一、前言

　　磨料是一種具有高硬度和一定機(jī)械強(qiáng)度的顆粒材料，用于制造磨具或直接用于研磨和拋光。磨料分天然和人造兩大類。天然磨料是自然礦物開采經(jīng)過加工而制成的磨料。目前，天然礦石的磨料已趨于淘汰之勢(shì)，已不用于制作磨具，即或使用已經(jīng)不多。人造磨料是人工通過用有關(guān)礦物材料加上必須的材料進(jìn)行加工而成的磨料。自人們發(fā)明的第一種人造磨料開始到現(xiàn)在至少已發(fā)明發(fā)展了近百種之多，應(yīng)用范圍愈來愈廣泛，其性能愈來愈優(yōu)越于天然磨料，隨著人造磨料不斷的發(fā)展和進(jìn)步，磨削加工也得到了迅速的發(fā)展和提高，由于磨具的不斷發(fā)展和性能的不斷提高，磨削加工的水平也得到了發(fā)展和提高。當(dāng)然從另一方面而言，今天磨削加工已走上專用、精密、強(qiáng)力高效以及節(jié)能、低碳、可持續(xù)發(fā)展的道路，磨料磨具要適應(yīng)這種發(fā)展要求，就必須具有與之相適應(yīng)的材料、工藝、理論、研發(fā)能力等方面各項(xiàng)工作的相輔相成、互相依賴、互相促進(jìn)、互相提高。

　　無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料的制造不僅是在對(duì)國(guó)內(nèi)外燒結(jié)磨料、磨削機(jī)理上的深入研究、對(duì)比的基礎(chǔ)上，同時(shí)有別于國(guó)外燒結(jié)磨料，提出無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料自己的應(yīng)用磨削觀，即人造磨料向高韌性和廣泛性兩個(gè)方向發(fā)展的趨勢(shì)。它能為我國(guó)磨料磨具制品的質(zhì)量大幅提升，提供一種節(jié)能、高效、低碳與經(jīng)濟(jì)性的應(yīng)用方法與前沿方向。

　　二、國(guó)外燒結(jié)、堆積磨料的發(fā)展及特點(diǎn):

　　1981年美國(guó)3M公司工業(yè)磨料部推出了一種牌號(hào)為“Cubitron”的陶瓷剛玉磨料。其韌性是普通剛玉的2倍以上，磨削性能優(yōu)于大多數(shù)普通磨料，并且它不是像其它剛玉磨料在電弧爐中熔煉而成，而是在一定溫度下燒結(jié)而成。八十年代中期，諾頓公司開發(fā)出了一種SG(商標(biāo)名)磨料，它也是一種陶瓷剛玉磨科，性能與Cubitron磨料相似，其實(shí)，這兩種磨料都是采用一種俗稱為溶膠–凝膠(Sol–gel，簡(jiǎn)稱SG)工藝的化學(xué)陶瓷工藝制造的。SG磨料也因此得名，其工藝過程是：配制A13O2?H2O的水溶膠體，經(jīng)凝膠化后，干燥固化，再破碎成顆粒，最后燒結(jié)成磨料。由于在溶膠-凝膠化過程中常使用引晶劑(或稱晶種)，SG工藝也常稱作“引晶凝膠工藝”(Seeded ge1)。SG作為一種工藝并不是八十年代才出現(xiàn)的，在1963年，Bugosh就獲得了用SG工藝制造致密的Al2O3的專利，用溶膠–凝膠(SG)工藝制造氧化物陶瓷在陶瓷工業(yè)上也是很普遍的，只是到了80年代，SG工藝才被用于磨料生產(chǎn)，SG磨料磨具也開始用于工業(yè)加工領(lǐng)域。

