常用金属结合剂超硬材料工具制备工艺及基本理论计算
超硬材料的制备及其性能研究
超硬材料的制备及其性能研究超硬材料，是指硬度大于10GPa的材料，包括莫氏硬度为12以上的金刚石和莫氏硬度为40以上的立方氮化硼（cBN），它们具有非常高的硬度、耐磨性和化学稳定性，广泛应用于磨料、切削、钻探和电子器件等领域。
本文将主要介绍超硬材料的制备方法和性能研究进展。
一、超硬材料的制备方法1. 金刚石的制备目前，主要的金刚石制备方法有高温高压法、化学气相沉积法和化学气相传递反应法。
高温高压法是制备天然金刚石的方法，通常使用钴或镍作为催化剂，将高纯度碳质原料和金属催化剂放在高温高压容器内，在高温高压条件下，碳原子会在催化剂的作用下聚合形成金刚石。
化学气相沉积法是一种将金刚石沉积在基片上的方法，通常使用烷烃或气体饱和蒸汽作为碳源，金属盐溶液作为催化剂，将混合气体送入高温高压反应器，在基片表面沉积金刚石。
化学气相传递反应法是一种新型的金刚石制备方法，该方法主要是利用金属盐的氧化还原反应，在高温高压条件下，从金属盐和气相中直接合成纳米金刚石。
2. 立方氮化硼的制备立方氮化硼的制备方法主要有高压高温法、高能球磨法、热压法等。
高压高温法是首选制备cBN晶体的方法，该方法需使用类似于金刚石的高温高压合成条件，但相应的工艺比金刚石复杂得多，通常采用硼酸钠和氨气为原料。
高能球磨法是一种新型的立方氮化硼制备方法，以金属氮化物粉末和高纯度氨气作为原料，在高能球磨机中进行反应。
热压法是将cBN晶体颗粒和金属粉末混合均匀后，放入高温高压装置（例如为SHP-1/30热压机），利用高温高压进行成型。
二、超硬材料的性能研究超硬材料具有非常优异的物化性能，广泛应用于切削加工、探矿、电子器件等领域。
下面将分别介绍金刚石和立方氮化硼的性能研究进展。
1. 金刚石的性能研究金刚石具有非常高的硬度、热稳定性和化学稳定性，是理论上耐磨性最高的材料之一。
近年来，通过改进高温高压合成技术和提高金刚石晶体质量，研究人员已经能够合成大尺寸高质量金刚石晶体。
2016金属金刚石结合剂砂轮技术配方
2016金属金刚石结合剂砂轮技术配方2016新版、《金属结合剂金刚石砂轮磨具制造工艺配方》金刚石砂轮与普通砂轮相比，具有磨削效率高，表面光洁度好，磨削质量高，成本低等。
金刚石砂轮的主要特点是硬度高、导热率高、锋利度高由此带来高的磨削率。
适用于现代工业机械加工中的高效、强力磨削，适用于加工硬质合金，光学玻璃、陶瓷、石英、宝石、铁氧体、半导体材料、铸铁、浮火钢、建材、耐火材料等高硬材料。
近几年来，随着高速磨削超精密磨削技术迅速发展，对砂轮提出了更高要求，陶瓷树脂结合剂砂轮已不能满足生产需要，金属结合剂砂轮因其结合强度高、成型性好、使用寿命长等显著特性而生产得到了广泛应用。
围绕金属结合剂牢固把持金刚石磨粒的关键环节,国内涌现出许多优秀的新技术、新工艺、新配方。
例如：针对传统金属基金刚石工具中结合剂对磨粒把持力弱的瓶颈问题，国内华侨大学研制了通过液态金属直接连接金刚石磨粒的工具制备新方法、稀土改性钨基结合剂金刚石磨轮制造技术工艺配方、设计并开发了研究合金与磨粒界面行为的实验系统等诸多成果，显著提高金刚石颗粒的把持力，增加金刚石磨轮的耐磨性。
目前新技术已经得到广泛应用，近年来，新增产值上亿元，并获得2014年度福建省科学技术奖。
这些具有自主知识产权的关键技术，非常值得致力于金刚石砂轮磨具、金刚石工具创新和生产的科技型企业、科研单位学习和借鉴。
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超硬材料的合成与表征技术
