氧化钡对CBN磨具用陶瓷结合剂性能的影响

1、 毕业设计（论文）2013届毕业生毕业论文题 目: BaO对CBN磨具用陶瓷结合剂性能的影响 院系名称： 材料学院 专业班级： 材料 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 2013年05月05日II摘 要陶瓷结合剂CBN磨具是用陶瓷结合剂(玻璃相)作为桥相将CBN磨料结合起来的一类磨具。本毕业设计主要研究BaO对CBN磨具用陶瓷结合剂性能的影响，通过在结合剂中添加不同含量BaO,研究碱性金属氧化物BaO对低温烧成陶瓷结合剂性能的影响，主要包括结合剂耐火度，流动性，膨胀系数和强度等的计算和估算，然后进行陶瓷结合剂的制备和性能检测，实验主要包括平面流淌法测定结合剂的流动性和估算结合剂的耐火

2、度，为节约原料本次毕业设计通过制造普通磨具确定结合剂的最佳结合剂配方和最佳烧成温度后再制造CBN磨具，通过对CBN磨具强度，磨具外观，断口显微结构和气孔率等的检测和分析，以及结合剂热膨胀系数与CBN磨具热膨胀系数的匹配性等来分析BaO对CBN磨具用陶瓷结合剂性能的影响。BaO的加入可以降低结合剂的耐火度，提高结合剂的流动性。同时，BaO的加入可提高结合剂的热膨胀系数，使磨具的抗折强度降低。关键词：BaO 陶瓷结合剂 CBN磨具 性能检测Title the influence of the CBN abrasive tools with vitrified bond when add BaO i

3、n different levels AbstractVitrified bond CBN grinding tool is made of ceramic binder phase (glass phase) as a bridge to combine the CBN abrasive and abrasive. This graduation design is mainly research on the properties of CBN abrasive tools with ceramic bond, through adding different content of BaO

4、 in the bond, the alkaline metal oxides BaO effect on the properties of low temperature sintering ceramic bond, including binder, refractoriness of liquidity, expansion coefficient and strength calculation and estimation, and then for the preparation of ceramic bond and performance testing, experime

5、nt flow mainly includes plane method for determining the liquidity of bond and estimate the refractoriness of binder, to save raw material of this graduation design by making ordinary grinding tool to determine the best binder formula and the optimum sintering temperature after remanufacturing CBN g

6、rinding tools, through the strength of CBN abrasive tools, abrasive appearance, fracture microstructure and porosity of detection and analysis, and thermal expansion coefficient of bond and CBN abrasive tools of matching of thermal expansion coefficient to analyze BaO effect on the properties of CBN

7、 abrasive with ceramic bond. It can reduce refractoriness of bond, bond liquidity and improve the thermal expansion ,lower the flexural strength of abrasive when add BaO. Keywords : BaO vitrified bond CBN abrasive tools property testing 目 次1 引言11.1 陶瓷结合剂CBN磨具的发展现状11.2 陶瓷结合剂CBN磨具的发展优势11.3 本课题的研究方法及意义

8、21.3.1 本课题的研究方法21.3.2 本课题的研究意义22 实验32.1实验仪器和药品及相关仪器的操作规程32.1.1实验仪器及实验药品32.1.2 AL810表操作规程:32.2结合剂的制备和相关性能的检测42.2.1结合剂的制备42.3结合剂性能的检测62.3.1 结合剂耐火度及流动性的确定62.3.2 结合剂热膨胀系数的测定92.3.3抗折强度的测定122.4.白刚玉磨具的制备及相关性能的检测及分析132.4.1白刚玉磨具的制备132.4.2烧成曲线的确定142.5 CBN磨具的制造及其性能检测182.5.1 CBN磨具的制造182.5.2 CBN磨具性能的检测及其结果的分析：20

9、结 论23致 谢24参 考 文 献251 引言1.1 陶瓷结合剂CBN磨具的发展现状立方氮化硼(CBN)和金刚石磨料作为超硬材料,以其优异的性能在磨削、切削领域得到广泛的应用。而立方氮化硼(CBN)磨料和金刚石相比,其良好的导热性和耐热性以及对铁族金属的化学惰性,使其应用领域得到大大的拓展2。在立方氮化硼(CBN)的各种超硬制品中, 陶瓷结合剂CBN砂轮不仅具有磨削锋利，切削力小，生产效率高，使用寿命长，易于整形和修锐，磨削精度高等优点，而且还具有磨削时工件温度低，能消除残余拉应力而产生残余压应力，使工件耐用度大大提高22。由于陶瓷结合剂CBN磨具磨削时工件表面温度低，表面产生残余压应力，可延

