２Ｏ１４年４月第３４卷第２期 金刚石与磨料磨具工程 Ｄｉａｍｏｎｄ ８Ｌ Ａｂｒａｓｉｖｅｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｐｒｉｌ．２０１４ Ｎｏ．２ Ｖｏ１．３４ Ｓｅｒｉａｌ ２００ 总第２００期 结合剂粒度对低温陶瓷结合剂ＳＧ砂轮性能的影响 李德海，翟乃庆 （鲁信创业投资集团股份有限公司，济南２５５０８６） 摘要 研究了结合剂粒度对低温陶瓷结合剂ＳＧ砂轮性能的影响。实验结果表明，在传统生产工艺和生 产成本基本不变的情况下，采取以下措施，砂轮性能可得到不同程度的提高：（１）结合剂过１２０目筛与 ４００目筛相比，抗折强度由１９．８５ ＭＰａ提高到２１．６２ ＭＰａ，提高了８．９２ ；抗拉强度由３８．７ ＭＰａ提高到 ５４．８ ＭＰａ，提高了４１．６ ；硬度平均提高近一级；（２）黏土、长石等结合剂原材料球磨并过１２０目筛后，炼 制的结合剂过１８０目筛、３２０目筛、４００目筛后所得的结合剂相比，结合剂自身性能有很大的变化，主要表 现在：①结合剂的耐火度由７６８℃降低到６８０℃，②烧结范围由７０℃降低到４０℃，③结合剂的流动性由 １４５ 增加到２１０ ９／６；（３）在一定烧成制度下，结合剂粒度控制在１８０～３２０目范围内，有利于低温陶瓷结 合剂砂轮磨削性能的提高。 关键词 低温；陶瓷结合剂；砂轮；性能；粒度；强度 中图分类号ＴＧ７４ 文献标志码Ａ 文章编号 １００６—８５２Ｘ（２０１４）０１—００６２—０３ ＤｏＩ码１０．１３３９４／ｉ．ｃｎｋｉ．ｉｇｓｚｚ．２０１４．２．０Ｏ１４ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｂｏｎｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｌｏｗ。ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｖｉｔｒｉｆｉｅｄ ｂｏｎｄ ＳＧ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｗｈｅｅｌ ＬＩ Ｄｅ—ｈａｉ，ＺＨＡＩ Ｎａｉ—ｑｉｎｇ ｕｘｉｎ Ｖｅｎｔｕｒｅ Ｃａｐｉｔａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ ２５５０８６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｖｉｔｒｉｆｉｅｄ ｂｏｎｄ ＳＧ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｗｈｅｅｌ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｈｅｅｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔｓ：（１）ｉｆ ｓｉｅｖｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ １ ２０ ｍｅｓｈ ｓｉｅｖｅ ｏｔｈｅｒ ｔｈａｎ ａ ４００ ｏｎｅ，ｂｏｎｄ’Ｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｓｕｃｈ ａｓ ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｆｒｏｍ １９．８５ ＭＰａ ｔｏ ２１．６２ ＭＰａ（ａｎ ８．９２ ｉｎｃｒｅａｓｅ），ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｆｒｏｍ ３８．７ ＭＰａ ｔｏ ５４．８ ＭＰａ（ａ ４１．