制得的CBN砂轮的显微照片，在去除造孔剂造孔时，由于CBN砂轮坯体已完成烧结，CBN砂轮烧结体强度高，能很好的解决现有技术中因造孔引起砂轮开裂的问题。本发明孔隙含量高于60%，气孔为规则圆形，利用本发明对金属零件进行表面加工，如图2所示，图2为利用本发明提出的一种高球形气孔率超细粒度陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法所得到的CBN砂轮来加工的零件表面磨削纹路，零件的表面磨削纹路非常细腻、规则。

[0038] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。