陶瓷材(cai)料具有良(liang)好的(de)耐高温耐腐蚀性能及力学性能,是优(you)良(liang)的(de)高性能材(cai)料。由(you)于(yu)其原子(zi)是通过共价键、离子(zi)键结合(he),而金(jin)属材(cai)料通过金(jin)属键相结合(he),因此陶瓷材(cai)料与金(jin)属材(cai)料有完(wan)全不(bu)同的(de)性质(zhi),不(bu)仅在(zai)常温下对剪切应力的(de)变形阻力很大,而且硬(ying)度很高。
同时,由于陶(tao)(tao)瓷晶体是由阳离(li)子(zi)和(he)阴离(li)子(zi)以(yi)及它们之间(jian)的(de)化(hua)学键组成(cheng)的(de),化(hua)学键具有方向(xiang)性、原(yuan)子(zi)堆(dui)积(ji)密度低、原(yuan)子(zi)间(jian)距大,因此陶(tao)(tao)瓷显(xian)示(shi)出很大的(de)脆性,加工(gong)产生的(de)缺陷多,是典(dian)型的(de)难(nan)加工(gong)材(cai)料。而(er)且随(sui)着陶(tao)(tao)瓷制备技术的(de)发展(zhan),陶(tao)(tao)瓷材(cai)料的(de)性能还在逐步(bu)提高,因此为(wei)了(le)发展(zhan)陶(tao)(tao)瓷材(cai)料在空(kong)间(jian)探(tan)测、航(hang)空(kong)航(hang)天等高技术领域中(zhong)的(de)应用,开发出高效低成(cheng)本的(de)加工(gong)技术十分重要。
目前能(neng)够满足硬金属(shu)的(de)加工要求的(de)“磨削”是陶瓷材料的主要加工方法之一,无论是精度还是效率都比较适中。磨削使用的工具一般为金刚石砂轮,即利用“结合剂”将金刚石磨粒粘结起来并制成具有一定强度和形状的磨具。与其它磨料如刚玉、碳化硅相比,用金刚石磨具进行磨削时,具有磨削效率高、使用寿命长、磨削力小,磨削温度低、磨削的工件精度高、表面质量好等优势。
金刚石陶瓷砂轮
(图片来源:江阴市浩(hao)锋工具有(you)限公司)
金刚石(shi)陶瓷砂轮的优势
根据原料的不同(tong),金刚石砂轮在功能上也会产生差异——如根据结合剂的不同可分成金属结合剂、陶瓷结合剂、树脂结合剂三种。三者各有优势,其中树脂结合剂和金属结合剂砂轮已在工业生产中得到广泛应用,虽然陶瓷结合剂金刚石砂轮虽然应用量没有前两种砂轮大,但由于其具有良好的磨削精度、高磨削效率和低磨削应力等优势,因此在先进陶瓷这种难加工材料领域越来越受到人们重视。
陶瓷结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)剂(ji)(ji)(ji)一(yi)般有三种类(lei)型:传(chuan)统陶瓷矿物结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)剂(ji)(ji)(ji),玻璃料(liao)结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)剂(ji)(ji)(ji)和微晶玻璃结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)剂(ji)(ji)(ji)。在(zai)烧结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)温度(du)下,结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)剂(ji)(ji)(ji)材料(liao)软化(hua)而出现(xian)部分(fen)液相(xiang)(xiang),结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)剂(ji)(ji)(ji)将金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石(shi)磨(mo)料(liao)润(run)湿(shi)、包裹,在(zai)结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)剂(ji)(ji)(ji)与(yu)金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石(shi)磨(mo)料(liao)界面处发生(sheng)一(yi)系列的(de)物理(li)化(hua)学(xue)变化(hua),结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)剂(ji)(ji)(ji)将金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石(shi)磨(mo)料(liao)牢固(gu)粘(zhan)接,形成具有一(yi)定强(qiang)度(du)和形状的(de)磨(mo)具。与(yu)其他两种结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)剂(ji)(ji)(ji)相(xiang)(xiang)比,陶瓷结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)剂(ji)(ji)(ji)金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石(shi)砂轮具有以下优点(dian):
①陶瓷结(jie)合剂(ji)金(jin)刚石(shi)砂轮经高(gao)温烧成,陶瓷结(jie)合剂(ji)材料(liao)热稳定性好,在磨削(xue)高(gao)温下仍能对金(jin)刚石(shi)磨料(liao)保持较高(gao)的把持力,砂轮使用寿命(ming)长。
②与金属和树脂结合剂金刚(gang)石砂轮(lun)不同(tong),陶瓷结合剂金刚(gang)石砂轮(lun)是多孔材料,气孔在磨削(xue)时可以容屑和保存冷却液,磨削(xue)应(ying)力小,温度低。
③陶(tao)瓷结合(he)剂弹性模量高,砂轮刚性好(hao),在(zai)磨(mo)削(xue)过(guo)程(cheng)中弹性变形小,可以达(da) 到较高的磨(mo)削(xue) 精(jing)度。
④陶瓷(ci)结合剂(ji)为脆(cui)性(xing)材(cai)料,在磨削(xue)过程中(zhong)易于(yu)破碎脱(tuo)粒(li),不(bu)断有新的(de)切(qie)削(xue)刃出(chu)现(xian),使得砂轮能保持锋利状态,磨削(xue)效率高。
金刚石(shi)陶瓷砂(sha)轮的(de)高清(qing)近脸帅照
(图(tu)片来源(yuan):江阴市(shi)浩锋工(gong)具(ju)有限公司)
用于先(xian)进陶瓷的金刚石(shi)陶瓷砂轮都有(you)什么要(yao)求?