６ ｉｎｃｒｅａｓｅ）ａｎｄ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ｏｎｅ ｄｅｇｒｅｅ；（２）ｉｆ ｓｉｅｖｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ １２０ ｍｅｓｈ ｓｉｅｖｅ ｏｔｈｅｒ ｔｈａｎ １８０ ，３２０ ｏｒ ４００ ｏｎｅｓ，ｃｌａｙ ａｎｄ ｆｅｌｄｓｐａｒ＇ｓ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｒｅ ｌａｒｇｅｌｙ ｃｈａｎｇｅｄ．ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｉｎｅｓｓ ｏｆ ｂｏｎｄ ｆｒｏｍ ７６８℃ｔｏ ６８０℃．ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｒｏｍ ７０℃ｔｏ ４０℃ａｎｄ ｌｉｑｕｉｄｉｔｙ ｆｒｏｍ １４５ ｔｏ ２１０Ｙ００；（３）ｕｎｄｅｒ ｃｅｒｔａｉｎ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｉｔ ｉｓ ｇｏｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｖｉｔｒｉｆｉｅｄ ｂｏｎｄ ＳＧ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｗｈｅｅｌ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｂｏｎｄ ｓｉｚｅ ｂｅｔｗｅｅｎ １８０ ｔｏ ３２０ ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｌｏｗ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｖｉｔｒｉｆｉｅｄ ｂｏｎｄ；ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｗｈｅｅｌ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ；ｓｔｒｅｎｇｔｈ 陶瓷结合剂ＳＧ砂轮磨削性能介于ＣＢＮ砂轮和 普通刚玉砂轮之间。ＳＧ磨料是一种陶瓷氧化铝磨料， 用一种非熔炼方法制造，微小的粒子经烧结而成一定 而且其磨粒是微晶结构，有很多晶解面，在外力作用 下，或在修锐和修整中仅有微晶脱落，不断产生锋利的 切削刃，自锐性好，剥落较少，用其制作的砂轮具有耐 磨性好，磨削热少，使用寿命长，切除率高，磨削比ＧＣ 粒度的磨料。与普通磨料相比，ＳＧ磨料不但硬度高， ＊基金项目：数控机床专项课题：２Ｏ１２ＺＸ０４００３—０８ｌ 第２期 李德海等：结合剂粒度对低温陶瓷结合剂ＣＢＮ砂轮性能的影响 （磨除材料体积与砂轮消耗体积之比）大，磨削质量好 等优点。钛合金和高温合金是航空发动机叶片类零件 广泛采用的两种材料ｕ］，属于典型的高强韧性难加工 材料，磨削加工性差。同时，由于零件结构复杂（或为 弱刚性零件，或形位精度要求高），其高效精密磨削要 求非常高。ＳＧ砂轮则在磨削钛合金、高温合金材料方 面有其独特的优越性。陶瓷结合剂ＳＧ砂轮主要应用 于以下领域：钛合金和高温合金（如Ｉｎｃｏｎｅｌ Ｒｅ．ｎｅｅ， ＨａＳｔｅｌｌｏｙ，ＷａＳｐａｌｌｏｙ等用于航天、航空发动机和汽 轮机零件的合金）；淬硬到ＨＲＣ５５以上的工具钢，如 各种高速Ｔ具钢和高碳高铬模具钢；喷涂合金，如喷涂 Ｓｔｅｌｌｉｔｅ合金、Ｍｅｔｅｏ喷涂层、焊口和硬铬层等。本实 验从结合剂粒度选择为出发点，研究了在相应工艺技 术条件下，结合剂粒度选择对低温陶瓷结合剂ＳＧ砂 轮性能的影响。 ｌ 实验 １．１ 主要实验设备及仪器 ５０ ｋＮ电子多功能拉力试验机；１０ ｔ油压成型压 机；ＡＨ２一Ｙ快速球磨机；ＢＳＪ ２００拍击式标准振筛机； 结合剂高温熔炼电炉；高温电阻炉。 １．２ 实验原料 １．２．１磨料选择 本实验采用ＳＧ８０ 磨料及ＷＡＦ８０ 磨料（即 ＳＧ８０ 磨料及ＷＡＦ８０ 磨料各占５Ｏ ，磨料占试条的 质量分数为７５ ）作为主磨料。 １．２．