超硬材料的合成与表征技术超硬材料是一种特殊的材料，具有极高的硬度和耐磨性，被广泛应用于科研和工业领域。
然而，要合成和表征这种材料并非易事。
本文将探讨超硬材料的合成和表征技术，以及相关的研究进展。
合成超硬材料的关键在于材料的成分和结构。
目前常见的超硬材料包括金刚石和立方氮化硼（cBN）。
金刚石的合成主要采用高温高压合成技术，即将碳源和金属催化剂放入高压装置中，通过高温高压反应使碳原子在金属晶格中形成碳-碳键，从而转化为金刚石晶体。
立方氮化硼的合成则需要高温高压下将氨气和硼粉反应，生成氮原子和硼原子的化合物，再通过二次反应得到立方氮化硼晶体。
在合成过程中，需要对材料的成分和结构进行表征。
常见的表征方法包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等。
XRD可以通过测定材料的衍射角来确定晶体结构，SEM和TEM可以观察材料的表面形貌和内部结构。
此外，还可以利用原子力显微镜（AFM）和拉曼光谱等技术对超硬材料进行表征。
最近，随着纳米技术的发展，研究人员还开展了一些新的合成和表征方法。
其中之一是化学气相沉积（CVD）技术，该技术通过将气体反应物输送到基底上，使其在低压下发生反应形成薄膜或纳米颗粒。
CVD技术可以控制合成材料的成分和结构，使得合成的超硬材料具有更高的硬度和耐磨性。
此外，还可以利用液相离子选择性溶胶沉积法（LSID）和分子束外延（MBE）等技术制备超硬材料，这些技术对材料的控制精度更高，可实现纳米尺度的结构。
除了合成和表征技术，超硬材料的应用也是一个研究的热点。
金刚石可用于磨料、高速切削工具和硬盘磁头等领域，其优良的力学性能使其成为一种理想的材料选择。
立方氮化硼在高温和高压下具有优异的性能，被广泛用于切削工具、磨料和陶瓷材料等领域。
此外，超硬材料还可以用于能源领域，如太阳能电池和燃料电池等。
随着电子技术的发展，超硬材料在半导体器件中的应用也逐渐增加。
总之，超硬材料的合成与表征技术是一个复杂而重要的研究领域。
超硬材料的制备与应用
超硬材料的制备与应用超硬材料是指硬度大于或等于莫氏硬度9的材料，它具有极高的硬度、耐磨性、高温稳定性、化学惰性等优良性能，被广泛用于机械、电子、化工等领域。
本文将介绍超硬材料的制备方法以及在各个领域的应用。
一、超硬材料的制备方法1.高压高温合成法高压高温合成法是目前制备超硬材料的主要方法之一，它利用高温高压下，金属或半金属材料与炭化剂反应形成超硬材料。
这种方法可以制备出一种坚硬的材料——金刚石。
2.化学气相沉积法化学气相沉积法是另一种常用的制备超硬材料的方法，它是利用气体中的有机化合物或金属有机化合物，在高温下经过化学反应，使材料在基底上生长而成的一种材料。
这种方法可以制备出纤维状结构的碳化硅材料。
3.快速凝固法快速凝固法是另一种制备超硬材料的方法，它的特点是在凝固过程中产生高浓度的固溶体，这些固溶体的原子排列非常紧密，从而形成超硬材料。
这种方法产生的超硬材料包括氮化硼和碳化硼等。
二、超硬材料的应用1.机械加工领域超硬材料可以用于机械加工领域中的刀具、切割头等工具的制作。
由于超硬材料的硬度极高，可以在很高的速度下切削，大大提高生产效率。
2.电子领域超硬材料可以用于电子领域中的半导体加工、显示器制造等。
由于超硬材料具有高温稳定性、化学惰性等特点，能够更好地满足电子行业的需求。
3.化工领域超硬材料可以用于化工领域中的催化剂、炉膛制造等。
由于超硬材料的热稳定性和耐腐蚀性很高，可以在极端的高温、高压、腐蚀等恶劣环境下工作。
