作者簡(jiǎn)介：李印江，男，教授，1959年從事氮化物火箭材料研究，63年從事銅基金屬結(jié)合劑研究，長期從事固結(jié)磨具研究與制造工作，目前主要作陶瓷結(jié)合劑金剛石和CBN磨具的研究。曾任鄭州機(jī)械制造?？茖W(xué)校磨料磨具系（現(xiàn)河南工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院）副主任，中國磨料磨具進(jìn)出口公司技術(shù)部主任。

　　摘要：超硬磨具的陶瓷結(jié)合劑耐火度都比較低，人造金剛石用的陶瓷結(jié)合劑耐火度取在700℃左右，CBN用的陶瓷結(jié)合劑的耐火度約800—900℃。超硬磨具陶瓷結(jié)合劑的化學(xué)成分大部分以SiO2—B2O3—Na2O系統(tǒng)為主，常增加部分Al2O3、Li2O、F¯、BaO、Fe2O3、CaO、MgO、SrO、PbO等成分以調(diào)節(jié)結(jié)合劑的性能,要求結(jié)合劑的抗折強(qiáng)度50～100Mpa，熱膨脹系數(shù)約為3.5～7×10^-6。

　　文中給出了陶瓷結(jié)合劑金剛石和CBN磨具的示例配方。

　　關(guān)鍵詞  低熔  CBN  配方  濃度

　　陶瓷結(jié)合劑金剛石和CBN磨具的配方與剛玉、碳化硅陶瓷結(jié)合劑磨具的配方不同，金剛石和CBN磨具的配方首先強(qiáng)調(diào)一個(gè)濃度的概念；金剛石和CBN磨料合稱超硬磨料，濃度的含義為在金剛石和CBN磨具的體積中超硬磨料的體積占25%時(shí)濃度為100；超硬磨料的質(zhì)量以“克拉”為單位(每0.2克為1克拉)。其濃度與質(zhì)量的關(guān)系，見表1

            表1、超硬磨料的濃度

　　超硬磨料比較貴重，超硬磨具制品的濃度高低對(duì)成本和磨削加工都有著明顯的影響，一般說濃度高，磨料密度大，耐用度高，磨削效率低；濃度低磨削效率高，耐用度低；但過低的濃度磨料稀疏，磨粒易脫落，效率反而下降，甚至不能正常使用。陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的濃度通常在75～175之間。

　　超硬磨具的陶瓷結(jié)合劑耐火度都比較低，因?yàn)榻饎偸诳諝庵?00～800℃就開始氧化；CBN的耐熱穩(wěn)定性在1200℃左右，但是在有水的作用下大約800℃就開始分解，所以人造金剛石用的陶瓷結(jié)合劑耐火度取在700℃左右，CBN用的陶瓷結(jié)合劑的耐火度約800-900℃。相對(duì)于剛玉、碳化硅磨料的陶瓷結(jié)合劑耐火度大多在1000℃以上而稱低熔陶瓷結(jié)合劑。超硬磨具陶瓷結(jié)合劑的化學(xué)成分大部分以

　　SiO2—B2O3—Na2O系統(tǒng)為主，常增加部分Al2O3、Li2O、F¯、BaO、Fe2O3、CaO、MgO、SrO、PbO等成分以調(diào)節(jié)結(jié)合劑的性能，也有在結(jié)合劑中加入少量金屬Al、Ti、Cu等的研究；一般要求結(jié)合劑有較高的強(qiáng)度，因?yàn)樘沾山Y(jié)合劑的超硬磨具使用速度多在60～120m/s，要求結(jié)合劑的抗折強(qiáng)度要達(dá)到50～100Mpa。金剛石的熱膨脹系數(shù)約為2.7×10^-6，CBN的熱膨脹系數(shù)約為3.5×10^-6，要求結(jié)合劑的熱膨脹系數(shù)盡量與其接近，超硬磨具陶瓷結(jié)合劑的熱膨脹系數(shù)約為3.5～7×10^-6。

　　超硬磨具的配方設(shè)計(jì)，例1：

　　超硬磨具的配方有多種表示方法，比較便于計(jì)算的是以超硬磨料量為100%，其他成分按占磨料的百分?jǐn)?shù)計(jì)算。以表2的金剛石磨具初擬配方為例：

表2、陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具初擬配方表

　　表2 中已給出金剛石粒度、濃度的數(shù)據(jù)，按磨具的硬度M據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)結(jié)合劑量約為60 % ，干料密度取為2.50g/cm³,計(jì)算輔助磨料量。

