作者簡介：李印江，男，教授，1959年從事氮化物火箭材料研究，63年從事銅基金屬結合劑研究，長期從事固結磨具研究與制造工作，目前主要作陶瓷結合劑金剛石和CBN磨具的研究。曾任鄭州機械制造?？茖W校磨料磨具系（現河南工業(yè)大學材料科學與工程學院）副主任，中國磨料磨具進出口公司技術部主任。

　　摘要：超硬磨具的陶瓷結合劑耐火度都比較低，人造金剛石用的陶瓷結合劑耐火度取在700℃左右，CBN用的陶瓷結合劑的耐火度約800—900℃。超硬磨具陶瓷結合劑的化學成分大部分以SiO2—B2O3—Na2O系統(tǒng)為主，常增加部分Al2O3、Li2O、F¯、BaO、Fe2O3、CaO、MgO、SrO、PbO等成分以調節(jié)結合劑的性能,要求結合劑的抗折強度50～100Mpa，熱膨脹系數約為3.5～7×10^-6。

　　文中給出了陶瓷結合劑金剛石和CBN磨具的示例配方。

　　關鍵詞  低熔  CBN  配方  濃度

　　陶瓷結合劑金剛石和CBN磨具的配方與剛玉、碳化硅陶瓷結合劑磨具的配方不同，金剛石和CBN磨具的配方首先強調一個濃度的概念；金剛石和CBN磨料合稱超硬磨料，濃度的含義為在金剛石和CBN磨具的體積中超硬磨料的體積占25%時濃度為100；超硬磨料的質量以“克拉”為單位(每0.2克為1克拉)。其濃度與質量的關系，見表1

            表1、超硬磨料的濃度

　　超硬磨料比較貴重，超硬磨具制品的濃度高低對成本和磨削加工都有著明顯的影響，一般說濃度高，磨料密度大，耐用度高，磨削效率低；濃度低磨削效率高，耐用度低；但過低的濃度磨料稀疏，磨粒易脫落，效率反而下降，甚至不能正常使用。陶瓷結合劑超硬磨具的濃度通常在75～175之間。

　　超硬磨具的陶瓷結合劑耐火度都比較低，因為金剛石在空氣中700～800℃就開始氧化；CBN的耐熱穩(wěn)定性在1200℃左右，但是在有水的作用下大約800℃就開始分解，所以人造金剛石用的陶瓷結合劑耐火度取在700℃左右，CBN用的陶瓷結合劑的耐火度約800-900℃。相對于剛玉、碳化硅磨料的陶瓷結合劑耐火度大多在1000℃以上而稱低熔陶瓷結合劑。超硬磨具陶瓷結合劑的化學成分大部分以

　　SiO2—B2O3—Na2O系統(tǒng)為主，常增加部分Al2O3、Li2O、F¯、BaO、Fe2O3、CaO、MgO、SrO、PbO等成分以調節(jié)結合劑的性能，也有在結合劑中加入少量金屬Al、Ti、Cu等的研究；一般要求結合劑有較高的強度，因為陶瓷結合劑的超硬磨具使用速度多在60～120m/s，要求結合劑的抗折強度要達到50～100Mpa。金剛石的熱膨脹系數約為2.7×10^-6，CBN的熱膨脹系數約為3.5×10^-6，要求結合劑的熱膨脹系數盡量與其接近，超硬磨具陶瓷結合劑的熱膨脹系數約為3.5～7×10^-6。