4.医疗领域超硬材料可以用于医疗领域中的牙科、骨科等。
由于超硬材料的硬度高、耐用性高，可以用于制造各种医疗器械，更好地保护患者的健康。
五、结语超硬材料是一种非常重要的材料，它的制备方法和应用领域非常广泛。
随着科技的不断发展，超硬材料将会在更多的领域得到应用，为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。
超硬材料的物理性质与制备方法研究
超硬材料的物理性质与制备方法研究超硬材料是一种具有优异物理性质的新型材料，它的硬度比钢铁还要高出几个数量级。
超硬材料广泛应用于高端制造、航空航天、能源、医疗等领域。
在这篇文章中，我们将探讨超硬材料的物理性质和制备方法。
一、超硬材料的物理性质超硬材料是一种具有高度结晶定向性和低晶格畸变的材料。
它具有以下突出物理性质：1. 极高的硬度超硬材料的硬度一般大于200GPa，比钢铁还要高出几个数量级，甚至超过了天然钻石。
由于其极高的硬度，超硬材料已经成为了当前最理想的切削工具的材料。
2. 极高的弹性模量超硬材料的弹性模量通常会在1000-1200GPa的范围内，这意味着它的杨氏模数相对钢铁和铜来说要高许多。
这种高弹性系数也赋予了超硬材料优异的抗弯曲和抗变形特性。
3. 良好的化学稳定性与其他材料相比，超硬材料具有很高的化学稳定性。
它不会被酸、碱、氧化物和氯化物等化学物质所侵蚀。
因此，这些材料常常被用于化学和石油工业等领域。
4. 良好的耐热性超硬材料的耐热性能也很出色。
在900摄氏度的高温下，在空气中它几乎不氧化，也不会对其本身的性质产生过大的影响。
因此，超硬材料也广泛地应用于高温、高强度、耐磨和耐腐蚀等领域。
二、超硬材料的制备方法超硬材料的制备方法通常有以下几种：1. 高温高压合成法高温高压合成是一种常用的制备超硬材料的方法。
该方法采用钨或钛等较昂贵的原料，与碳化物、氮化物等低价原料混合，加入金属钴或金属镍作为结合剂，经高温高压合成而成。
这种方法可以制备出一些稳定、颗粒细小、硬度高且导热性能良好的超硬材料。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是另一种常用的制备超硬材料的方法。
这种方法采用有机金属化合物或各种气态碳化硅、氮化硅和氮等气体混合，并在高温下通过原子层沉积技术制备出超硬材料。
3. 等离子体增强化学气相沉积法等离子体增强化学气相沉积法是一种新兴的制备超硬材料的方法。
这种方法将化学气相沉积和等离子体增强技术相结合，可以得到性能更优异的超硬材料。
超硬磨具制造工艺
超硬磨具制造工艺超硬磨料固结磨具重要是由金刚石、立方氮化硼等与结合剂固结成的磨具。
由于金刚石、立方氮化硼的价格高、具有很好的耐磨性能，用它们制造的固结磨具与一般磨料固结磨具不同，除超硬磨料层外，还有过渡层和基体。
超硬磨料层是起切削作用的，由超硬磨料和结合剂构成。
基体是在磨削中起支托作用的，由金属、电木或陶瓷等材料构成。
过渡层用于连接基体和超硬磨料层，由结合剂构成，有时也可省去。
常用的结合剂有树脂、金属、电镀金属和陶瓷等。
固结磨具的制造工序有：调配料、混料、成型、热处理、加工和检查等。
随结合剂不同，制造工艺也不尽一样。
陶瓷结合剂磨具重要采纳压型法，将磨料和结合剂按配方的重量比例称量后，置于混料机内混合均匀，投入金属模具内，在压力机上成型出磨具毛坯。
毛坯经干燥再装入窑内焙烧，烧成温度一般为1300℃左右。
当采纳低熔点烧熔结合剂时，烧成温度低于1000℃。
再按规定尺寸形状精准明确加工，最后检查产品。