那到底怎(zen)样的金(jin)(jin)刚(gang)石(shi)(shi)陶瓷(ci)砂轮可(ke)以更好地满足先(xian)进陶瓷(ci)领域的需求呢(ni)?据(ju)专业生产金(jin)(jin)刚(gang)石(shi)(shi)陶瓷(ci)砂轮的江阴市浩锋工具有(you)限公司(si)的徐浩栋总经理介绍(shao),决定(ding)金(jin)(jin)刚(gang)石(shi)(shi)陶瓷(ci)砂轮品质(zhi)的因素(su)可(ke)从金(jin)(jin)刚(gang)石(shi)(shi)磨料及结合(he)剂设(she)计这(zhei)两方面总结:
1.金(jin)刚石磨(mo)料(liao)
首先是在(zai)砂轮(lun)工作(zuo)面上(shang)均匀分布的(de)(de)(de)(de)裸露突起、起切(qie)削(xue)作(zuo)用的(de)(de)(de)(de)金(jin)刚石(shi)磨(mo)料,若从(cong)提(ti)高结合剂对金(jin)刚石(shi)磨(mo)料的(de)(de)(de)(de)把持力角度考虑(lv),磨(mo)料的(de)(de)(de)(de)晶型应(ying)该尽量不规整,表面粗(cu)糙为好;另(ling)外金(jin)刚石(shi)的(de)(de)(de)(de)粗(cu)细会直(zhi)接(jie)影响工件表面粗(cu)糙度、磨(mo)削(xue)效(xiao)率(lv)和磨(mo)具损耗,因此(ci)在(zai)满足加工工件要求的(de)(de)(de)(de)条件下应(ying)尽可能选(xuan)用粗(cu)的(de)(de)(de)(de)粒度,以提(ti)高磨(mo)削(xue)效(xiao)率(lv)和降低(di)磨(mo)具的(de)(de)(de)(de)损耗。
2.结(jie)合剂(ji)设计
其次(ci)是负责(ze)粘结磨料的(de)陶瓷结合剂(ji)。由于金刚石的(de)热(re)稳(wen)定(ding)性差,在(zai)空(kong)气中(zhong)700℃以上就会氧化,保护气氛下900℃加热后抗压强度明显下降,所以陶瓷结合剂的烧成温度不能太高。此外,结合剂结合强度还需满足砂轮工作强度要求,膨胀系数要与磨料的热膨胀系数相匹配,导热性也不能太差。
除(chu)此之外,徐(xu)总强调结合(he)剂最(zui)重要(yao)的就是(shi)对金刚(gang)石磨(mo)料的把持力必须要(yao)够强——因为金刚石本身的抗压能力很强,使用寿命长,因此为了充分发挥金刚石磨料的优势、降低成本、提高金刚石磨料在砂轮中的浓度,合理的结合剂配方设计十分关键。
多角度观察(cha)金刚石(shi)陶瓷(ci)砂轮
(图片(pian)来源(yuan):江阴市浩锋工(gong)具有限公司)
总结
总(zong)而言之,随(sui)着科技的(de)(de)发(fa)展工(gong)业上对磨削加工(gong)的(de)(de)精度要求越(yue)来越(yue)高,金(jin)刚石陶瓷砂(sha)轮的(de)(de)市场份也在快(kuai)速增长。若您(nin)对陶瓷结(jie)合剂超硬材料磨具在超精密加工(gong)领(ling)域(yu)中(zhong)的(de)(de)应用(yong)感兴趣,欢迎来到CAC 2021广州国际先进陶瓷产业链展览会与徐总面对面交流哦!(江(jiang)阴市浩锋工具(ju)有(you)限公司——展位号:B120)
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