10、长工件的使用寿命。因此,其被普遍认为是高速、高效、高精、低成本、环境污染低的理想工具，也是世界各国竞相开发的热点1。1.2 陶瓷结合剂CBN磨具的发展优势CBN是一种类似于金刚石的物质，具有较高的硬度和热稳定性，显微硬度仅次于人造金刚石；其热稳定性要优于人造金刚石，在高温下仍能保持其足够高的力学性能和硬度。CBN在氧气或空气的作用下会生成氧化硼：4BN+3O2 2B2O3 +2N2 ,在CBN表面形成保护层，能够阻止CBN在1300以下进一步氧化2。CBN化学稳定性好，与金刚石相比尤其好，在高达11001300的温度下也不会与铁族元素发生化学反应，因此特别适合用于加工黑色金属材料；导热系数低于

11、金刚石，但比硬质合金高，具有优良的导热性能；抗折强度高；作为磨具材料，使用寿命长、耐磨性好。但是，单晶立方氮化硼具有一定的缺点，主要表现为：晶粒尺寸小，各向异性，存在容易劈裂的解理面，脆性大，极容易发生解理破损。 CBN磨具是借助于结合剂的作用将CBN磨粒粘结成具有一定几何形状的制品。作为一种超硬材料磨具，CBN磨具用于磨削加工，属于新兴的先进制造技术，既能用于铁基材料的加工（具有惰铁性），也可以用于非铁金属材料的加工，在金属材料加工领域的应用范围比金刚石磨具更为广泛。立方氮化硼磨具对于黑色金属，特别是硬度高、韧性大、高温时强度高和热传导率低的材料，具有比较好的磨削性能，其金属磨除率是金刚石的

12、10倍，解决了硬而韧难磨材料的加工问题。CBN磨具用于珩磨加工和高速高效磨削，可大大提高其磨削效率,其磨削精度高，砂轮寿命长，可减少砂轮更换修整、机床调整和工件检测等许多辅助时间。由于硼硅酸盐玻璃具有热膨胀系数小，具有良好的热稳定性和化学稳定性，这些特点与CBN优异性能相匹配，故硼硅酸盐玻璃是CBN磨具的首选结合剂。在传统的高温型陶瓷结合剂CBN砂轮的烧结过程中，CBN磨粒极易遭受侵蚀，磨粒变成钝圆形而降低其磨削性能，因此,虽然CBN磨具的热稳定性温度在1200，但CBN磨具的实际烧结温度在1000左右。从微观结构来看,陶瓷结合剂CBN砂轮主要由CBN磨料、辅助磨料(也称为填充料)、陶瓷结合剂

13、、气孔等构成。磨粒间依靠陶瓷结合剂作为桥梁而连接,同时也依靠陶瓷结合剂的包镶作用来保证磨粒在磨削过程中不会轻易的脱落而丧失磨削能力。目前,国内的陶瓷结合剂CBN砂轮与国外相比,在使用性能上还存在较大的差距,一个主要原因就在于结合剂的选择以及制备工艺。因此,在陶瓷结合剂CBN砂轮的制备中,陶瓷结合剂的研究对于砂轮的性能具有及其重要的意义17. 1.3 本课题的研究方法及意义1.3.1 本课题的研究方法本课题所要研究的问题是BaO对CBN磨具用陶瓷结合剂性能的影响。可以通过配方设计研究碱性金属氧化物BaO对CBN磨具用低温烧成陶瓷结合剂性能的影响，主要包括耐火度、流动性、膨胀系数和强度等的计算或估

