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    一、陶瓷結合劑金剛石砂輪應用

    陶瓷結合劑金剛石砂輪具有金剛石陶瓷結合劑共同特點，與普通剛玉、碳化硅砂輪相比，它磨削力強，磨削時溫度比較低，砂輪磨損比較小;可以適應各種冷卻液作用;磨削時砂輪形狀保持性好，磨出工件精度高;砂輪內有較多氣孔，磨削時有利于排屑散熱，不易堵塞、不易燒傷工件;砂輪自銳性比較好，修整間隔時間長，修整比較容易。因此陶瓷結合劑金剛石砂輪國外一些發達國家使用日益增多。

    隨著科學技術發展，新型材料不斷增長，機械加工向高質量、高精度、高效率、自動化方向不斷發展，陶瓷結合劑金剛石砂輪應用范圍越來越廣，用量不斷增加。主要應用于金剛石刀具、立方氮化硼刀具、硬質合金及新型工程陶瓷材料粗磨、精磨及超精磨，金屬陶瓷、鑄鐵、陶瓷、寶石、鐵氧體，混凝土、耐火材料、纖維增強塑料磨削加工。

    金剛石刀具主要集PCD復合片、化學氣相沉積(CVD)涂層刀具單晶金剛石刀具等方面。選擇合理工藝參數，陶瓷結合劑金剛石砂輪研磨單晶金剛石，研磨效率比金屬結合劑砂輪高，磨耗比非常小，加工成本低，因此采用陶瓷結合劑砂輪研磨單晶金剛石，可極大提高破天研磨效率。磨削PCD刀具方面，由于樹脂結合劑較軟，磨削時容易變形，不能有效地磨削PCD刀具;金屬結合劑由于對磨粒結合能力太強而使砂輪自銳性差，磨削效率低，而且金屬結合劑砂輪會造成PCD刀具邊緣產生最最嚴重破壞;綜合磨削效率、砂輪耐用度及工件表面加工質量，陶瓷結合劑金剛石砂輪磨削PCD刀具最合適選擇。

    細粒度陶瓷結合劑金剛石砂輪用于對鉻淬火鋼軸承滾柱做精密尺寸加工。

    陶瓷結合劑金剛石砂輪用于對汽車、拖拉機曲軸、液壓泵齒輪頸做精密加工。

    有較好韌性陶瓷結合劑金剛石砂輪用于對電視機顯像管螢光屏做粗磨精磨。用陶瓷結合劑金剛石砂輪加工集成電路用高性能硅片，加工精度高，加工粗糙度低，且磨后硅片無金屬離子污染，加工產品合格率高。

    新型工程陶瓷材料由于其自身優良性能，如高硬度，高耐磨性，耐高溫性，抗腐蝕性,高剛度重量比，低密度極強化學惰性等，使其科學工業應用日益廣泛。如MgO單晶體廣泛用高溫超導、薄膜基片、激光零件，這些新型材料使用，由于性脆，加工時易產生裂紋，往往也伴隨著大量加工問題。金剛石自然界最硬材料，用它制成砂輪解決了玻璃、陶瓷等高硬度材料加工問題。對于新發展氮化硅等工程陶瓷，用樹脂或金屬結合劑金剛石砂輪進行磨削時，容易出現結合劑對磨粒把持力不夠，磨耗增大;或結合劑韌性過大，砂輪氣孔少，磨削力下降，砂輪磨鈍后難以修整等，使整個磨削加工比較困難。陶瓷結合劑陶瓷質或玻璃質，結合劑剛性好，能耐高溫，磨削時適于精修整，不會產生讓刀現象。且陶瓷結合劑對磨粒粘附力強，棱角保持性能好，能進行高精度磨削。另外，陶瓷結合劑金剛石砂輪制造過程可以進行硬度氣孔上調整，有利于磨削性能提高，通過合理配比及生產控制，不會產生變形，這一點也使砂輪加工精度高原因。

  歸納起來用陶瓷結合劑金剛石砂輪磨削時，具有以下優點：

    (1)磨削效率高;

    (2)具有很高耐磨性：砂輪耐磨性高，磨粒消耗少，特別磨很硬又很脆工件時最明顯;

    (3)磨削力小，磨削溫度低;

    (4)磨削工件精度高、表面質量好，工件形狀保持性好。

    因此陶瓷結合劑金剛石砂輪陶瓷等一些特殊材料磨削加工，具有越來越明顯優勢，金剛石砂輪發展有著良好前景。被認為高速、高效、高精、低磨削成本、低環境污染高性能砂輪，具有越來越廣泛應用，近來世界各國磨削工具競相研究開發熱點。