　　超硬磨具的配方設計，例1：

　　超硬磨具的配方有多種表示方法，比較便于計算的是以超硬磨料量為100%，其他成分按占磨料的百分數計算。以表2的金剛石磨具初擬配方為例：

表2、陶瓷結合劑金剛石磨具初擬配方表

　　表2 中已給出金剛石粒度、濃度的數據，按磨具的硬度M據經驗估計結合劑量約為60 % ，干料密度取為2.50g/cm³,計算輔助磨料量。

　　配方中金剛石濃度為125時每cm³型料中金剛石含量為1.1克（見表1），

　　首先計算出結合劑量：

　　結合劑量=1.1g/cm³×60%=0.66g/cm³

　　輔助磨料量=2.50g/cm³-1.1g/cm³-0.66g/cm³=0.74g/cm³

　　每cm³干料中所須加入的糊精液量為：

　　每Kg干料用糊精液35ml，每克干料用糊精液量為：35ml/1000g=0.035ml/g

　　每cm³干料的質量為2.50g，所須糊精液量為：

　　每cm³干料用糊精液量=0.035ml/g×2.50g=0.0875ml

　　設：使用的糊精液的濃度為30%其相對密度為1.10，見表3

表3、糊精液的相對密度

　　所以每cm³型料中糊精液的質量為：

0.0875×1.100=0.09625g

　　所以表2 中配方的成型密度為：

　　γ=1.1＋0.66＋0.74＋0.09625=2.59625≌2.60g/cm³

　　將結合劑量、輔助磨料量和糊精液量換算成百分數：

　　結合劑量百分數：0.66/1.1=0.6=60%

　　輔助磨料量百分數：0.74/1.1=0.67=67%

　　糊精液量換算成百分數：0.09625/1.1=0.0875=8.75%

　　綜合為正式的配方表，見表4

　　表4、陶瓷結合劑金剛石磨具配方表

　　表4 的陶瓷結合劑金剛石磨具配方表也可以表示為以金剛石和輔助磨料量之合為100 % 的表示方法，將表4 中的各百分數除以金剛石和輔助磨料量之合即可，見表5，

表5、陶瓷結合劑金剛石磨具配方表（2）

 　　超硬磨具的配方設計，例2：

　　以濃度為150的CBN磨具為例，初擬配方見表6

表6、陶瓷結合劑CBN磨具初擬配方表

　　表6 中已給出CBN的粒度、濃度的數據，按磨具的硬度P據經驗估計結合劑量約為75%，干料密度取為2.54g/cm³,計算輔助磨料量

　　配方中CBN濃度為150時每cm³型料中CBN含量為1.305g（見表1），

　　首先計算出結合劑量：

　　結合劑量＝1.305g/cm³×75%＝0.98g/cm³

　　輔助磨料量＝2.54－1.305－0.98＝0.255g/cm³

　　每cm³干料中所須加入的糊精液量為：

　　糊精液為每Kg干料用35ml，每克干料用為：0.035 ml/g

　　每cm³干料用糊精液量0.035ml/g×2.54g=0.0889ml

　　設：使用的糊精液的濃度為30%其相對密度為1.10，見表3，

　　所以每cm³型料中糊精液的質量為：

0．0889×1.1＝0.09779g

　　表6 中配方的成型密度為：

    　γ＝2.54＋0.09779＝2.63779≌2.64g/cm³

　　將結合劑量、輔助磨料量和糊精液量換算成百分數：

　　結合劑量百分數：75%

　　輔助磨料量百分數：0.255/1.305＝0.1954≌20%

　　糊精液量換算成百分數：0.09779/1.305＝7.5%

　　綜合為正式的配方表，見表7

　　表7、陶瓷結合劑CBN磨具配方表

　　將表7的陶瓷結合劑CBN磨具配方表示為以CBN和輔助磨料量之合為100%的方法，即表7中的各百分數除以CBN和輔助磨料量之合即可，見表8，

　　表8、陶瓷結合劑CBN磨具配方表（2）

　　陶瓷結合劑金剛石和CBN磨具的結合劑和配方都需要通過在實驗中不斷加以調整才能取得實用效果，許多實際問題并不是書面設計就能解決的，這一點應該引起讀者足夠的注意！

　　人造金剛石和CBN磨具一般都是單獨制造加工部分然后與基體連結，基體大多是鋁或鋼的。加工制成的節(jié)塊與金屬基體粘結的半成品經加工后進行檢查，除一般的檢查外還要用高速回轉機檢查回轉強度，用動平衡機檢查動平衡，以保證使用安全。

參考文獻：

　　［1］干福熹無機玻璃物理性質計算和成分設計上?？茖W技術出版社1981

　?。?］呂智等CBN磨具用玻璃結合劑的結構與性能研究 金剛石與磨料磨具工程2007(1)

　　［3］李志宏等添加Li2O對陶瓷CBN砂輪結合劑性能的影響研究金剛石與磨料磨具工程2006(6)

　?。?］李印江金剛石和CBN磨具的陶瓷結合劑，中國研磨2008，9  NO5