14、算，然后进行陶瓷结合剂的制备和性能检测，通过对其性能的检测、分析，初步了解CBN磨具用陶瓷结合剂性能与组成之间的关系1.3.2 本课题的研究意义超硬材料陶瓷磨具对结合剂的性能要求主要有以下几个方面:（1）较低的耐火度和烧成温度,以减少高温作用对超硬磨料的损害;（2）具有较高的强度,目前国内外的磨削加工一直在向高速高效磨削方向发展,这就要求砂轮具有足够的强度,而这则主要依靠结合剂的强度来保证，而超硬磨料的超硬性也要求结合剂具有很高的强度；（3）热膨胀系数和磨粒匹配,为了使磨料和结合剂在制造过程中受热作用时的变化较为一致,从而保证磨料等组成和结合剂之间获得较牢固的结合,而不出现裂纹;（4）高温润湿

15、性好,高温润湿性的好坏,直接影响结合剂和磨粒的结合状况,同时也影响着对磨粒的把持强度;（5）结合剂与磨料间无明显的化学反应,为了避免化学反应对磨粒表面的结构和性能的破坏,要求结合剂与磨粒间不存在明显的化学反应;（6）较好的导热性,结合剂具有良好的导热性,可以提高砂轮整体的导热性,从而在磨削时可以将磨削热较快地转移,避免工件的烧伤;（7）具有良好的工艺性能,良好的工艺性能包括具有良好的成型性能,较高的干、湿坯强度,较小的收缩率,较好的高温稳定性,较宽的烧结温度,不容易出现变形、开裂、发泡等现象9。碱性氧化物对CBN磨具用陶瓷结合剂性能的影响，从目前国内外CBN陶瓷结合剂的研究现状来看,高性能结合

16、剂需满足以下条件:有较高的本征强度;结合剂耐火度控制在700800;结合剂热膨胀系数略高于CBN磨粒的热膨胀系数,且需抑制降温过程中的相变;高温下结合剂要有较好的流动性和对CBN磨粒有较好的润湿性10。CBN陶瓷结合剂的耐火度随R2O含量的增加而降低;磨具的最佳烧结温度应根据结合剂中R2O含量来确定,结合剂中R2O含量对结合剂强度有很大影响,当R2O/(B2O3+Al2O3)的摩尔比为1时,结合剂强度最高。同时R2O含量对结合剂热膨胀系数也有影响,结合剂的平均膨胀系数随R2O含量的提高增加,结合剂中R2O含量较高时,可以抑制结合剂析晶,在整个烧结过程中结合剂的膨胀系数均匀变化4。本课题主要是根

17、据碱性氧化物BaO加入量的不同，结合剂及磨具性能的变化来研究的。2 实验2.1实验仪器和药品及相关仪器的操作规程2.1.1实验仪器及实验药品电阻炉 万能材料实验机 热膨胀仪 电子显微镜 长方条磨具（2866mm） 圆柱体磨具（88mm） 研钵 药匙若干 球磨机 游标卡尺 电子天平 刷子 筛网（40目，20目各一个）WA F150 糊精粉 水玻璃（水玻璃：水=1.5:1） CBN（I型，黑色，粒度170/200,产地：三磨所） BaCO3 硼砂 钾长石 显微镜2.1.2 AL810表操作规程:1 打开电源RAMP(自动指示灯)，如果亮，关闭（按PAR3秒PROG或按，IdlePAR6次）2.参数

18、设置（所有指示灯均不亮）先按PAR（1秒）后同时按LC，设1，PARv1,第一段升温速率，/min, PARL1,第一段目标温度，PAR重复设置其他段参数最后一段设为END，PARPL1,第一段功率（50），PAR其他段功率HB2000，PAR完毕。3.启动A/MMAN灯亮，SV调至0.0按启动键按，SV中显示20按PAR3秒，PV中显示PROG，SV中调（按或）为run,按PAR 按A/M,关闭MAN灯按PAR6次自动运行自动关闭4.非正常开关机按PAR3秒，PV中显示prog,按SV调至IDLEPAR5.其他参数设置按PAR3秒prog/不管，PARSP/不管，PARTurn/Off,PA