树脂结合剂磨具一般是在室温条件下在压力机上成型，也有采纳在加热条件下边加热边加压的热压工艺。
成型后在硬化炉内硬化。
以酚醛树脂为结合剂时，硬化温度为180～200℃。
橡胶结合剂磨具重要采纳对辊机混料，并滚压成薄片，然后用冲刀冲裁成型；也有的用松散料，投入金属模具内在压力机上成型。
成型后在硫化罐内硫化，温度为165～180℃。
金属结合剂磨具的制造工艺有粉末冶金法和电镀法两种，重要用于超硬磨料固结磨具。
粉末冶金法以青铜等为结合剂，混料后采纳热压或在室温条件下加压成型，然后烧结加工。
电镀法以镍或镍钴合金等为电镀金属，按电镀工艺将磨料固结在基体上，制成磨具。
特别品种的磨具有烧结刚玉磨具和纤维磨具等。
烧结刚玉磨具是用氧化铝微粉和适量的氧化铬混合、成型，在1800℃左右烧结制成。
这种磨具结构紧密，有较高强度，重要用于加工钟表、仪表等零件。
纤维磨具是用含有或粘附有磨料的纤维丝（如尼龙丝）作原材料制成的，它的弹性好，重要用于金属材料及其制品的抛光。
金属结合剂制作方法
金属结合剂制作方法金属结合剂是一种用于将金属材料粘接在一起的材料。
它具有优异的粘接性能和耐高温性能，广泛应用于金属加工、制造、维修等领域。
本文将介绍金属结合剂的制作方法。
一、选择合适的金属结合剂原料金属结合剂的制作原料一般包括树脂、填料和添加剂。
树脂是金属结合剂的主要成分，常用的有环氧树脂、酚醛树脂等。
填料可以增加金属结合剂的强度和硬度，常用的有铝粉、硅酸盐等。
添加剂可以改善金属结合剂的流动性和粘接性能，常用的有活性剂、硬化剂等。
在选择原料时，需要根据具体应用场景和要求来确定。
二、原料的配比和混合将树脂、填料和添加剂按照一定比例进行配比，然后进行混合。
混合的方法可以采用手工搅拌或机械搅拌。
在混合的过程中，需要注意混合均匀，避免出现团块或不均匀的现象。
三、添加固化剂金属结合剂在使用前需要进行固化，以达到粘接效果。
固化剂的选择和添加量是影响金属结合剂性能的关键因素之一。
通常情况下，固化剂的添加量为树脂总量的5%-20%。
固化剂的选择要根据树脂的种类和应用要求来确定。
四、搅拌和除泡将添加了固化剂的金属结合剂继续进行搅拌，使固化剂均匀分布在整个混合物中。
在搅拌的过程中，还需要注意除去混合物中的气泡，以免对粘接效果产生影响。
可以采用真空除泡或振动除泡的方法。
五、涂覆和固化将混合好的金属结合剂涂覆在需要粘接的金属表面上。
涂覆可以采用刷涂、滚涂或喷涂等方法。
然后，将涂覆好的金属结合剂置于适当的温度下进行固化。
固化的温度和时间根据金属结合剂的种类和厂家指导进行确定。
六、后续处理固化完毕后，可根据需要对金属结合剂进行后续处理。
比如修整、抛光、涂漆等。
这些处理可以提高金属结合剂的外观和性能。
总结：金属结合剂的制作方法包括原料选择、配比和混合、添加固化剂、搅拌和除泡、涂覆和固化、后续处理等步骤。
合理选择和控制每个步骤的条件和参数，可以制备出具有优异粘接性能的金属结合剂。
在实际应用中，还需要根据具体要求进行调整和改进，以满足不同金属材料的粘接需求。
一种在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片及其制备方法[发明专利]
![一种在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/bfec68dd580216fc710afd50.png)
专利名称：一种在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：关佳亮,王志伟,李彩琴
