[发明专利]一种氧化石墨烯强韧化陶瓷结合剂CBN砂轮及其制备方法

说明书

本发明属于机械零件加工技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯强韧化陶瓷结合剂CBN砂轮及其制备方法。本发明的一种氧化石墨烯强韧化陶瓷结合剂CBN砂轮陶瓷砂轮结合剂、CBN磨料和临时粘结剂按照下述重量份组成：陶瓷砂轮结合剂30份、CBN磨料68份、临时粘结剂2份；本发明氧化石墨烯强韧化陶瓷结合剂CBN砂轮，以溶胶凝胶法为陶瓷砂轮结合剂的制备方法，方法简单，使结合剂粒径更加细小，易于磨粒结合减少了纳米结合剂的团聚，烧结温度低，降低能耗，同时加入了氧化石墨烯提高了砂轮的寿命和韧性。具有广泛的市场前景，可以应用于航空航天、精密机械和仪器、电子信息、尖端武器等高科技领域。

技术领域

本发明属于机械零件加工技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯强韧化陶瓷结合剂CBN砂轮及其制备方法，可应用于航空航天、精密机械和仪器、电子信息、尖端武器等高科技领域。

背景技术

随着航空航天、精密机械和仪器、电子信息、尖端武器等高科技领域的高速发展，机械零件的加工精度、表面粗糙度、表面完整性、加工效率和批量化质量稳定性对精密、超精密磨削加工技术提出更高的要求，而磨削工具的落后是制约其发展的主要瓶颈。

传统精密磨削用的陶瓷砂轮由于超细磨料易团聚和结合剂颗粒较粗等原因，使得所制备的砂轮微观结构较粗大，均匀性差，导致砂轮磨削性能不够理想，而超精密磨削用砂轮的磨料粒度往往为几个微米，而陶瓷结合剂颗粒相对较粗，一般为几微米到几十微米，结合剂用量一般为10%~20%，不能对磨料进行有效包覆和结合，造成砂轮强度低，耐用度差。而溶胶-凝胶法所制备的结合剂颗粒粒径小，有利于结合剂与磨料相结合且对多种粒径的磨料都可适用。目前氧化石墨烯广泛的运用于聚合物复合材料、陶瓷领域，对于陶瓷砂轮来说，利用氧化石墨烯提高砂轮的韧性是一个重要的突破口。目前制作砂轮普遍使用金刚石磨粒制造，而金刚石在超过720℃温度下会急剧发生氧化，损伤其作为磨粒的优异特性。专利201410011126.9公开了一种含有氧化石墨的金刚石陶瓷砂轮的制备方法，利用传统的粉末烧结的方式。该方法的物理混合容易出现氧化石墨的团聚现象，且无法避免金刚石磨粒出现氧化现象，能源消耗严重。专利201611068942.9公开了一种碱金属陶瓷结合剂，加入碱金属后提高了砂轮的耐火度，但其砂轮的强度和韧性没有明显提高。专利201510885179.8公开了一种金刚石树脂陶瓷砂轮的制备方法，此方法提高了砂轮的使用寿命但其强度仍与陶瓷结合剂砂轮存在差距。综上所述，以上专利方法及实际生产过程中仍存在以下问题：（1）磨粒与结合剂的混合过程中纳米填料易出现团聚现象；（2）陶瓷砂轮存在低韧性低寿命的现象；（3）金刚石磨粒在烧结过程中存在严重的氧化现象。

发明内容

本发明针对现有技术和实际情况的不足，提供了一种溶胶-凝胶法制备氧化石墨烯强韧化陶瓷结合剂CBN砂轮的方法，此方法采用溶胶-凝胶法可以得到粒径更细小的结合剂，利用氧化石墨烯的纳米特性提高陶瓷砂轮的韧性与强度，延长了砂轮的寿命；在烧结过程中采用多阶段降温的方式，减少了砂轮胚体的开裂，提高了砂轮的成品率。

本发明的目的是提供一种氧化石墨烯强韧化陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法；本发明的另一个目的是提供一种高强度、高韧性、低团聚和低能耗的陶瓷结合剂CBN砂轮。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种氧化石墨烯强韧化陶瓷结合剂CBN砂轮由陶瓷砂轮结合剂、CBN磨料和临时粘结剂按照下述重量份组成：陶瓷砂轮结合剂30份、CBN磨料68份、临时粘结剂2份；

所述陶瓷砂轮结合剂由下述重量份原料组成：正硅酸乙酯60～75份，硝酸铝10～30份，硼酸0.05～0.30份，硝酸钠0.02～0.30份，氧化石墨烯0.2~5.6份，碱金属0.01～0.02份；

所述临时粘结剂为糊精溶液，糊精与水的质量比为1:1.5~4，按此配比范围下的临时粘结剂粘度适中，易成型，方便脱模。

一种氧化石墨烯强韧化陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括以下步骤：