19、Rprop/5080,PARINT.T/5080,PARDER,T PARLOC/777注：如果功率不够（升温慢），可按A/M调整。 400时可以将炉门打开一条缝，200时半开炉门，100以下时炉门全开。80一下时方可取出试样。2.2结合剂的制备和相关性能的检测2.2.1结合剂的制备结合剂按烧成温度可以分为高温结合剂和低温结合剂。烧成温度低于1000的结合剂称为低温结合剂。低温结合剂主要用于超硬磨具制造和珩磨磨石，超精磨石等特种磨具制造。因为本课题为CBN磨具，故采用低温结合剂。磨具低温烧成的特点为：（1）可以节能，降低烧成燃料成本。（2）缩短了烧成周期，加快了窑的周转率，提高了生产效率。（3

20、）可以改善磨具的质量，减少其废品率。（3）可以减少耐火物厚度，增加窑炉有效容积，并可延长窑炉使用寿命，或可使用低标准耐火材料的，降低窑炉建筑费用；同时，低温烧成还可以使用质量较低的燃料进行，降低燃烧成本。（5）可防止磨料性能因高温作用而产生的性能劣化。硼玻璃具有催融作用，能显著降低结合剂耐火度，使结合剂桥大部分形成玻璃体。硼玻璃能增加结合剂的流动性，润湿性，使结合剂在磨粒间分布均匀，改善了结合剂桥和磨粒间的结合状况。含硼结合剂能溶解刚玉中更多的氧化铝进入结合剂桥内，使刚玉与结合剂的热膨胀系数趋于一致，使结合剂桥内不易产生微裂纹，提高磨具的强度。为尽量减少结合剂中其他成分的影响，本课题选用硼玻璃

21、作为结合剂，硼玻璃组成为：硼砂（59%）;钾长石（41%）18。由于本课题所研究的是BaO对CBN磨具用陶瓷结合剂性能的影响，故选取结合剂配方为：表1：结合剂配方表%外加物BaCO3含量K2OAl2O3SiO2Na2OB2O3理论耐火度理论抗折强度0#0（0）6.937.5226.5518.1140.8974958.55Mpa1#5%(19.31)6.607.1625.2917.2538.9474758.13Mpa2#10%(38.63)6.306.8424.1416.4637.1774557.77Mpa3#15%(57.94)6.036.5423.0815.7535.5674457.43Mp

22、a本课题采用玻化法制备结合剂，玻化法制备结合剂即将干混合的结合剂加热熔融，冷却后为均匀的玻璃体，再经过粉碎成为新的结合剂的过程。其工艺流程是：长石配料过筛熔炉急冷干燥粉碎玻化结合剂其他结合剂原料玻化法制备结合剂的特点是把组成结合剂的各种物料加热熔融，形成硅酸盐玻璃相，它使各组分物料比较均匀地混合，使各种物料结构水的排除、分解氧化反应等在熔融阶段完成。但玻化法制备的结合剂属于瘠性原料，所以配料时需加入适量的临时粘结剂，保证成型料的成型性及坯体的湿、干强度2。结合剂粉碎应先研磨过40目筛后在球磨机中进行球磨，其球磨操作要求如下：0#,1#,2#，3#结合剂均采用500g球磨，料：球=1：1.5，按

23、最多的一份料计算，每份料磨1h，分四次，每次15min（每次之间停止，打开冷却515min,防止过热炸裂）根据罐温度确定间隔知道冷却到低温，整个过程一定不可以沾水。2.3结合剂性能的检测2.3.1 结合剂耐火度及流动性的确定结合剂抵抗高温作用而不熔融的性质指结合剂的耐火性,耐火性用耐火度表示,耐火度系指结合剂在高温作用下软化时的温度.耐火度是陶瓷结合剂的主要性能之一,直接影响着磨具的烧成温度.在一定烧成温度下,若结合剂的耐火度偏高,磨具烧成时烧成程度较差,结合剂与磨料粘结不牢,磨具的硬度和强度较低,且对烧成温度波动比较敏感;若是结合剂的耐火度偏低,烧成时液相量增多,液相粘度变小,导致磨具的硬度