申请号：CN201210508952.5
申请日：20121203
公开号：CN103009270A
公开日：
20130403
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种在线自锐金属结合剂超硬磨料精磨片及其制备方法，属于精磨片技术领域。
精磨片原材料包括：超硬磨料和金属结合剂，其中超硬磨料为金刚石微粉；金刚石浓度范围为75%-100%；金属结合剂采用多元合金系结合剂，其主要成分为：铜粉、锡粉、铝粉、铜包球形石墨粉、二氧化硅、四氧化三铁粉末。
将金刚石微粉与铜粉、锡粉、铝粉放在一起混合搅拌均匀，加入聚乙烯醇进行混合；将二氧化硅、铜包球形石墨、四氧化三铁粉末一并加入进行混合；装入石墨模具，加压达到100MPa-250MPa后保压5-10分钟；放入烧结炉中进行热压烧结，烧结气氛为氨分解气。
该精磨片可实现在线自动修锐，不堵塞，无需离线修整。
申请人：北京工业大学
地址：100124 北京市朝阳区平乐园100号
国籍：CN
代理机构：北京思海天达知识产权代理有限公司
代理人：张慧
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磨盘
刮刀
磨块
磨块
1.4 我公司预合金粉主要应用领域
我公司的预合金粉有主要产品20余种，广泛应用于金属结合 剂超硬材料工具领域中，主要用在以下几种工具中： 整体烧结金刚石小锯片 中径花岗岩焊接锯片 水泥马路切割锯片 花岗岩大刀头 工程薄壁钻 陶瓷磨边轮 陶瓷刮刀 陶瓷磨块
2.1 整体冷压烧结小锯片
2.1.4 主要制作设备及工艺特点
钟罩炉（有压、无压）
•产量大 •操作简便 •电阻加热，炉温均匀性差， 同炉烧出的上、中、下层锯片性能有差异 •设备差异大，加压状态参差不齐 •还原不均，刀头易氧化，切割衰减明显
钟罩炉
井式炉（无压烧结）
•批量大，每炉一两千片 •烧结过程不加压，烧结时间长 •致密度差，依靠胎体烧结收缩， 对金刚石把持力差
1.2 超硬材料工具分类
（二）钻探工具：按用途分，有： 地质勘探用厚壁取芯钻头； 钻进油(气)并用大直径全面钻头和取芯钻头； 建筑及施工用薄壁工程钻头； 其他钻玻璃等非金属材料专用钻头等等。
其中常用金属结合剂的有薄壁工程钻头和地质钻头。
薄壁钻
薄壁钻
地质钻
1.2 超硬材料工具分类
（三）磨削工具 常用金属结合剂的有： 磨轮 刮刀 磨盘 磨块 右图为几种常见磨削工具：
目录
一、超硬材料工具简介 二、主要超硬材料工具特点及制备工艺
2.1 2.2 2.3 2.4 整体冷压烧结小锯片 刀头热压焊接锯片 焊接金刚石薄壁工程钻 陶瓷磨削工具（磨边轮、刮刀、磨块）
三、实验方法及基本理论计算
12
2.1 整体冷压烧结小锯片
2.1.1 简介
整体冷压烧结金刚石圆锯片是将带齿的钢基体安放在冷 压模中间，在其上下倒入金刚石和金属粉末的混合料，装上 压头，在冷压机上冷压成形，并放到烧结炉内烧结而成。 这种圆锯片都是φ400以内的小规格锯片，以φ105~230锯 片居多。应用范围十分广泛，用于石材加工、陶瓷切割、家 庭装修、混凝土工程的切割和公路的切缝等。
2.2 刀头热压焊接锯片
2.2.2 工艺制备流程
配粉 混合
配金刚石
混合
混料
制粒（可选）
冷压刀头
刀头热压烧结
润湿剂
去毛刺
基体清洗
磨弧
焊接
焊接强度检验
墙槽干切片
φ105超薄涡轮片
陶瓷湿切片
激光焊接锯片
组锯
组锯刀头
1.2 超硬材料工具分类
排锯：又称框架锯或条锯，在一条长约3米钢板一侧按一定间距焊接 刀头，一组排锯装在锯机上往复运动，向下施压将荒料切割成板材。