　　由于SG磨料顆粒是由大量亞微米級(jí)的A12O3晶體燒結(jié)而成，在磨削時(shí)能不斷破裂并暴露出新的切削，因此其自銳性特別好。其磨削性能明顯優(yōu)于普通剛玉，主要表現(xiàn)為它自身就像一個(gè)小的陶瓷磨具，耐磨、自銳性好、磨除率高、磨削比大等優(yōu)點(diǎn);但是，在高速磨削中，由于速度高導(dǎo)致磨削力下降，而SG磨料恰恰在低磨削力情況下無法發(fā)生晶面分解，也就是說，其在自銳性方面的優(yōu)勢(shì)無法體現(xiàn)出來。為此，圣戈班又推出一種NQ磨料(NORTON QUANTUM)，它克服了SG磨料不適用低磨削力的弱點(diǎn)，在內(nèi)圓磨、齒輪磨等應(yīng)用上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在先進(jìn)磨料的發(fā)展的過程中，還有重要的一點(diǎn)是，1994年德國(guó)Junker公司Erwin Junker先生開發(fā)并取得專利的一種先進(jìn)的高速磨削技術(shù)快速點(diǎn)磨削(Quick–point Grinding)的理論出現(xiàn)，就使得人們?cè)谕ㄟ^在對(duì)SG磨料顆粒性能了解、認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)之上，提出通過把多層小磨料顆粒粘在一起形成一個(gè)磨粒團(tuán)磨料(這些磨粒主要是氧化鋁(棕剛玉)或碳化硅)的點(diǎn)式磨削，通過試驗(yàn)，這些磨粒集團(tuán)磨料在磨具磨削的過程當(dāng)中顆粒就一點(diǎn)一點(diǎn)磨損，形成的多層磨料，大大提高了使用壽命，施工件表面達(dá)到一致的光潔度，同時(shí)提供穩(wěn)定的磨削，與SG相同，這些磨料團(tuán)本身也屬于陶瓷燒結(jié)剛玉，唯一不同在于磨料顆粒形狀的存在形式，這種獨(dú)特的形式不僅能解決在高磨削力的情況下使用，還能在較小磨削力情況下產(chǎn)生較好的自銳性，當(dāng)磨料受到磨削力作用時(shí)，它的鈍化部分會(huì)沿著晶面分解，新的鋒口隨即出現(xiàn)并參與到切削作用中，自銳性的功效得以體現(xiàn)。這些就是現(xiàn)在所謂堆積磨料、陶瓷磨料產(chǎn)品的最重要的特點(diǎn)。

　　三、無機(jī)高分子結(jié)合劑在燒結(jié)、堆積磨料中的制造工藝：

　　無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料的制造工藝中總的指導(dǎo)原則是用無機(jī)高分子結(jié)合劑和剛玉或碳化硅微粉，再按照設(shè)計(jì)的組織結(jié)構(gòu)做成磨料團(tuán)(參考新型、高效、專用、重負(fù)荷強(qiáng)力和精密無機(jī)高分子磨具的制作中無機(jī)高分子結(jié)合劑制作磨具的設(shè)計(jì)原則和方法)，然后再由這些磨料團(tuán)應(yīng)用在固結(jié)磨具或涂附磨具上。無機(jī)高分子結(jié)合劑在燒結(jié)、堆積磨料制造工藝是首先將無機(jī)高分子結(jié)合劑和剛玉或碳化硅微粉混合、混煉、造粒、干燥、燒結(jié)固化或?qū)o機(jī)高分子結(jié)合劑和剛玉或碳化硅微粉混合、混煉、干燥、燒結(jié)固化再破碎成為磨料。差別是前一種方法不存在浪費(fèi)，材料可回收利用，具體制造工藝如下：

　　1、無機(jī)高分子結(jié)合劑和剛玉或碳化硅微粉混合、混煉：

　　無機(jī)高分子結(jié)合劑和剛玉或碳化硅微粉混合、混煉，這一過程主要是將無機(jī)高分子結(jié)合劑和剛玉或碳化硅微粉混合均勻制成懸浮體。因?yàn)闊o機(jī)高分子結(jié)合劑和剛玉或碳化硅微粉混合時(shí)，剛玉或碳化硅微粉比表面積很大，無機(jī)高分子結(jié)合劑和剛玉或碳化硅微粉不宜混合均勻，故而，按照設(shè)計(jì)的組織結(jié)構(gòu)做成的無機(jī)高分子結(jié)合劑和剛玉或碳化硅微粉混合體，往往要加入適量的水形成糊狀，使得無機(jī)高分子結(jié)合劑和剛玉或碳化硅微粉親潤(rùn)充分，之后加熱風(fēng)活化混煉。

