低温烧成陶瓷结合剂磨具

低温烧成陶瓷结合剂磨具

河南工业大学材料科学与工程学院

侯永改

陶瓷结合剂磨具具有强度较高，耐热性能好，切削锋利，磨削效率高，磨削过程中不易发热和堵塞，热膨胀量小，易控制加工精度，且容易修整等特点。

陶瓷结合剂磨具一般用于粗磨、半精磨、精磨及某些产品的抛光，接触面积较大的成型磨削，超硬磨料烧结体的磨削等。陶瓷结合剂磨具广泛应用于机械制造行业，许多重要的机器零件都要进行磨加工。如喷汽发动机，水压汽轮机，一般用螺旋浆，轴承部件等。在这些零件的加工中陶瓷结合剂磨具都发挥了很好的作用。

陶瓷磨具产量比较大，从过去到现在，陶瓷磨具在磨具总的构成中一直占主要地位，尽管随着结合剂材料种类的不断发展和磨具种类的扩大，陶瓷磨具产量在磨具总产量中呈下降趋势，但仍占有较大比例。因此，有必要对陶瓷结合剂磨具进行进一步的研究，比如降低烧成温度以节约能源，改善磨具的结构与性能等。

一．低温烧成陶瓷结合剂磨具的优势

1．低温烧成含义

就这个问题我从多方面进行了查找,没有一个确定的答案,下面有几个方面的例子:

通过配方调整使工业硬瓷的烧成温度从1400℃降低到1300℃是低温烧成；日用有骨质瓷外观的陶瓷的烧成温度从约1200℃降低到1050～1080℃是低温烧成；工艺陶瓷烧成温度已经达到850～900℃的低温；低温烧成、低膨胀性陶瓷釉料可在700～1000℃的低温范围烧成，并具有低的膨胀系数（热膨胀系数α≤6.0×10－6／℃）。

所以一般说来，凡烧成温度有较大幅度降低（60~100℃）且产品性能与通常烧成产品性能相近的烧成方法可称为低温烧成。

对我们陶瓷磨具来说烧成温度从约1250℃降低到1150℃、1050℃也是低温烧成，但人们习惯上把烧成温度在1000℃以上称为高温烧成，在1000℃以下称

为低温烧成。

2．低温烧成是陶瓷磨具优势与不足

为什么要进行低温烧成呢？低温烧成是陶瓷磨具的主要有如下优点：

（1）节约能源，降低烧成燃料成本陶瓷磨具生产中燃料费用占生产成本的比例很大，一般在30%以上。据有关资料介绍，烧成温度1050℃以下消耗的热能量约相当于1050～1320℃之间消耗的热能量，这就是说高温下单位温升所消耗的热能量比低温下的要高的多，在高温下每降低100℃，节能约1／6。

同时，低温烧成还可以缩短烧成时间，利于实现快速烧成，对于节约能源具有显著效果。当在同一隧道窑内烧成陶瓷磨具时，根据热平衡计算，单位产品的热量消耗量Q为：

t

=-+

Q K A

N

式中：t−−烧成时间，h；

N−−窑内容车数，辆；

K，A−−常数。

从上式可知，单位制品的热耗与烧成时间呈直线关系，烧成时间每缩短10%，产量可增加10%，单位热耗可降低4%，快速烧成既可以节约燃料，又可以提高产量，使生产成本大幅度降低。

（2）充分利用原料资源低温烧成的普通陶瓷磨具，其配方组成中一般都应含有较多的熔剂成分。我国地方性原料含量比较丰富，这些地方性原料或低质原料（如瓷土尾矿、低质滑石等）及某些可以新开发的原料（如硅灰石、透辉石、霞石正长岩、含锂矿物原料等）往往含有较多的低熔点成分，来源丰富，价格低廉，很适合制作低温陶瓷磨具坯料，或者快速烧成陶瓷磨具坯料。因此，低温烧成能充分利用原料资源，并且能促进新型陶瓷磨具原料的开发利用。

（3）提高窑炉与窑具的使用寿命陶瓷磨具产品的烧成温度在很大幅度的降低后，可以减少匣钵的破损和高温荷重变形。对于砌窑材料的材质要求也可降低，减少了建窑费用，同时还可以增加窑炉的使用寿命，延长检修周期。在匣钵和耐火棚架支撑产品的材质方面也可降低性能要求，延长其使用寿命。

（4）缩短生产周期，提高生产效率低温烧成除了节能和提高产量外，还可以大大地缩短生产周期和显著地提高生产效率。通常的陶瓷磨具仅烧成一道工

序就占50 70h，而采用低温烧成时，总的烧成时间不足20h，当其它工序不变时，仅采用快速烧成就可以大大缩短生产周期。

（5）提高磨具的外观和内在质量，减少烧成废品。

低温烧成时，白刚玉、碳化硅磨具不会出现发红、铁斑等现象，碳化硅磨具也不易产生“黑心”，有利于磨具的商品化。

陶瓷磨具大都采用1250~1300℃左右的高温烧成。而且对SiC磨具来说，高温烧成高硬度部分容易产生“黑心”。为避免“黑心”产生常采用酸碱比较大的烧结结合剂，这时为达到磨具所要求的高硬度，必须引入大量的结合剂，这又将导致磨具组织紧密，磨具磨削时粉尘大，磨削性能不好。低温烧成还可以防止SiC磨粒中铁从FeC3中分解出来，还可以减轻SiC磨粒地分解，从而防止SiC 磨具的发红和黑心现象，提高SiC磨具内在及外观质量。

（6）可防止磨料性能因高温作用而产生的性能劣化

①SG及新型聚晶烧结刚玉磨料

SG磨料，采用引晶凝胶烧结工艺生产而成，是带有革命性的新一代氧化铝磨料，具有比普通白刚玉小几千倍的晶粒尺寸，一个粒度为60目的SG磨粒内实际上有几百万个微粒，其破碎时为沿晶界碎裂，能持续不断地露出新切削刃保持锐利的切削状态。磨粒强度高, 有微破碎性能。具有硬度高，韧性好，锋利度强等优点，与普通刚玉磨料相比，SG具有磨耗比高，保行性强，工件表面加工质量好，砂轮修整量少，磨削效率高等优势性。因此，日本专家增预测未来普通氧化铝磨料将逐渐消失，市场销售的三分之二将被CBN磨料取代，另外三分之一被SG磨料取代。SG砂轮特别适应于航空航天用合金、淬火刚、工具钢、硬铬、硬铸铁等的磨削。因SG磨料价格较贵，通常SG可以根据不同场合的磨削要求，以一定比例同白刚玉（或其他刚玉磨料）进行混合制成砂轮，已达到磨削效果和砂轮成本的最佳组合。在磨削难磨材料和要求高磨削效率及高精度的场合,具有优异的特性, 同时可以大大减少砂轮的修整量,延长砂轮的使用寿命。

新型聚晶烧结刚玉磨料与SG磨料一样，同属于陶瓷刚玉烧结磨料多晶体，不同的是它能在较小磨削力情况下产生较好的自锐性（如低速研磨盘），当磨料受到磨削力作用时，它的钝化部分会沿着晶面分解，新的锋口随即出现并参与到切削作用中，自锐性的功效得以体现。