金刚石绳锯：金刚石绳锯是一种持殊的柔性切割工具，由若干金刚 石串珠、弹簧、垫圈和钢丝绳组成。它的载体是一根钢丝绳，串珠按 一定间距用注塑或注胶的方法固定在钢丝绳上。可用于异形板的切割、 荒料整形、石材矿山开采以及桥梁、混凝上建筑构件的切割施工。
4
1.2 超硬材料工具分类
1.2.1 超硬材料工具按结合剂不同分为： 金属结合剂超硬材料工具； 电镀结合剂超硬材料工具； 树脂结合剂超硬材料工具； 陶瓷结合剂超硬材料工具。 金属结合剂超硬材料工具是以金刚石或立方氮化硼（CBN） 为切磨材料，以金属粉末为结合剂，利用粉末冶金方法，利 用压制成形、烧结以及必要的加工而成的一类制品。金属结 合剂超硬材料工具是所有各类超硬材料制品中出现最早的一 类，也是目前品种最多、用量最大、用途最广的一类。
井式炉
2.1 整体冷压烧结小锯片
隧道炉（连续炉）
•速度快、产量大、炉温均匀性好， 切割衰减慢 •炉温调整慢 •需准确掌握加压时机和压力大小
隧道炉
详细制作工艺再次专讲
2.2 刀头热压焊接锯片
2.2.1 简介
配制好的胎体粉末经过冷压后进行热压烧结，再将刀头 焊接到基体上。Φ350~ Φ3000的锯片基本都是用焊接法制作， 焊接锯片在超硬材料工具领域中占相当高的比例，主要应用 于石材板材的加工、也用于高速公路、地下铁道、机场和桥 梁等混凝土工程的切割施工。 按直径大小不同，一般Φ800以下锯片称为中径锯片（也 有市场叫小刀头锯片），Φ800~Φ3000锯片称为大刀头。刀 头结构形式有：常规、K型、T型、三明治、异形刀头。 按加工对象不同又分为花岗岩锯片、大理石锯片、陶瓷 锯片、混凝土马路锯片等。
二、主要超硬材料工具特点及制备工艺 三、实验方法及基本理论计算
3
1.1 超硬材料工具的定义
• • 超硬材料：通常是指金刚石和立方氮化硼。 超硬材料工具：将超硬材料通过各种方法制成的工具。 超硬材料适于用来制造加工其它材料的工具，尤其 是在加工硬质材料方面，具有无可比拟的优越性，占有 不可替代的重要地位。止因如此，超硬材料在工业上获 得了广泛应用。
常用金属结合剂超硬材料工具 制备工艺及基本理论计算
1
了解预合金粉在金刚石工具中的应用领域
掌握各类常见金刚石工具制备工艺及特点
掌握产品研发实验流程和基本理论计算 现场学习具体操作
目录
一、超硬材料工具简介
1.1 超硬材料工具的定义 1.2 超硬材料工具分类 1.3 我公司预合金粉主要应用领域
1.2 超硬材料工具分类
1.2.2 超硬材料工具按用途分为 锯切工具 钻探工具 磨削工具 其他工具
（一）锯切工具
主要指各类切割锯片，包括圆锯片、排锯、绳锯等。主要用于切 割大理石、花岗岩和混凝土等非金属材料。
1.2 超硬材料工具分类
圆锯片：主要有整体冷压烧结锯片、刀头热压焊接锯片。
φ 105干切片基体
φ 105干切片
2.1 整体冷压烧结小锯片
2.1.2 工艺制备流程
基体清洗
配粉 混合
配金刚石
混合
混料
制粒（可选）装模冷压整体烧结润湿剂
检验
抛光
喷漆
开刃
包装入库
2.1 整体冷压烧结小锯片
2.1.3 工具特点
批量大，生产效率高，成本低，每片最低可到2元； 全程氢氮混合气保护烧结，气氛保护好； 胎体与基体一起冷压，对胎体成型性要求高； 致密度相对较低，一般90%以下，特别是无压片主要依靠胎 体自身收缩提高致密度； 密度均匀性较差，切割衰减明显； 基体参与烧结，无法淬火，强度和刚度不够，不能用于高 强度切割。 分为干切片和湿切片，干切片对锋利度要求较高，湿切片 在保证锋利度基础上对切边效果和寿命都有一定要求。