　　配方中金剛石濃度為125時(shí)每cm³型料中金剛石含量為1.1克（見表1），

　　首先計(jì)算出結(jié)合劑量：

　　結(jié)合劑量=1.1g/cm³×60%=0.66g/cm³

　　輔助磨料量=2.50g/cm³-1.1g/cm³-0.66g/cm³=0.74g/cm³

　　每cm³干料中所須加入的糊精液量為：

　　每Kg干料用糊精液35ml，每克干料用糊精液量為：35ml/1000g=0.035ml/g

　　每cm³干料的質(zhì)量為2.50g，所須糊精液量為：

　　每cm³干料用糊精液量=0.035ml/g×2.50g=0.0875ml

　　設(shè)：使用的糊精液的濃度為30%其相對(duì)密度為1.10，見表3

表3、糊精液的相對(duì)密度

　　所以每cm³型料中糊精液的質(zhì)量為：

0.0875×1.100=0.09625g

　　所以表2 中配方的成型密度為：

　　γ=1.1＋0.66＋0.74＋0.09625=2.59625≌2.60g/cm³

　　將結(jié)合劑量、輔助磨料量和糊精液量換算成百分?jǐn)?shù)：

　　結(jié)合劑量百分?jǐn)?shù)：0.66/1.1=0.6=60%

　　輔助磨料量百分?jǐn)?shù)：0.74/1.1=0.67=67%

　　糊精液量換算成百分?jǐn)?shù)：0.09625/1.1=0.0875=8.75%

　　綜合為正式的配方表，見表4

　　表4、陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具配方表

　　表4 的陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具配方表也可以表示為以金剛石和輔助磨料量之合為100 % 的表示方法，將表4 中的各百分?jǐn)?shù)除以金剛石和輔助磨料量之合即可，見表5，

表5、陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具配方表（2）

 　　超硬磨具的配方設(shè)計(jì)，例2：

　　以濃度為150的CBN磨具為例，初擬配方見表6

表6、陶瓷結(jié)合劑CBN磨具初擬配方表

　　表6 中已給出CBN的粒度、濃度的數(shù)據(jù)，按磨具的硬度P據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)結(jié)合劑量約為75%，干料密度取為2.54g/cm³,計(jì)算輔助磨料量

　　配方中CBN濃度為150時(shí)每cm³型料中CBN含量為1.305g（見表1），

　　首先計(jì)算出結(jié)合劑量：

　　結(jié)合劑量＝1.305g/cm³×75%＝0.98g/cm³

　　輔助磨料量＝2.54－1.305－0.98＝0.255g/cm³

　　每cm³干料中所須加入的糊精液量為：

　　糊精液為每Kg干料用35ml，每克干料用為：0.035 ml/g

　　每cm³干料用糊精液量0.035ml/g×2.54g=0.0889ml

　　設(shè)：使用的糊精液的濃度為30%其相對(duì)密度為1.10，見表3，

　　所以每cm³型料中糊精液的質(zhì)量為：

0．0889×1.1＝0.09779g

　　表6 中配方的成型密度為：

    　γ＝2.54＋0.09779＝2.63779≌2.64g/cm³

　　將結(jié)合劑量、輔助磨料量和糊精液量換算成百分?jǐn)?shù)：

　　結(jié)合劑量百分?jǐn)?shù)：75%

　　輔助磨料量百分?jǐn)?shù)：0.255/1.305＝0.1954≌20%

　　糊精液量換算成百分?jǐn)?shù)：0.09779/1.305＝7.5%

　　綜合為正式的配方表，見表7

　　表7、陶瓷結(jié)合劑CBN磨具配方表

　　將表7的陶瓷結(jié)合劑CBN磨具配方表示為以CBN和輔助磨料量之合為100%的方法，即表7中的各百分?jǐn)?shù)除以CBN和輔助磨料量之合即可，見表8，

　　表8、陶瓷結(jié)合劑CBN磨具配方表（2）

　　陶瓷結(jié)合劑金剛石和CBN磨具的結(jié)合劑和配方都需要通過在實(shí)驗(yàn)中不斷加以調(diào)整才能取得實(shí)用效果，許多實(shí)際問題并不是書面設(shè)計(jì)就能解決的，這一點(diǎn)應(yīng)該引起讀者足夠的注意！

　　人造金剛石和CBN磨具一般都是單獨(dú)制造加工部分然后與基體連結(jié)，基體大多是鋁或鋼的。加工制成的節(jié)塊與金屬基體粘結(jié)的半成品經(jīng)加工后進(jìn)行檢查，除一般的檢查外還要用高速回轉(zhuǎn)機(jī)檢查回轉(zhuǎn)強(qiáng)度，用動(dòng)平衡機(jī)檢查動(dòng)平衡，以保證使用安全。

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