　　2、預(yù)破碎：

　　為了燒結(jié)出一定形狀和尺寸的磨料，在燒結(jié)工序前需把混煉后的塊狀固體破碎成一定大小的顆粒，或者用切割、擠壓 模壓等方法加工成需要的形狀和尺寸(如用壓面機(jī)條擠壓、切割或用高速分散機(jī)在加熱風(fēng)條件下造成粒狀)。成粒后篩分選出可燒結(jié)成磨料的有用顆粒，篩分出的太大的顆粒應(yīng)重新成粒，太小的顆粒則可以重新制成水化再生產(chǎn)。

　　3、干燥固化：

　　將切割、擠壓 模壓等方法加工成的顆粒干燥。熱風(fēng)溫度一般在50～70℃，應(yīng)注意不要使溫度高于起蒸汽時(shí)的溫度，以免最終燒結(jié)成的磨料氣孔率高、硬度降低。經(jīng)干燥過程除去無機(jī)高分子結(jié)合劑中90%以上的自由狀態(tài)水，干燥后顆粒結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度很高。

　　4、燒結(jié)固化成磨料：

　　把干燥固化后的磨料顆粒在以下溫控點(diǎn)保溫：90℃、95℃、100℃、120℃、150～180℃在每個(gè)溫控點(diǎn)的控溫時(shí)間以顆粒內(nèi)的結(jié)合水也大部分蒸發(fā)掉為基準(zhǔn)。

　　四、無機(jī)高分子結(jié)合劑在燒結(jié)、堆積磨料的物理化學(xué)性質(zhì)：

　　無機(jī)高分子結(jié)合劑在燒結(jié)、堆積磨料的韌性特別好，是普通剛玉的2倍以上，其硬度范圍很寬。實(shí)際上，按照設(shè)計(jì)的組織結(jié)構(gòu)各異和制造過程中的細(xì)微差異，它沒有一個(gè)準(zhǔn)確的而是系列的韌性和硬度值。表1是無機(jī)高分子結(jié)合劑在燒結(jié)、堆積磨料(此處簡(jiǎn)稱為無機(jī)磨料)與其它磨料所作的對(duì)比。

　　表l 磨科的硬度和韌性比較

　　另外，由于無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料顆粒是由大量亞微米級(jí)的剛玉晶體和無機(jī)高分子結(jié)合劑低溫?zé)Y(jié)而成，在磨削時(shí)能不斷破裂并暴露出新的切削，因此其自銳性特別好。其磨削性能明顯優(yōu)于普通剛玉，主要表現(xiàn)為耐磨、自銳性好、磨除率高、磨削比大等優(yōu)點(diǎn);同時(shí)，通過改變無機(jī)高分子結(jié)合劑的型號(hào)、用量以及剛玉(或碳化硅)的種類，就能得到一系列的韌性和硬度值的磨料，就能很好的解決磨削過程中遇到的不同問題。

　　五、無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料磨削制品:

　　用無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料可以制成各種固結(jié)和涂附磨具，它們的性能都明顯優(yōu)于同類普通剛玉磨具。