24、增加,且容易使磨具产生发泡,变形等废品。因此，结合剂耐火度一般作为制定磨具烧成温度的主要依据。影响结合剂耐火度的主要因素有结合剂的化学成分和粒度。在结合剂化学成份中，Al2O3,SiO2含量增加一般提高结合剂的耐火度。K2O,Na2O,Li2O,CaO,MgO等碱性氧化物的含量及B2O3的含量增加，一般会降低结合剂的耐火度。结合剂的颗粒度越细，其分散度越大，结合剂的反应能力会增强，势必会降低结合剂的耐火度。相反，结合剂的颗粒越粗大，则其耐火度越高。结合剂的流动性是指结合剂高温熔体粘度的倒数，结合剂的流动性对磨具制造及产品性能有很大影响。在烧成的过程中，结合剂熔融液相量不断增加，同时液相的粘度又

25、不断下降，流动性增大。这种现象促使结合剂均匀分布在磨粒的周围，增加了磨具的强度。若结合剂流动性过低，结合剂不易流动，结合剂就很难均匀的分布于磨粒的周围，造成磨具强度的降低；相反，若结合剂流动性过大，则制品很容易出现变形。只考虑结合剂化学成分时，进行结合剂耐火度的估算：硼砂：Na2B4O710H2O=Na2O2B2O310H2O钾长石:KAlSi3O8K2OAl2O33SiO2 其理论耐火度值见表1.一般情况下，烧成温度比耐火度高5080，对于0#结合剂根据经验值先在600（即对应的烧成温度）进行烧成，根据0#试样的结合剂流动状态调整烧制温度，以使烧制试样流动性时四种状态均出现。本课题采用平面流

26、淌法确定结合剂流动性温度及其耐火度，具体做法是：取结合剂试样过筛，加适当的湿润剂（水或30%40%的糊精液）混合均匀，制作成结合剂试样。结合剂试样尺寸为：88。四个结合剂配方分别做四个试样，为1，2，3，4，每种结合剂配方的分别在四个温度点进行烧成，这四个温度点为600,640,660,700进行烧成。冷却后，按下式计算结合剂的流动性：=1/=D/D0100% 式中：D0=成型试样烧前直径（mm）； D=成型试样烧后直径（mm）； =结合剂的流动性； =结合剂高温熔体粘度。根据结合剂流动性确定结合剂的烧成温度，估算结合剂的耐火度。610下结合剂流动性如图1所示：4 0-1 1-1 2-1 3-

27、1640结合剂流动性如下图所示；0-2 1-2 2-2 3-2660结合剂流动性如下图所示0-3 1-3 2-3 3-3700下结合剂流动性如下图所示： 0-4 1-4 2-4 3-4图1由图1可观察结合剂中有很多气泡，其产生气泡的原因是：结合剂产生气泡的原因:但是在制造磨具过程中水玻璃被用于湿润剂，为减小误差，在结合剂流动性实验中也加入了水玻璃，以使烧成温度的选定更为准确点。然而，液体水玻璃在空气中易于CO2气体反反应，析出硅酸并生成碳酸氢钠而失去粘性。在结合剂流动性的烧制过程中碳酸氢钠发生分解而产生二氧化碳气体，从而导致结合剂流动性实验中结合剂产生气泡。由表3可知：结合剂的烧成温度：0#2

28、#3#1#，根据流动性图可知，1#，2#,3#烧成温度为660，0#烧成温度为680。由于结合剂试样烧制后产生气泡，导致流动性数据不是很准确，只能作为初步参考，根据烧成试样的情况再调整烧成温度。先在680下烧制0#，根据0#试样（烧后）体积膨胀（或收缩）以及试样强度调整烧成温度，其他试样参照0#，1#，2#，3#试样在一炉内烧制时，由于炉温在炉内从里到外温度由高到低，因此炉内从里到外试样排放顺序为；2#,3#,1#.表2：结合剂流动性记录表:试样0#1#2#3#烧成温度123412平均值流动性12平均值流动性12平均值流动性12平均值流动性22.3422.3022.32279%16.7816.

