陶瓷金剛石砂輪

陶瓷結合劑金剛石砂輪有高強度，耐熱性能好，切削鋒利，磨削效率高，磨削過程中不易發熱和堵塞，熱膨脹量小，以控制加工精度。同樹脂結合劑砂輪相比，他解決了樹脂金剛石砂輪的低壽命，磨削效率低，磨具本身在磨削過程中易變性的問題。陶瓷砂輪結合金剛石砂輪的上述優點，一出現立刻被歐美已開發國家廣泛套用在晶圓（半導體矽片和太陽能矽片），金剛石複合片，金剛石聚晶，金剛石刀具，立方氮化硼，鎢鋼（硬質合金），新型工程結構陶瓷，寶石，水晶，稀土材料（磁性材料）等高硬脆材料的機械加工中，並取得了良好的經濟效益。

基本介紹

• 中文名：陶瓷金剛石砂輪
• 外文名：Ceramic diamond grinding wheel
• 流程：壓坯、乾燥、焙燒及修整
• 特點：高強度，耐熱性能好，切削鋒利
• 套用：金剛石複合片，金剛石聚晶等

概況

用配比好的陶瓷結合劑把磨粒粘結起來，經壓坯、乾燥、焙燒及修整而成的，具有很多氣孔、用磨粒進行切削的磨具。磨粒以其露在表面部分的尖角作為切削刃。主要分為：陶瓷砂輪（碳化矽、棕剛玉、白剛玉等）和陶瓷超硬砂輪（陶瓷結合劑金剛石砂輪和陶瓷結合劑CBN砂輪）兩大類。

陶瓷結合劑金剛石砂輪

優點

1、磨削效率高；

2、具有很高的耐磨性(砂輪的耐磨性高，磨粒消耗少，特別是在磨很硬又很脆的工件時最明顯)；

3、磨削力小，磨削溫度低；

4、磨削的工件精度高、表面質量好，工件的形狀保持性好。

因此陶瓷結合劑金剛石砂輪在鑽石、工業陶瓷、金剛石複合片，金剛石聚晶，金剛石刀具，立方氮化硼，硬質合金等高硬脆材料等一些特殊材料的磨削加工中，具有越來越明顯的優勢，在金剛石磨具的發展中有著良好的前景。被認為是高速、高效、高精、低磨削成本、低環境污染的高性能磨具，具有越來越廣泛的套用，是世界各國磨削工具競相研究開發的熱點。

屬性

砂輪的特性主要由磨料、粒度、結合劑、硬度、組織及形狀尺寸等因素所決定。在超硬砂輪中硬度和組織一般忽略不提。

磨料

磨料是製造砂輪的主要原料，直接擔負著切削工作。。

金剛石：適合加工普通材料砂輪難以加工的高硬金屬和非金屬硬脆材料。如硬質合金、光學玻璃、陶瓷、石材、半導體材料等。

粒度

粒度是指磨料顆粒的尺寸，其大小用粒度號表示。

國標規定了磨料和微粉兩種粒度號。

一般說，粗磨選用較粗的磨料(粒度號較小)，精磨選用較細的磨料(粒度號較大)；微粉多用於研磨等精密加工和超精密加工。陶瓷金剛石砂輪的粒度範圍一般在w1.5~80/100

結合劑

結合劑的作用是將磨料粘合成具有一定強度和形狀的砂輪。砂輪的強度、抗衝擊性、耐熱性及抗腐蝕能力，主要取決於結合劑的性能。

常用的結合劑有陶瓷結合劑(V)、樹脂結合劑(B) 、橡膠結合劑(R)和金屬結合劑(M)等。

陶瓷結合劑：套用最廣，適用於外圓、內圓、平面、無心磨削和成形磨削的砂輪等；

樹脂結合劑：適用於切斷和開槽的薄片砂輪及高速磨削砂輪；

橡膠結合劑：適用於無心磨削導輪、拋光砂輪；

金屬結合劑：適用於金剛石砂輪等。

形狀與尺寸

根據工具機類型和加工需要，將砂輪製成各種標準的形狀和尺寸。詳情可參閱磨具標準

發展現狀

為解決上述問題，科技工作者從多方面進行了研究，其中低溫陶瓷結合劑的性能是影響陶瓷接合劑金剛石砂輪記憶體質量和發展的關鍵因素。因此，研究高強度、低溫、低膨脹係數等性能優良的低溫陶瓷接合劑是國內外超硬材料陶瓷砂輪研究的重點。

Tanaka T，Esaki S，Nishida K 等通過有選擇地在砂輪內增加氣孔的數量和大小，可以使超硬材料套次砂輪的自銳性得到進一步的改善。

Jackson MJ，Barlow N，Mills B通過控制超硬材料陶瓷砂輪內的氣孔結構，使生產的砂輪具有高粘結強度、磨削加工時有良好磨削效率和冷卻性能。通過熱機械分析、Raman光譜分析等手段，Kuan-Hong Lin，Shih-Feng Peng，Shun-Tiab Lin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的燒損進行了研究，並研究了了陶瓷結合劑金剛石砂輪的燒結參數與磨削特性。俄羅斯學者選用的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的研究，但鉛是一種有毒物質，高溫下容易分解。

早在上世紀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為基本成分的硼矽酸鹽玻璃體系結合劑的超硬材料砂輪的磨削性能;陶瓷結合劑的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。

國外的研究中，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，結合劑中加入適量合適的晶須。他們發現在結合劑中添加硼酸矽晶須，一方面可以抑制方石英的生成，防止方石英在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的效果，從而提高結合劑的抗拉強度。

由於陶瓷結合劑與金剛石磨料結合時，難度係數比較大等因素，陶瓷結合劑金剛石砂輪的研發和生產受到了阻礙。工程師率先在國內生產出磨寶石用的陶瓷結合劑金剛石砂輪，並制定了多種砂輪規格，得到了寶石加工領域的青睞。如今研發的磨PCD/PCBN刀具陶瓷結合劑金剛石砂輪、磨金剛石複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在市場取得了良好的口碑。

研究方向

陶瓷結合劑金剛石的研究主要從幾個方面

[1]低溫、高強、低膨脹係數陶瓷結合劑的研究;

[2]陶瓷結合劑的性能改善研究;

[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]砂輪結構的改善研究;

[6]砂輪最佳製備工藝參數研究;

[7]最佳磨削工藝參數及磨削方式的研究等。

套用

陶瓷金剛石砂輪廣泛套用在晶圓（半導體矽片和太陽能矽片），金剛石複合片，金剛石聚晶，金剛石刀具，立方氮化硼，鎢鋼（硬質合金），新型工程結構陶瓷，寶石，水晶，稀土材料（磁性材料）等高硬脆材料的機械加工中，並取得了良好的經濟效益。

陶瓷結合劑金剛石砂輪主要用於：PCD、CVD、PCBN、硬質合金、陶瓷刀具以及其它刃具銑刀、鑽頭、鉸刀等切削工具的研磨和快速高效低損傷磨削。