陶瓷加工的利器-金剛石砂輪

陶瓷材料具有良好的耐高溫耐腐蝕性能及力學性能，是優良的高性能材料。由于其原子是通過共價鍵、離子鍵結合，而金屬材料通過金屬鍵相結合，因此陶瓷材料與金屬材料有完全不同的性質，不僅在常溫下對剪切應力的變形阻力很大，而且硬度很高。

同時，由于陶瓷晶體是由陽離子和陰離子以及它們之間的化學鍵組成的，化學鍵具有方向性、原子堆積密度低、原子間距大，因此陶瓷顯示出很大的脆性，加工產生的缺陷多，是典型的難加工材料。而且隨著陶瓷制備技術的發展，陶瓷材料的性能還在逐步提高，因此為了發展陶瓷材料在空間探測、航空航天等高技術領域中的應用，開發出高效低成本的加工技術十分重要。

目前能夠滿足硬金屬的加工要求的“磨削”是陶瓷材料的主要加工方法之一，無論是精度還是效率都比較適中。磨削使用的工具一般為金剛石砂輪，即利用“結合劑”將金剛石磨粒粘結起來并制成具有一定強度和形狀的磨具。與其它磨料如剛玉、碳化硅相比，用金剛石磨具進行磨削時，具有磨削效率高、使用壽命長、磨削力小，磨削溫度低、磨削的工件精度高、表面質量好等優勢。

金剛石陶瓷砂輪的優勢

根據原料的不同，金剛石砂輪在功能上也會產生差異——如根據結合劑的不同可分成金屬結合劑、陶瓷結合劑、樹脂結合劑三種。三者各有優勢，其中樹脂結合劑和金屬結合劑砂輪已在工業生產中得到廣泛應用，雖然陶瓷結合劑金剛石砂輪雖然應用量沒有前兩種砂輪大，但由于其具有良好的磨削精度、高磨削效率和低磨削應力等優勢，因此在先進陶瓷這種難加工材料領域越來越受到人們重視。

陶瓷結合劑一般有三種類型：傳統陶瓷礦物結合劑，玻璃料結合劑和微晶玻璃結合劑。在燒結溫度下，結合劑材料軟化而出現部分液相，結合劑將金剛石磨料潤濕、包裹，在結合劑與金剛石磨料界面處發生一系列的物理化學變化，結合劑將金剛石磨料牢固粘接，形成具有一定強度和形狀的磨具。

金剛石陶瓷砂輪品質的因素可從金剛石磨料及結合劑設計這兩方面總結：

1.金剛石磨料

首先是在砂輪工作面上均勻分布的裸露突起、起切削作用的金剛石磨料，若從提高結合劑對金剛石磨料的把持力角度考慮，磨料的晶型應該盡量不規整，表面粗糙為好；另外金剛石的粗細會直接影響工件表面粗糙度、磨削效率和磨具損耗，因此在滿足加工工件要求的條件下應盡可能選用粗的粒度，以提高磨削效率和降低磨具的損耗。

2.結合劑設計

其次是負責粘結磨料的陶瓷結合劑。由于金剛石的熱穩定性差，在空氣中700℃以上就會氧化，保護氣氛下900℃加熱后抗壓強度明顯下降，所以陶瓷結合劑的燒成溫度不能太高。此外，結合劑結合強度還需滿足砂輪工作強度要求，膨脹系數要與磨料的熱膨脹系數相匹配，導熱性也不能太差。

除此之外，結合劑最重要的就是對金剛石磨料的把持力必須要夠強——因為金剛石本身的抗壓能力很強，使用壽命長，因此為了充分發揮金剛石磨料的優勢、降低成本、提高金剛石磨料在砂輪中的濃度，合理的結合劑配方設計十分關鍵。

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