29、8816.83210%16.2216.0216.12202%14.5614.3614.46181%21.4822.0621.77272%19.2019.2619.23240%18.3018.2818.29229%16.6816.8016.74209%21.1421.5821.36267%18.1218.3018.21228%16.7416.4016.57207%13.0413.0013.02163%22.5422.1622.35279%18.5818.8418.71234%17.6617.917.78222%16.1016.0816.09201%7006606406102.3.2 结合剂热膨胀

30、系数的测定陶瓷磨具的热膨胀系数对陶瓷磨具产品制造工艺及产品强度等性能有重要影响。热膨胀系数的测定在陶瓷结合剂与磨料的热膨胀系数匹配性产品性能评价分析方面具有重要作用。通常要求磨料和结合剂的膨胀系数相等和相近，这样在温度发生变化时，两者收缩相一致，不致产生热应力而降低其结合强度15。若磨料的热膨胀系数小于结合剂的热膨胀系数，则产品在冷却时，结合剂的体积收缩比磨料大，则结合剂桥内将产生张应力，削弱了结合剂桥的强度。相反，若磨料的热膨胀系数大于结合剂的热膨胀系数，产品冷却时，磨料的体积收缩大，磨粒拉离结合剂桥，削弱了结合剂桥对磨粒的粘结强度，磨削时磨粒脱落。结合剂与CBN磨料热膨胀系数的匹配性是影响

31、CBN磨具强度的一个重要因素。通过查阅相关资料发现结合剂与CBN磨料的热膨胀系数之差应不大于5.210-6/.因此对结合剂热膨胀系数的测定相当重要2。热膨胀系数一般是测定烧后结合剂试样的热膨胀系数，其理论预烧温度为结合剂耐火度的0.8倍11。本课题结合剂试样为长方条试样，尺寸为2866mm，采用差热热膨胀仪来测定热膨胀系数。热膨胀仪对结合剂试样长度（l）的要求是:25.5mml26.5mm。由于结合剂长方条尺寸偏大，故需要先磨短再测量。磨结合剂长方条时需选择不平的一端进行磨，并可以中间高四周低（面越小，越易磨平），尽可能磨平（否则测试结果不准确）。测试结果如下所示图2 01 试样WCP膨胀分析

32、报告图3 02 试样WCP膨胀分析报告表3: 0#热膨胀系数平均值温度 () 热膨胀系数(10-6/)100 7.10200 9.06300 10.02400 10.71500 6.98图4 试样1#试样WCP膨胀分析报告表4:试样1#的热膨胀系数记录表温区t0L0L20膨胀量Lk石英膨胀系10-6/试件膨胀系数10-6/100200300400500202020202026.3426.3426.3426.3426.34117.9199117.9199117.9199117.9199117.9199133.66699161.25488192.62695226.5625275.878910.58

33、0.570.550.550.538.05 9.7110.6811.4013.02图5CBN热膨胀系数为（2.12.3）10-6/. 通过查阅相关资料发现结合剂与CBN磨料的热膨胀系数之差应不大于5.210-6/1。故结合剂的热膨胀系数应为(7.37.5) 10-6/。而本实验所用结合剂热膨胀系数均不符合要求。磨料的热膨胀系数小于结合剂的热膨胀系数，则产品在冷却时，结合剂的体积收缩比磨料大，则结合剂桥内将产生张应力，削弱了结合剂桥的强度。刚玉的热膨胀系数为7.510-6/2，与结合剂的热膨胀系数更为接近一些，这就解释了相同结合剂含量时，刚玉磨具的抗折强度明显大于CBN磨具的抗折强度。2.3.3抗

34、折强度的测定磨具强度主要包括抗拉强度,抗折强度，抗压强度和抗冲击强度。本次毕业设计测试的是磨具的抗折强度。磨具的抗折强度反映了磨具抵抗弯曲应力的能力。在磨具用作成型磨削时，如螺纹磨削，曲轴磨削及各种类型的切入磨削等，都要求磨具具有良好的抗折强度，使得磨具能够抵抗磨削时产生的弯曲应力。结合剂的抗折强度也是用相应磨具的抗折强度来测定的，其影响因素与抗拉强度基本相同，抗折强度一般比抗拉强度大23倍。试条在万能材料试验机上采用三点弯曲法进行测定，并按下式（1）进行抗折强度进行计算：= （1）式中:b-抗折强度（MPa）; F-试条断裂时的载荷（MN）; b-试条宽度（断口宽度，m）; h-试条厚度(断

35、口高度，m);L-两支点间的距离（m）。表5 不同投料量磨具抗折强度记录表试样编号烧成温度投料量Pbh抗折强度平均值12 3.10g345.20350.296.746.726.646.6034.8535.9035.443347.216.726.6035.5843.00g328.266.746.5234.375319.816.786.5233.2933.546313.906.726.5232.960#76802.91g310.796.686.4633.458317.166.686.5233.5132.889290.816.646.4431.68102.85g304.926.706.4632.72

