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低温陶瓷结合剂金刚石磨具研究现状 张颂邹文俊侯永改 河南工业大学 郑州450007 摘要：．通过对金刚石磨料表面改性、优化陶瓷结合剂的性能，以及引进适当的气孔并控制其形状，可 以有效地提高陶瓷结合剂金刚石磨具的使用效果。本文在国内外相关文献资料的基础上，针对以上几 个方面，综述了陶瓷结合剂金刚石磨具的研究现状，并对今后的研究重点进行了展望。 关键词：金刚石低温陶瓷结合剂 磨具 气孔 1前言 随着新的成型和制备技术的出现，具有优异性能的新型材料不断涌现，但同时也带来了新的加工问 题，对加工工具的性能提出了新的要求。耳前，陶瓷金刚石磨具已经在加工领域显现出优异的性能，近 几年来国内外的使用量不断增加，已经受到广泛关注，成为世界上磨削工具产品研究开发的热点。这 主要取决于陶瓷金刚石磨具本身表现出的优点…： (1)耐热、耐油、耐水及耐酸碱性均较好，适合于各种冷却液作用下的磨削； (2)磨具中有较多气孔，有利于冷却和排屑，磨削时不易堵塞和烧伤工件； (3)磨具形状保持性好，磨削精度高； (4)磨具有较好的自锐性，修整间隔较长； (5)比其他结合剂磨具修整容易，且修整费用适中。 陶瓷结合剂金刚石磨具已广泛应用于金刚石刀具、立方氮化硼刀具、硬质合金、金属陶瓷、铁氧体、 铸铁、宝石、普通陶瓷及新型工程陶瓷材料的磨削和加工，同时也可用于铬淬火钢轴承滚柱、汽车和拖拉 机曲轴、液压泵齿轮颈等精密磨削。因此陶瓷结合剂金刚石磨具在材料的磨削加工领域，具有越来越明 显的优势，在金刚石磨具的发展中有着良好的前景【2。J。国外工业发达国家中陶瓷结合剂金刚石磨具 国的尤尼康(Unicorn)公司，在陶瓷结合剂金刚石磨具制造方面已经有批量产品面市。13本东京大学研 制出陶瓷结合剂微粉金刚石和立方氮化硼磨具，另外美国u烈L国家实验室、日本宫下研究室和物理化 学研究所等先后开发了用于纳米级表面精密磨削的陶瓷基超微粒度金刚石磨具【?】。 ．，+ 陶瓷金刚石磨具也有不足之处。它一般不适合于黑色金属材料的加工…。此外，由于陶瓷结合剂 往往为低温陶瓷无机材料，引入了大量碱性物质，在结合剂熔炼过程中(10000C以上)容易挥发，其各项 性能(耐火度低，低热膨胀系数、强度等)不易控制，而且陶瓷结合剂本身具有断裂韧性差、脆性大的特 点。同时，在磨具的制造过程中，由于金刚石的惰性致使结合剂对金刚石的湿润性差；金刚石的热膨胀 系数非常低，为2．7×10一／。C，两者相差比较大，从而降低了结合剂对金刚石的把持力，磨具在磨削过 程中金刚石容易脱落，损耗大。在磨削加工过程中。由于陶瓷材料的脆性大，磨具在使用时的抗冲击能 力、抗疲劳性能都很差，使用中容易发生碎裂现象，从而影响磨具的磨削性能，而且陶瓷材料的导热性能 差，磨削区域局部温度高，使金刚石磨粒容易热损耗，也会影响磨具的磨削性能。以上原因直接影响了 陶瓷结合剂金刚石磨具的使用№】。因此，有必要提高陶瓷结合剂金剐石磨具的综合性能，从而促进陶 瓷结合剂金刚石磨具的应用。本文主要从金刚石磨粒、低温陶瓷结合剂以及磨具内的气孔等方面，综述 了当前陶瓷结合剂金刚石磨具的研究现状，并对今后的研究重点进行了展望。 2陶瓷金刚石磨具的研究 陶瓷结合剂金刚石磨具作为一种复合材料，其界面结合力主要有【7】：机械结合力、物理结合力(包 括范德华力和氢键力)以及化学结合力(包括离子键、共价键、金属键等)。金刚石是惰性很大的单质， ·27· 它的物理和化学性质都非常稳定。因此，在陶瓷结合剂金刚石磨具中，金刚石磨粒与结合剂的结合力是 很弱的，主要是机械结合力和物理结合力。在这种不牢固的结合状态下，金刚石磨料的早期脱落成为磨 具失效的主要形式，这严重影响了陶瓷金刚石磨具的耐用度和磨削效率。解决这一问题的方法主要有 两个： 一是通过对金刚石表面改性，即在金刚石磨粒表面上进行镀覆，以形成过渡层增加磨粒的粘着力； 二是在现有低温陶瓷结合剂的基础上，通过添加金属、金属氧化物或金属碳化物等，改善结合剂对 ’ 金刚石磨粒的润湿性，以及磨具的烧结性能。 2．1金刚石表面改性 、 金刚石表面改性主要是采用物理或化学方法【8】