　　(1)無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料砂輪

　　無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料(以一種型號(hào)無機(jī)高分子結(jié)合劑和煅燒棕剛玉微粉制成的燒結(jié)、堆積磨料為例)制成的砂輪，經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，低顯微硬度的無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料與普通陶瓷燒結(jié)棕剛玉砂輪相比，壽命提高幅度在100～133%之間，在磨削效率(進(jìn)刀量)上的提高幅度則在30%左右。同時(shí)磨削功率可降低15%，進(jìn)一步改善了工件的精度。而且，無論是陶瓷還是樹脂砂輪，無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料都能在高速磨削中發(fā)揮低磨削力，高磨削效率的優(yōu)勢(shì);高顯微硬度無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料與普通陶瓷燒結(jié)棕剛玉砂輪相比，適合各種材料工件的磨削，極高的材料去除率和砂輪的使用壽命，極大降低了工件的燒傷，有效的提高了加工精度和工件表面品質(zhì)，縮短了砂輪修整時(shí)間和減少砂輪更換頻率，提高了生產(chǎn)效率。

　　另外按照組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做成的磨料團(tuán)，然后再由這些磨料團(tuán)制成砂輪。將使得砂輪組織的透氣性更好，氣孔大小也可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用調(diào)整，從而使得冷卻液更充分地進(jìn)入到磨料區(qū)域，確保磨削時(shí)進(jìn)給量更大，同時(shí)也不會(huì)引致工件燒傷。

　　(2)無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料涂附磨具

　　用無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料制成的涂附磨具品種可以有砂帶、砂盤、砂布、高級(jí)無紡布磨具等，主要是砂帶。經(jīng)過磨削試驗(yàn)，其性能明顯優(yōu)于普通剛玉砂帶，無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料是多層磨料粘貼在一起形成一個(gè)磨料顆粒制造的，這些磨料主要是氧化鋁(棕剛玉)或碳化硅。在磨削的過程當(dāng)中顆粒就一點(diǎn)一點(diǎn)的磨損，這種堆積磨料還可以提高壽命，在有些情況下甚至可以提高10倍以上的使用壽命。堆積磨料是利用磨料團(tuán)磨料顆粒，就象在下圖1看到的一樣，在磨削的過程中不斷地破損產(chǎn)生新的磨削刃，這樣可以穩(wěn)定地磨削，而不象圖2所示的傳統(tǒng)磨料。形成的多層磨料大大提高了使用壽命，施工件表面達(dá)到一致的光潔度，同時(shí)提供穩(wěn)定的磨削。

　　通過試驗(yàn)，和傳統(tǒng)磨料產(chǎn)品相比，具有長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定磨削的能力，使用壽命也比傳統(tǒng)產(chǎn)品長(zhǎng)，這樣可以減少頻繁更換砂帶后對(duì)砂光機(jī)的調(diào)整。堆積磨料產(chǎn)品在使用過程中可以提供穩(wěn)定一致的磨削量，傳統(tǒng)磨料產(chǎn)品在開始磨削的時(shí)候具有很高的磨削量，但隨著時(shí)間的推移，磨削量就開始降低了，很快就失去了磨削的能力。而堆積磨料產(chǎn)品就會(huì)提供更穩(wěn)定的磨削，使用壽命更長(zhǎng)。

　　六、無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料的發(fā)展前景：

　　無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料是一種新型陶瓷剛玉磨料，它的出現(xiàn)使人造磨料向高韌性和廣泛性兩個(gè)方向發(fā)展的趨勢(shì)。但是，無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料的重要性并不局限干磨削加工領(lǐng)域，它作為一種新型的陶瓷材料將具有十分廣闊的應(yīng)用前景。目前，我國(guó)的磨料制造絕大多數(shù)采用的是傳統(tǒng)的電熔工藝，燒結(jié)法制造的剛玉磨料種類特別是高檔磨料很少;同時(shí)，面對(duì)中國(guó)制造業(yè)的迅猛發(fā)展和磨料磨具良好的應(yīng)用市場(chǎng)前景，陜西徳謙公司希望無機(jī)高分子結(jié)合劑燒結(jié)、堆積磨料的出現(xiàn)，能夠?qū)χ袊?guó)磨料磨具磨削加工及其關(guān)鍵技術(shù)的提升有所裨益，為我國(guó)的磨料磨具磨削的產(chǎn)業(yè)化升級(jí)進(jìn)程有所幫助。