36、32.1011288.236.586.4631.49123.30g388.356.806.7837.2737.27上表为投料量不同时磨具抗折强度的变化，随着投料量的增加，磨具的抗折强度也在增加，若投料量过小，导致磨具成型密度过小，而使磨具强度很低，由于本实验采用定模成型与定压成型，即当投料量较小时，为定模成型，当投料量较大时，由于压力恒定，为定压成型，所应减少投料量，压平为止，本实验确定投料量为3.1g。2.4.白刚玉磨具的制备及相关性能的检测及分析2.4.1白刚玉磨具的制备当磨具配方中结合剂含量为20%时，在选定的烧成温度下，磨具出现变形及发泡现象，为避免这种现象，有两种方案：（1）减少结合

37、剂用量，（2）降低烧成温度。当烧成温度不能一味降低，当降低温度，仍出现发泡现象，则本实验决定减少结合剂用量，结合剂量选为15%。由于CBN价格昂贵，为节约成本，本次实验拟计划先选用普通磨料（白刚玉，F150）制备磨具，以确定结合剂配方及最佳烧成曲线。磨具配方为：白刚玉 85% 结合剂15% 糊精粉 1.5%2.5%，水玻璃 1:1.5 每三克料加810滴。毛坯体积为28.506.56.4 物料用料为：磨料WAF150 :1585%=12.75g结合剂用料为:1515%=6.25g糊精粉：152.5%=0.375水玻璃：4050滴 取40滴混料采用干法混料工艺：磨料结合剂临时粘结剂（糊精粉）均匀

38、混合过筛（40目筛网）湿润剂（水玻璃）混合均匀（用研钵研磨）过筛（20目筛网）密封焖料（至少1h）.烧成曲线为:预热至60100（保温10min） 400(保温10min) 600烧成温度（结合剂最佳流动性温度）。第一段：升温速率2/min ,功率15第二段; 升温速率3/min ,功率25第三段: 升温速率1.5/min ,功率25第四段：升温速率1/min ,功率小于23.当烧成温度为700时第四段功率为23，烧成温度每减少20，第四段功率减少1.根据烧成磨具的强度决定所选结合剂配方，强度最高者即为最佳结合剂配方。放置试样步骤：在瓷片铺一层石英砂，然后用平板玻璃刮平，刮平后开始放置试样（按

39、正确顺序放），放完料后关上炉门，调制温度曲线。2.4.2烧成曲线的确定 最佳结合剂配方确定后，选择最佳结合剂与白刚玉磨料再制作8个普通磨具（即两组），分别在烧成温度的基础上上下调20，分别烧制，烧后测试其强度，强度最高磨具的烧成温度曲线即为最佳烧成曲线。磨具在烧结过程中由于结合剂的流动以及水分的消失，会发生一定的尺寸变化，在正常的烧成温度等条件下，陶瓷结合剂磨具其体积会发生略微的收缩或略微的膨胀，这种现象在比较小的试样中尤其显著，也就是所谓的“小试样，大膨胀”，在大型磨具中这种膨胀或收缩则很难测量。表6中所显示的则是白刚玉磨具在不同烧成温度下其尺寸的变化。表6：白刚玉磨具在不同烧成温度下尺寸的

40、变化表试样编号烧成长宽 高温度烧前烧后烧前烧后烧前烧后0#164028.6429.006.706.706.466.58264028.6629.226.646.766.446.52364028.6829.166.646.706.466.62464028.6429.186.626.746.466.58 1#164028.5429.006.646.706.366.48264028.5429.006.646.706.406.56364028.5029.006.626.706.386.56464028.5029.006.646.706.386.582#164028.5229.006.606.686.40

41、6.50264028.5429.006.666.706.366.48364028.6029.006.646.706.406.52464028.5229.006.606.706.386.600#166028.6428.746.706.646.506.50266028.6428.766.686.686.466.46366028.6228.766.686.646.506.50470028.6028.846.726.686.446.48168028.5429.216.606.786.506.56268028.6029.206.706.796.506.56368028.5429.196.706.776.