２ 结合剂选择及制备 ＳＧ磨料自身所具有的性质，要求结合剂应具备以 下特点： （１）结合剂耐火度应比较低；（２）结合剂强度要比 较高；（３）结合剂的热膨胀系数应与ＳＧ磨料匹配；（４） 结合剂的高温湿润性要比较好；（５）结合剂与ＳＧ磨料 之间无明显的化学反应；（６）结合剂应具有良好的工艺 性能。其中，第五点要求结合剂的高温流动性不能太 大，反之，结合剂与ＳＧ磨料会起化学反应，导致ＳＧ磨 料的结构被破坏，磨粒的强度和硬度降低。 结合剂采用生产厂家原有结合剂配方和原材料， 结合剂原材料混匀后过１２０目筛，准确称取后放入坩 埚中在１２５０℃下进行玻化，待结合剂玻化均匀，倒入 已备好的冷水中急冷，然后将所得玻璃料干燥，并球磨 过筛得到所需结合剂。通过改变结合剂中不同结合剂 成分粒度，结合冶炼后的结合剂粒度分析讨论磨具的 性能。结合剂粒度组成与代号见表１。 表１ 结合剂粒度组成与代号 １．３试样制备及实验方案设计 １．３．１试样的制备 表２给出了试样条的质量分数配比。首先将称量 的好的磨料与糊精液混合均匀，再加上预先混好的结 合剂与糊精粉（过筛）混匀过筛，封存备用；做成规格为 ８ ｍｍ×６ ｍｍ×４０ ｍｍ的试条，用“８”字块模具压制 成“８”字形的试块，经干燥后装炉烧制。 表２试条、试块配比 １．３．２流动块的制备 称取适量的结合剂，加入适量的水混合均匀后，称 取５ ｇ结合剂放人尺寸为西１５ ｍｍ×１５ ｍｍ的模具中， 压制成 １５ ｍｍ×１５ ｍｍ流动块，然后放入检测炉中 检测。 １．３．３ 实验方案 实验中的测试项目有磨具抗折强度、抗拉强度和 结合剂流动性。４种结合剂抗折条各做８条，”８”字块 各８块，流动块各４块，将其同时放人高温电阻炉内按 原有烧成曲线进行烧制。 １．４性能测试 （１）磨具抗折强度和抗拉强度的测定：在５０ ｋＮ ６４ 金刚石与磨料磨具工程 第２００期 电子多功能试验机上进行，加载速度为５ ｍｍ／ｍｉｎ。 的润湿性得到了较好的改善，因此，粒度越细，结合剂 （２）磨具硬度的测定：硬度是利用５ ｃｍ。砂室喷砂 硬度计测定的。 （３）流动性能的测定：在窑炉里，温度为５８０～７８０ ℃范围内，升温速度为１～２℃／ｍｉｎ，进行烧制。期间 随时观察结合剂状态的变化，并根据结合剂的软化情 况依次取出流动快的样品，以确定其软化温度及最终 的烧结范围。 ２实验结果及分析 １ 、２ 、３ 三种结合剂磨具与原结合剂（０ 结合 剂）相比，只是结合剂经过筛分，粒度依次变细，磨具各 方面的性能均有不同程度的变化，结合剂粒度与耐火 度、烧结范围及流动性能的关系见表３。 表３ 结合剂粒度与结合剂的耐火度、烧结范围 及流动性能的关系 ０ ５ Ｏ ∞５ 由表３实验结果可知，结合剂粒度越细（１２０～ ３２０目范围），结合剂的耐火度越低，烧结范围越窄，流 动性越大。原因是：结合剂粒度越细，比表面积越大， 分散度越大，颗粒之间接触点越多，结合剂的反应能力 也会增强，因此会降低结合剂的耐火度，且使结合剂烧 结范围变窄，流动性能增强。从这三个方面来看，根据 陶瓷结合剂ＳＧ砂轮对结合剂的要求，１ ，２ 结合剂 都比较适合做ＳＧ砂轮。３ 结合剂因烧结范围过窄， 烧成工艺不易控制；而且根据ＳＧ磨料对结合剂的要 求，流动性过大，会引起ＳＧ磨料与结合剂反应，导致 ＳＧ磨料结构遭到破坏，或容易造成砂轮烧制过程中出 现变形，因此，不太适合作为ＳＧ砂轮的结合剂。 图１为结合剂粒度与试样抗拉强度的关系，图２ 为结合剂粒度与试样抗折强度的关系。由图１、图２ 实验结果可知：随着结合剂粒度的减小（１２０～４００目 范围），抗折强度与抗拉强度均有明显的提高。其主要 原因是：结合剂的平均粒径越小，其比表面积越大，颗 粒形状越趋于一致，表面活性越高，结合剂的分散均匀 性越好，烧结过程中形成玻璃体，有助于烧结的进行， 同时，结合剂弥散于磨料表面，囤积于晶界处，对磨料 的机械强度越高。 趟 鹱 图１ 结合剂粒度与试样抗拉强度的关系 ５ ０ ５ 实验次数 图２ 结合剂粒度与结合剂抗折强度的关系 图３为结合剂粒度与磨具硬度的关系曲线。由图 ３实验结果可看出：结合剂粒径越小，对磨具硬度的影 响越大。图３是采用喷砂硬度机测试出的试条坑深值 平均值，分别为２．４９ ｍｍ，２．２７ ｍｍ，２．０１ ｍｍ，１．６１ ｍｍ。