无机高分子结合剂在烧结、堆积磨料磨具制造应用工艺中的综述.doc

无机高分子结合剂在烧结、堆积磨料磨具制造应用工艺中的综述
陕西徳谦科技有限责任公司黄曦
前言
磨料是一种具有高硬度和一定机械强度的颗粒材料，用于制造磨具或直接用于研磨和抛光。磨料分天然和人造两大类。天然磨料是自然矿物开采经过加工而制成的磨料。目前，天然矿石的磨料已趋于淘汰之势，已不用于制作磨具，即或使用已经不多。人造磨料是人工通过用有关矿物材料加上必须的材料进行加工而成的磨料。自人们发明的第一种人造磨料开始到现在至少已发明发展了近百种之多，应用范围愈来愈广泛，其性能愈来愈优越于天然磨料，随着人造磨料不断的发展和进步，磨削加工也得到了迅速的发展和提高，由于磨具的不断发展和性能的不断提高，磨削加工的水平也得到了发展和提高。当然从另一方面而言，今天磨削加工已走上专用、精密、强力高效以及节能、低碳、可持续发展的道路，磨料磨具要适应这种发展要求，就必须具有与之相适应的材料、工艺、理论、研发能力等方面各项工作的相辅相成、互相依赖、互相促进、互相提高。
无机高分子结合剂烧结、堆积磨料的制造不仅是在对国内外烧结磨料、磨削机理上的深入研究、对比的基础上，同时有别于国外烧结磨料，提出无机高分子结合剂烧结、堆积磨料自己的应用磨削观，即人造磨料向高韧性和广泛性两个方向发展的趋势。它能为我国磨料磨具制品的质量大幅提升，提供一种节能、高效、低碳与经济性的应用方法与前沿方向。
国外烧结、堆积磨料的发展及特点：
1981年美国3M公司工业磨料部推出了一种牌号为“Cubitron”的陶瓷刚玉磨料。其韧性是普通刚玉的2倍以上，磨削性能优于大多数普通磨料，并且它不是像其它刚玉磨料在电弧炉中熔炼而成，而是在一定温度下烧结而成。八十年代中期，诺顿公司开发出了一种SG（商标名）磨料，它也是一种陶瓷刚玉磨科，性能与Cubitron磨料相似，其实，这两种磨料都是采用一种俗称为溶胶–凝胶（Sol–gel，简称SG）工艺的化学陶瓷工艺制造的。SG磨料也因此得名，其工艺过程是：配制A13O2·H2O的水溶胶体，经凝胶化后，干燥固化，再破碎成颗粒，最后烧结成磨料。由于在溶胶-凝胶化过程中常使用引晶剂（或称晶种），SG工艺也常称作“引晶凝胶工艺”（Seededge1）。SG作为一种工艺并不是八十年代才出现的，在1963年，Bugosh就获得了用SG工艺制造致密的Al2O3的专利，用溶胶–凝胶（SG）工艺制造氧化物陶瓷在陶瓷工业上也是很普遍的，只是到了80年代，SG工艺才被用于磨料生产，SG磨料磨具也开始用于工业加工领域。
由于SG磨料颗粒是由大量亚微米级的A12O3晶体烧结而成，在磨削时能不断破裂并暴露出新的切削，因此其自锐性特别好。其磨削性能明显优于普通刚玉，主要表现为它自身就像一个小的陶瓷磨具，耐磨、自锐性好、磨除率高、磨削比大等优点；但是，在高速磨削中，由于速度高导致磨削力下降，而SG磨料恰恰在低磨削力情况下无法发生晶面分解，也就是说，其在自锐性方面的优势无法体现出来。为此，圣戈班又推出一种NQ磨料(NORTONQUANTUM)，它克服了SG磨料不适用低磨削力的弱点，在内圆磨、齿轮磨等应用上具有明显的优势。在先进磨料的发展的过程中，还有重要的一点是，1994年德国Junker公司ErwinJunker先生开发并取得专利的一种先进的高速磨削技术快速点磨削(Quick–pointGrinding)的理论出现，就使得人们在通过在对SG磨料颗粒性能了解、认识的基础之上，提出通过把多层小磨料颗粒粘在一起形成一个磨粒团磨料（这些磨粒主要是氧化铝（棕刚玉）或碳化硅）的点式磨削，通过试验，这些磨粒集团磨料在磨具磨削的过程当中颗粒就一点一点磨损，形成的多层磨料，大大提高了使用寿命，施工件表面达到一致的光洁度，同时提供稳定的磨削，与SG相同，这些磨料团本身也属于陶瓷烧结刚玉，唯一不同在于磨料颗粒形状的存在形式-这种独特的形式不仅能解决在高磨削力的情况下使用，还能在较小磨削力情况下产生较好的自锐性，当磨料受到磨削力作用时，它的钝化部分会沿着晶面分解，新的锋口随即出现并参与到切削作用中，自锐性的功效得以体现。这些就是现在所谓堆积磨料、陶瓷磨料产品的最重要的特点。
无机高分子结合剂在烧结、堆积磨料中的制造工艺：
无机高分子结合剂烧结、堆积磨料的制造工艺中总的指导原则是用无机高分子结合剂和刚玉或碳化硅微粉，再按照设计的组织结构做成磨料团（参考新型、高效、专用、重负荷强力和精密无机高分子磨具的制作中无机高分子结合剂制作磨具的设计原则和方法），然后再由这些磨料团应用在固结磨具或涂附磨具上。无机高分子结合剂在烧结、堆积磨料制造工艺是首先将无机高分子结合剂和刚玉或碳化硅微粉混合、混炼、造粒、干燥、烧结固化或将无机高分子结合剂和刚玉或碳化硅微粉混合、混炼、干燥、烧结固化再破碎成为磨料。差别是前一种方法不存在