陶瓷金刚石砂轮

用于高硬脆材料的机械加工

陶瓷结合剂金刚石砂轮有高强度，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，以控制加工精度。同树脂结合剂砂轮相比，他解决了树脂金刚石砂轮的低寿命，磨削效率低，磨具本身在磨削过程中易变性的问题。陶瓷砂轮结合金刚石砂轮的上述优点，一出现立刻被欧美发达国家广泛应用在晶圆（半导体硅片和太阳能硅片），金刚石复合片，金刚石聚晶，金刚石刀具，立方氮化硼，钨钢（硬质合金），新型工程结构陶瓷，宝石，水晶，稀土材料（磁性材料）等高硬脆材料的机械加工中，并取得了良好的经济效益。

概况

用配比好的陶瓷结合剂把磨粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及修整而成的，具有很多气孔、用磨粒进行切削的磨具。磨粒以其露在表面部分的尖角作为切削刃。主要分为：陶瓷砂轮（碳化硅、棕刚玉、白刚玉等）和陶瓷超硬砂轮（陶瓷结合剂金刚石砂轮和陶瓷结合剂CBN砂轮）两大类。

优点

1、磨削效率高；

2、具有很高的耐磨性(砂轮的耐磨性高，磨粒消耗少，特别是在磨很硬又很脆的工件时最明显)；

3、磨削力小，磨削温度低；

4、磨削的工件精度高、表面质量好，工件的形状保持性好。

因此陶瓷结合剂金刚石砂轮在钻石、工业陶瓷、金刚石复合片，金刚石聚晶，金刚石刀具，立方氮化硼，硬质合金等高硬脆材料等一些特殊材料的磨削加工中，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。被认为是高速、高效、高精、低磨削成本、低环境污染的高性能磨具，具有越来越广泛的应用，是世界各国磨削工具竞相研究开发的热点。

属性

砂轮的特性主要由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等因素所决定。在超硬砂轮中硬度和组织一般忽略不提。

磨料

磨料是制造砂轮的主要原料，直接担负着切削工作。。

金刚石：适合加工普通材料砂轮难以加工的高硬金属和非金属硬脆材料。如硬质合金、光学玻璃、陶瓷、石材、半导体材料等。

粒度

粒度是指磨料颗粒的尺寸，其大小用粒度号表示。

国标规定了磨料和微粉两种粒度号。

一般说，粗磨选用较粗的磨料(粒度号较小)，精磨选用较细的磨料(粒度号较大)；微粉多用于研磨等精密加工和超精密加工。陶瓷金刚石砂轮的粒度范围一般在w1.5~80/100

结合剂

结合剂的作用是将磨料粘合成具有一定强度和形状的砂轮。砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及抗腐蚀能力，主要取决于结合剂的性能。

常用的结合剂有陶瓷结合剂(V)、树脂结合剂(B) 、橡胶结合剂(R)和金属结合剂(M)等。

陶瓷结合剂：应用最广，适用于外圆、内圆、平面、无心磨削和成形磨削的砂轮等；

树脂结合剂：适用于切断和开槽的薄片砂轮及高速磨削砂轮；

橡胶结合剂：适用于无心磨削导轮、抛光砂轮；

金属结合剂：适用于金刚石砂轮等。

形状与尺寸

根据机床类型和加工需要，将砂轮制成各种标准的形状和尺寸。详情可参阅磨具标准

发展现状

为解决上述问题，科技工作者从多方面进行了研究，其中低温陶瓷结合剂的性能是影响陶瓷接合剂金刚石砂轮内存质量和发展的关键因素。因此，研究高强度、低温、低膨胀系数等性能优良的低温陶瓷接合剂是国内外超硬材料陶瓷砂轮研究的重点。

Tanaka T，Esaki S，Nishida K 等通过有选择地在砂轮内增加气孔的数量和大小，可以使超硬材料套次砂轮的自锐性得到进一步的改善。

Jackson MJ，Barlow N，Mills B通过控制超硬材料陶瓷砂轮内的气孔结构，使生产的砂轮具有高粘结强度、磨削加工时有良好磨削效率和冷却性能。通过热机械分析、Raman光谱分析等手段，Kuan-Hong Lin，Shih-Feng Peng，Shun-Tiab Lin对烧结温度、烧结气氛、烧结时间对超硬材料陶瓷砂轮烧成收缩率及金刚石的烧损进行了研究，并研究了了陶瓷结合剂金刚石砂轮的烧结参数与磨削特性。俄罗斯学者选用的超硬材料陶瓷结合剂配方主要以化学成分进行配比，选择硼玻璃或硼铅玻璃体系作为理论研究对象。还对铅玻璃结合剂进行了比较深入的研究，但铅是一种有毒物质，高温下容易分解。

早在上世纪90年代日本研究者研究了陶瓷结合剂金刚石砂轮高效高精磨削时，砂轮浓度、磨粒要求等选择要求。研究Na2O-B2O3-SiO2为基本成分的硼硅酸盐玻璃体系结合剂的超硬材料砂轮的磨削性能;陶瓷结合剂的配方主要以化学成份进行配比，选择硼玻璃或硼铅玻璃体系作为理论研究对象。

国外的研究中，对陶瓷结合剂开始进行增韧补强研究，如对结合剂玻璃相进行微晶化处理，结合剂中加入适量合适的晶须。他们发现在结合剂中添加硼酸硅晶须，一方面可以抑制方石英的生成，防止方石英在100°C～200°C时因体积急剧膨胀而使砂轮产生裂纹;另一方面硼酸铝晶须本身可以起到晶须增强的效果，从而提高结合剂的抗拉强度。

由于陶瓷结合剂与金刚石磨料结合时，难度系数比较大等因素，陶瓷结合剂金刚石砂轮的研发和生产受到了阻碍。工程师率先在国内生产出磨宝石用的陶瓷结合剂金刚石砂轮，并制定了多种砂轮规格，得到了宝石加工领域的青睐。如今研发的磨PCD/PCBN刀具陶瓷结合剂金刚石砂轮、磨金刚石复合片陶瓷结合剂金刚石砂轮等系列陶瓷结合剂金刚石砂轮在市场取得了良好的口碑。

研究方向

陶瓷结合剂金刚石的研究主要从几个方面

[1]低温、高强、低膨胀系数陶瓷结合剂的研究;

[2]陶瓷结合剂的性能改善研究;

[3]陶瓷结合剂与金刚石磨粒之间润湿研究;

[4]金刚石磨粒表面改性研究;

[5]砂轮结构的改善研究;

[6]砂轮最佳制备工艺参数研究;

[7]最佳磨削工艺参数及磨削方式的研究等。

应用

陶瓷金刚石砂轮广泛应用在晶圆（半导体硅片和太阳能硅片），金刚石复合片，金刚石聚晶，金刚石刀具，立方氮化硼，钨钢（硬质合金），新型工程结构陶瓷，宝石，水晶，稀土材料（磁性材料）等高硬脆材料的机械加工中，并取得了良好的经济效益。

陶瓷结合剂金刚石砂轮主要用于：PCD、CVD、PCBN、硬质合金、陶瓷刀具以及其它刃具铣刀、钻头、铰刀等切削工具的研磨和快速高效低损伤磨削。