陶瓷加工的利器-金刚石砂轮

陶瓷材料具有良好的耐高温耐腐蚀性能及力学性能，是优良的高性能材料。由于其原子是通过共价键、离子键结合，而金属材料通过金属键相结合，因此陶瓷材料与金属材料有完全不同的性质，不仅在常温下对剪切应力的变形阻力很大，而且硬度很高。

同时，由于陶瓷晶体是由阳离子和阴离子以及它们之间的化学键组成的，化学键具有方向性、原子堆积密度低、原子间距大，因此陶瓷显示出很大的脆性，加工产生的缺陷多，是典型的难加工材料。而且随着陶瓷制备技术的发展，陶瓷材料的性能还在逐步提高，因此为了发展陶瓷材料在空间探测、航空航天等高技术领域中的应用，开发出高效低成本的加工技术十分重要。

目前能够满足硬金属的加工要求的“磨削”是陶瓷材料的主要加工方法之一，无论是精度还是效率都比较适中。磨削使用的工具一般为金刚石砂轮，即利用“结合剂”将金刚石磨粒粘结起来并制成具有一定强度和形状的磨具。与其它磨料如刚玉、碳化硅相比，用金刚石磨具进行磨削时，具有磨削效率高、使用寿命长、磨削力小，磨削温度低、磨削的工件精度高、表面质量好等优势。

金刚石陶瓷砂轮的优势

根据原料的不同，金刚石砂轮在功能上也会产生差异——如根据结合剂的不同可分成金属结合剂、陶瓷结合剂、树脂结合剂三种。三者各有优势，其中树脂结合剂和金属结合剂砂轮已在工业生产中得到广泛应用，虽然陶瓷结合剂金刚石砂轮虽然应用量没有前两种砂轮大，但由于其具有良好的磨削精度、高磨削效率和低磨削应力等优势，因此在先进陶瓷这种难加工材料领域越来越受到人们重视。

陶瓷结合剂一般有三种类型：传统陶瓷矿物结合剂，玻璃料结合剂和微晶玻璃结合剂。在烧结温度下，结合剂材料软化而出现部分液相，结合剂将金刚石磨料润湿、包裹，在结合剂与金刚石磨料界面处发生一系列的物理化学变化，结合剂将金刚石磨料牢固粘接，形成具有一定强度和形状的磨具。

金刚石陶瓷砂轮品质的因素可从金刚石磨料及结合剂设计这两方面总结：

1.金刚石磨料

首先是在砂轮工作面上均匀分布的裸露突起、起切削作用的金刚石磨料，若从提高结合剂对金刚石磨料的把持力角度考虑，磨料的晶型应该尽量不规整，表面粗糙为好；另外金刚石的粗细会直接影响工件表面粗糙度、磨削效率和磨具损耗，因此在满足加工工件要求的条件下应尽可能选用粗的粒度，以提高磨削效率和降低磨具的损耗。

2.结合剂设计

其次是负责粘结磨料的陶瓷结合剂。由于金刚石的热稳定性差，在空气中700℃以上就会氧化，保护气氛下900℃加热后抗压强度明显下降，所以陶瓷结合剂的烧成温度不能太高。此外，结合剂结合强度还需满足砂轮工作强度要求，膨胀系数要与磨料的热膨胀系数相匹配，导热性也不能太差。

除此之外，结合剂最重要的就是对金刚石磨料的把持力必须要够强——因为金刚石本身的抗压能力很强，使用寿命长，因此为了充分发挥金刚石磨料的优势、降低成本、提高金刚石磨料在砂轮中的浓度，合理的结合剂配方设计十分关键。

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