    二、存在問題

    但由于金剛石特性，使它對陶瓷結合劑各項性能有特殊要求，因此目前國內陶瓷結合劑金剛石砂輪還沒有得到廣泛應用。國內金剛石砂輪主要為樹脂金屬結合劑，陶瓷結合劑用量還很少。其主要原因：[1]由于生產金剛石砂輪用低溫結合劑，為降低耐火度，結合劑引入大量堿性物料，這樣得到低溫陶瓷結合劑，其各項性能(耐火度低，低熱膨脹系數，強度等)不易控制;[2]生產制造時，由于超硬材料惰性，使結合劑對磨粒潤濕粘結能力差，降低了結合劑對磨粒結合強度，砂輪磨削加工時，磨粒脫落快，磨耗大;[3]磨削加工，由于陶瓷脆性大，砂輪使用時抗沖擊能力、抗疲勞性能都很差，使用容易發生脆裂現象，從而影響砂輪磨削特性，而且陶瓷導熱性能差，磨削區域局部溫度高，使超硬磨粒容易熱損耗，也會影響砂輪磨削特性。這就直接影響了陶瓷結合劑金剛石砂輪使用。

    三、研究現狀

    為解決上述問題，科技工作者從多方面進行了研究，其低溫陶瓷結合劑性能影響陶瓷接合劑金剛石砂輪內存質量發展關鍵因素。因此，研究高強度、低溫、低膨脹系數等性能優良低溫陶瓷接合劑國內外超硬材料陶瓷砂輪研究重點。

    TanakaT，EsakiS，NishidaK等通過有選擇地砂輪內增加氣孔數量大小，可以使超硬材料套次砂輪自銳性得到進一步改善。

    JacksonMJ，BarlowN，MillsB通過控制超硬材料陶瓷砂輪內氣孔結構，使生產砂輪具有高粘結強度、磨削加工時有良好磨削效率冷卻性能。通過熱機械分析、Raman光譜分析等手段，Kuan-HongLin，Shih-FengPeng，Shun-TiabLin對燒結溫度、燒結氣氛、燒結時間對超硬材料陶瓷砂輪燒成收縮率及金剛石燒損進行了研究，并研究了了陶瓷結合劑金剛石砂輪燒結參數與磨削特性。俄羅斯學者選用超硬材料陶瓷結合劑配方主要以化學成分進行配比，選擇硼玻璃或硼鉛玻璃體系作為理論研究對象。還對鉛玻璃結合劑進行了比較深入研究，但鉛一種有毒物質，高溫下容易分解。

    早上世紀90年代日本研究者研究了陶瓷結合劑金剛石砂輪高效高精磨削時，砂輪濃度、磨粒要求等選擇要求。研究Na2O-B2O3-SiO2為基本成分硼硅酸鹽玻璃體系結合劑超硬材料砂輪磨削性能;陶瓷結合劑配方主要以化學成份進行配比，選擇硼玻璃或硼鉛玻璃體系作為理論研究對象。

    國外研究，對陶瓷結合劑開始進行增韌補強研究，如對結合劑玻璃相進行微晶化處理，結合劑加入適量合適晶須。他們發現結合劑添加硼酸硅晶須，一方面可以抑制方石英生成，防止方石英100°C～200°C時因體積急劇膨脹而使砂輪產生裂紋;另一方面硼酸鋁晶須本身可以起到晶須增強效果，從而提高結合劑抗拉強度。

   從國內對超硬材料陶瓷砂輪研究報道發現，研究方向主要有：

    對超硬材料磨粒表面進行涂覆，形成過渡層增加結合劑對磨粒粘著力。

    利用玻璃、陶瓷等相關理論探討以Na2O-B2O3-SiO2為基本成分硼硅酸鹽玻璃，通過R2O或RO提供自由氧，硼氧三角體[BO3]轉化為完全由橋氧組成硼氧四面體[BO4]，使硼結構由層狀體轉化為與硅氧四面體[SiO4]相似三度空間架狀結構，從而加強網絡，使玻璃某些性質性質變化曲線上呈現出極大值極小值。而強度高，只砂輪一項特性指標，還必須考慮砂輪市場抗沖擊韌性、耐磨性等性能指標。

    陶瓷結合劑金剛石研究主要從幾個方面，[1]低溫、高強、低膨脹系數陶瓷結合劑研究;[2]陶瓷結合劑性能改善研究;[3]陶瓷結合劑與金剛石磨粒之間潤濕研究;[4]金剛石磨粒表面改性研究;[5]砂輪結構改善研究;[6]砂輪最佳制備工藝參數研究;[7]最佳磨削工藝參數及磨削方式研究等。

    由于陶瓷結合劑與金剛石磨料結合時，難度系數比較大等因素，陶瓷結合劑金剛石砂輪研發生產受到了阻礙。河南勝創超硬材料有限公司工程師克服了陶瓷結合劑金剛石技術難題，工程師率先國內生產出磨寶石用陶瓷結合劑金剛石砂輪，并制定了多種砂輪規格，得到了寶石加工領域青睞。近年研發磨PCD/PCBN刀具陶瓷結合劑金剛石砂輪、磨金剛石復合片陶瓷結合劑金剛石砂輪等系列陶瓷結合劑金剛石砂輪市場取得了良好口碑。《解讀金剛石砂輪不同結合劑性能》一文詳細分析了不同結合劑金剛石砂輪性能。目前陶瓷結合劑金剛石砂輪還遠沒有發揮它應有作用，河南勝創超硬材料有限公司研發室肩負著陶瓷結合劑性能、砂輪結構、砂輪制備工藝參數及磨削加工方法、工藝參數等方面作進一步研究，以滿足目前國內市場急需要求。