42、546.601#166028.5829.106.686.76.606.48266028.5829.106.706.76.466.50366028.6429.106.706.726.486.54468028.5829.006.666.646.446.482#166028.6429.006.706.726.506.58266028.6029.006.686.76.466.50366028.5829.006.666.686.506.56468028.5829.006.686.686.446.503#166028.5428.806.646.646.486.48266028.5628.806.686.6

43、26.546.60366028.5828.806.706.666.486.48468028.6028.906.706.646.526.48陶瓷结合剂磨具一般在最佳烧成曲线下烧制时其抗折强度最高，为确定其最佳烧成曲线，我们可以在几个温度点对磨具进行烧制，强度最高者就是此种结合剂配方的最佳烧成温度，如图10可求出最佳烧成温度。表7: 白刚玉磨具不同烧成温度下抗折强度记录表试样编号烧成温度Pbh抗折强度0#1660368.266.726.4839.152660371.356.646.4839.963660375.436.706.4840.034700357.336.726.4438.461#1660

44、363.996.706.4639.052660328.516.666.4835.243660362.876.726.4638.824680338.716.706.4037.032#1660354.426.666.4038.982660316.556.666.4234.813660339.706.646.4836.554680310.066.706.5032.863#1660317.466.646.3835.242660279.286.646.4830.053660318.036.666.3435.644680310.116.666.4433.680#1640322.036.706.6232.9

45、02640323.236.706.5234.053640 328.48 6.70 6.6233.564640353.346.706.60 36.32 1#1640350.996.706.56 36.52抗折强度随温度变化关系如下图6所示：图6 磨具结合剂种类不同时在不同烧结温度下抗折强度表660时磨具强度随添加物含量不同时强度的变化。如图7所示图7由表7可知:磨具的烧成温度一定时，磨具的强度随碱金属BaO的加入量而降低。由表11可知0#结合剂在660时略微收缩且强度最高，故最佳烧成温度为660。对于1#,2#,3#结合剂磨具在660时3#略微膨胀处于正常范围（3#处于最佳烧成温度），且强度低于

46、1#，2#故排除3#，在1#和2#之间取最佳结合剂配方，1#强度2#强度，1#和2#在680均发生明显膨胀，故在640温度点烧制1#和2#,发现在640试样也发生明显膨胀，故取660为最佳烧成点，1#结合剂为最结合剂配方。表8:不同温度下抗折强度与体积膨胀情况统计试样编号烧成温度抗折强度体积膨胀164064064064032.903.10%234.0555.10%333.565.13%436.325.66%166039.15-0.55%0#266039.96-1.00%366040.03-0.11%168068068034.856.80%235.903.70%335.586.50%470038

47、.461.00%1#164064064064036.524.50%233.955.10%333.265.89%433.605.89%166066066039.050.30%235.242.40%338.822.85%468037.031.80%2#164064064064038.284.50%237.024.15%336.144.23%436.306.14%166066038.981.20%234.812.30%366036.552.70%468032.862.40%3#166066066035.240.90%230.050.85%335.640.17%468033.682.90%2.5 CB

48、N磨具的制造及其性能检测2.5.1 CBN磨具的制造有上述实验可知最佳结合剂配方为1#结合剂配方（BaO添加量为5%），最佳烧成温度为660，即最佳烧成曲线为：60100（2/min,PL1=15 保温10min）400(3/min,PL2=25,保温10min) 600(1.5/min,PL3=25,保温10min) 660(1/min,PL4=20,保温120min)CBN磨具配方的确定：本实验采用主磨料为CBN，粒度为170/200,浓度为100%，辅助磨料为白刚玉，浓度是超硬磨料磨具的重要特征之一，它对磨削加工效率和加工和加工成本以及磨具使用寿命有很大影响。加工余量大时，选用较高浓度，以使有更多切削刃参与磨削，但是磨具的浓度越高，其成本也越高，浓度的选择还与结合剂的性能有关，强度高，润湿性好的结合剂选择较高浓度。但是CBN磨具的浓度低于75%时，其耐用度及磨削比就会较差，因此CBN磨具的强度不应低于75%2。本实验从节约成本及结合剂性能方面考虑，浓度选择100%.因此超硬磨具配方