随着结合剂粒度的减小（１８０～４００目范围），硬 度值提高了将近一级半，即３ 结合剂硬度为Ｌ。其主 要原因亦同前面所述，结合剂的平均粒度越细，比表面 积越大，分散度越大，颗粒之间接触点越多，使得结合 剂的反应能力也会增强，因此，随着结合剂粒径的减 小，磨具的硬度呈上升趋势。 图３结合剂粒度与磨具硬度的关系 ３ 结论 （１）实验结果显示：结合剂过１２０目筛与４００目筛 相比，抗折强度由１９．８５ ＭＰａ提高到２１．６２ ＭＰａ，提高 了８．９２ ； （下转第６８页） ∞ Ｏ ６８ 金刚石与磨料磨具工程 总第２００期 （上接第６４页） Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｐｒｅｓｓ。２０００． 抗拉强度由３８．７ ＭＰａ提高到５４．８ ＭＰａ，提高了 ４１．６ ；硬度平均提高近一级。 ［３］ 王改民，马秋花，赵艳霞，等．石英粒度及其配对陶瓷结合剂磨具 性能的影响ＥＪ］．金刚石与磨料磨具工程，２００６（４）：５８ ６１． ＷＡＮＧ Ｇａｉｍｉｎ，ＭＡ Ｑｉｕｈｕａ，ＺＨＡＯ Ｙａｎｘｉａ，ｅｔ ａ１．Ｑｕａｒｔｚ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｃｅｒａｍｉｃ ｂｏｎｄ ａｂｒａｓｉｖｅ （２）结合剂过１２Ｏ目筛与４００目筛相比，自身性能 有很大的变化，主要表现在：①结合剂的耐火度由７６８ ℃降低到６８０℃；②烧结范围由７Ｏ℃降低到４０℃；③ 结合剂的流动性由１４５ 增加到２１０ 。 （３）在一定烧成制度下，结合剂粒度控制在１８０～ ３２０目范围内，有利于低温陶瓷结合剂ＳＧ砂轮强度的 提高。 ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＥＪ］．Ｄｉａｍｏｎｄ＆Ａｂｒａｓｉｖｅｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００６（４）：５８ ６１． Ｃ磨具低温烧成陶瓷结合剂的研 ［４］ 侯永改，李登甲，刘方晓，等．Ｓｉ究砂轮与磨削ＥＪ］．金刚石与磨料磨具工程，２０００（４）：２７—２９． ＨＯＵ Ｙｏｎｇｇａｉ，ＬＩ Ｄｅｎｇｊｉａ，ＬＩＵ Ｆａｎｇｘｉａｏ，ｅｔ ａ１．ＳｉＣ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｔｏｏｌ ｏｆ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｒｉｎｇ ｃｅｒａｍｉｃ ｂｏｎｄ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｗｈｅｅｌ ａｎｄ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ＥＪ］．Ｄｉａｍｏｎｄ＆Ａｂｒａｓｉｖｅｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０００（４）：２７ ２９． 参考文献 作者简介 ［１］孟庆辉，李印江．磨料磨具技术手册［Ｍ］．北京：兵器工业出版 社，１９３４． 李德海，男，１９８２年生，工程师。主要研究低温陶瓷结合剂性能 及应用。 ＭＥＮＧ Ｑｉｎｇｈｕｉ。ＬＩ Ｙｉｎｊｉａｎｇ．Ａｂｒａｓｉｖｅｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｎｄｂｏｏｋ ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｗｅａｐｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｒｅｓｓ，１９３４ ［２］李志宏．陶瓷磨具制造［Ｍ］．北京：中国标准出版社，２０００． Ｉ Ｉ Ｚｈｉｈｏｎｇ．Ｃｅｒａｍｉｃ ａｂｒａｓｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｅｄｙｓｏｎ＠１６３．ｃｏｍ。 （修回日期：２０１４—０１—０２）