基于空心Al2O3微球造孔剂的陶瓷结合剂精密金刚石砂轮制备研究

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陶瓷结合剂精密金刚石砂轮具有磨削效率高、磨削力小、自锐性强、易修整、等特点。它广泛应用于脆硬材料的精密磨削。陶瓷结合剂金刚石砂轮的孔隙率对砂轮的性能影响很大,传统造孔剂造出的气孔孔径和孔隙率可控性差。本课题提出了一种基于空心Al2O3微球造孔剂的陶瓷结合剂精密金刚石砂轮的研究。  首先采用超声搅拌方法对金刚石微粉进行分散,然后通过高能球磨机对陶瓷结合剂进行球磨细化,并且研究了结合剂的质量分数、烧制工艺、辅助磨料和空心Al2O3微球的质量分数和粒径等对陶瓷结合剂精密金刚石砂轮性能的影响。采用正交试验法优化砂轮制备工艺的参数,用于制备陶瓷结合剂精密金刚石砂轮,并研究了砂轮的修整工艺,对磨削性能做了初步的检测,得到以下主要结论:  超声搅拌时间从0min增加到7min,团聚的金刚石微粉的粒径逐渐减小,在7min时,金刚石中位粒径(d50)为0.97μm;球磨时间从0h增加到48h,陶瓷结合剂的中位粒径(d50)从14.63μm减小到1.01μm。结合剂质量分数从21wt%增加到36wt%时,砂轮试样的总气孔率先减小,在36wt%取到极小值30 vol%,后结合剂增加,总气孔率升高;抗弯强度和硬度则先升高,在36wt%取到极大值:分别为61.6MPa和102.8HRF,后结合剂增加抗弯强度和硬度降低。烧结温度对砂轮试样的总气孔率影响不大。烧结温度由610℃升高到730℃时,砂轮试样的抗弯强度和硬度先增加,在670℃取到极大值69.3MPa和96,后温度再升高,抗弯强度和硬度下降。烧结时间从0h增加到2.5h,砂轮试样的总气孔率逐渐升高,在2.5h时达到极大值45.5 vol%;抗弯强度和硬度则是先增加,在1h时达到最大值:分别为69.8MPa和98,烧结时间继续增加,抗弯强度和硬度下降。碳化硅辅助磨料的粒度对砂轮试样的抗弯强度和硬度影响不大。碳化硅辅助磨料质量分数从12wt%增加到60wt%,砂轮试样的抗弯强度和硬度先上升后下降,在36wt%取到极大值:分别为79.8MPa和96.4。  砂轮试样的总气孔率随着空心Al2O3微球含量的增加而上升,与空心Al2O3微球粒径无关。当空心Al2O3微球的质量分数从3wt%增加到12wt%时,含平均粒径粒径为0.2mm、0.4mm、0.6mm的空心Al2O3微球的砂轮试样的总气孔率均升高,在12wt%出现最大值;抗弯强度和硬度则出现最小值。空心Al2O3微球粒径越大,砂轮试样的抗弯强度和硬度越大,总气孔率越低。  对陶瓷结合剂精密金刚石砂轮制备工艺进一步改进和优化,制备出空心Al2O3微球造孔剂的陶瓷结合剂精密金刚石(w1)砂轮,并用于石英玻璃的磨削加工。磨削前后石英玻璃的表面粗糙度分别为0.5113μm,0.0206μm。磨削结果表明,本研究所设计的陶瓷结合剂精密金刚石砂轮可对石英玻璃实现有效的加工。
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