一、前言

　　磨料是一種具有高硬度和一定機械強度的顆粒材料，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，已不用于制作磨具，即或使用已經不多。人造磨料是人工通過用有關礦物材料加上必須的材料進行加工而成的磨料。自人們發明的第一種人造磨料開始到現在至少已發明發展了近百種之多，應用范圍愈來愈廣泛，其性能愈來愈優越于天然磨料，隨著人造磨料不斷的發展和進步，磨削加工也得到了迅速的發展和提高，由于磨具的不斷發展和性能的不斷提高，磨削加工的水平也得到了發展和提高。當然從另一方面而言，今天磨削加工已走上專用、精密、強力高效以及節能、低碳、可持續發展的道路，磨料磨具要適應這種發展要求，就必須具有與之相適應的材料、工藝、理論、研發能力等方面各項工作的相輔相成、互相依賴、互相促進、互相提高。

　　無機高分子結合劑燒結、堆積磨料的制造不僅是在對國內外燒結磨料、磨削機理上的深入研究、對比的基礎上，同時有別于國外燒結磨料，提出無機高分子結合劑燒結、堆積磨料自己的應用磨削觀，即人造磨料向高韌性和廣泛性兩個方向發展的趨勢。它能為我國磨料磨具制品的質量大幅提升，提供一種節能、高效、低碳與經濟性的應用方法與前沿方向。

　　二、國外燒結、堆積磨料的發展及特點:

　　1981年美國3M公司工業磨料部推出了一種牌號為“Cubitron”的陶瓷剛玉磨料。其韌性是普通剛玉的2倍以上，磨削性能優于大多數普通磨料，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而成。八十年代中期，諾頓公司開發出了一種SG(商標名)磨料，它也是一種陶瓷剛玉磨科，性能與Cubitron磨料相似，其實，這兩種磨料都是采用一種俗稱為溶膠–凝膠(Sol–gel，簡稱SG)工藝的化學陶瓷工藝制造的。SG磨料也因此得名，其工藝過程是：配制A13O2?H2O的水溶膠體，經凝膠化后，干燥固化，再破碎成顆粒，最后燒結成磨料。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，SG磨料磨具也開始用于工業加工領域。

　　由于SG磨料顆粒是由大量亞微米級的A12O3晶體燒結而成，在磨削時能不斷破裂并暴露出新的切削，因此其自銳性特別好。其磨削性能明顯優于普通剛玉，主要表現為它自身就像一個小的陶瓷磨具，耐磨、自銳性好、磨除率高、磨削比大等優點;但是，在高速磨削中，由于速度高導致磨削力下降，而SG磨料恰恰在低磨削力情況下無法發生晶面分解，也就是說，其在自銳性方面的優勢無法體現出來。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，在內圓磨、齒輪磨等應用上具有明顯的優勢。在先進磨料的發展的過程中，還有重要的一點是，1994年德國Junker公司Erwin Junker先生開發并取得專利的一種先進的高速磨削技術快速點磨削(Quick–point Grinding)的理論出現，就使得人們在通過在對SG磨料顆粒性能了解、認識的基礎之上，提出通過把多層小磨料顆粒粘在一起形成一個磨粒團磨料(這些磨粒主要是氧化鋁(棕剛玉)或碳化硅)的點式磨削，通過試驗，這些磨粒集團磨料在磨具磨削的過程當中顆粒就一點一點磨損，形成的多層磨料，大大提高了使用壽命，施工件表面達到一致的光潔度，同時提供穩定的磨削，與SG相同，這些磨料團本身也屬于陶瓷燒結剛玉，唯一不同在于磨料顆粒形狀的存在形式，這種獨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生較好的自銳性，當磨料受到磨削力作用時，它的鈍化部分會沿著晶面分解，新的鋒口隨即出現并參與到切削作用中，自銳性的功效得以體現。這些就是現在所謂堆積磨料、陶瓷磨料產品的最重要的特點。

　　三、無機高分子結合劑在燒結、堆積磨料中的制造工藝：

　　無機高分子結合劑燒結、堆積磨料的制造工藝中總的指導原則是用無機高分子結合劑和剛玉或碳化硅微粉，再按照設計的組織結構做成磨料團(參考新型、高效、專用、重負荷強力和精密無機高分子磨具的制作中無機高分子結合劑制作磨具的設計原則和方法)，然后再由這些磨料團應用在固結磨具或涂附磨具上。無機高分子結合劑在燒結、堆積磨料制造工藝是首先將無機高分子結合劑和剛玉或碳化硅微粉混合、混煉、造粒、干燥、燒結固化或將無機高分子結合劑和剛玉或碳化硅微粉混合、混煉、干燥、燒結固化再破碎成為磨料。差別是前一種方法不存在浪費，材料可回收利用，具體制造工藝如下：

　　1、無機高分子結合劑和剛玉或碳化硅微粉混合、混煉：

　　無機高分子結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高分子結合劑和剛玉或碳化硅微粉混合均勻制成懸浮體。因為無機高分子結合劑和剛玉或碳化硅微粉混合時，剛玉或碳化硅微粉比表面積很大，無機高分子結合劑和剛玉或碳化硅微粉不宜混合均勻，故而，按照設計的組織結構做成的無機高分子結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，使得無機高分子結合劑和剛玉或碳化硅微粉親潤充分，之后加熱風活化混煉。

　　2、預破碎：

　　為了燒結出一定形狀和尺寸的磨料，在燒結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(如用壓面機條擠壓、切割或用高速分散機在加熱風條件下造成粒狀)。成粒后篩分選出可燒結成磨料的有用顆粒，篩分出的太大的顆粒應重新成粒，太小的顆粒則可以重新制成水化再生產。

　　3、干燥固化：

　　將切割、擠壓 模壓等方法加工成的顆粒干燥。熱風溫度一般在50～70℃，應注意不要使溫度高于起蒸汽時的溫度，以免最終燒結成的磨料氣孔率高、硬度降低。經干燥過程除去無機高分子結合劑中90%以上的自由狀態水，干燥后顆粒結構致密，強度很高。

　　4、燒結固化成磨料：

　　把干燥固化后的磨料顆粒在以下溫控點保溫：90℃、95℃、100℃、120℃、150～180℃在每個溫控點的控溫時間以顆粒內的結合水也大部分蒸發掉為基準。

　　四、無機高分子結合劑在燒結、堆積磨料的物理化學性質：

　　無機高分子結合劑在燒結、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。實際上，按照設計的組織結構各異和制造過程中的細微差異，它沒有一個準確的而是系列的韌性和硬度值。表1是無機高分子結合劑在燒結、堆積磨料(此處簡稱為無機磨料)與其它磨料所作的對比。

　　表l 磨科的硬度和韌性比較

　　另外，由于無機高分子結合劑燒結、堆積磨料顆粒是由大量亞微米級的剛玉晶體和無機高分子結合劑低溫燒結而成，在磨削時能不斷破裂并暴露出新的切削，因此其自銳性特別好。其磨削性能明顯優于普通剛玉，主要表現為耐磨、自銳性好、磨除率高、磨削比大等優點;同時，通過改變無機高分子結合劑的型號、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、無機高分子結合劑燒結、堆積磨料磨削制品:

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

　　(1)無機高分子結合劑燒結、堆積磨料砂輪

　　無機高分子結合劑燒結、堆積磨料(以一種型號無機高分子結合劑和煅燒棕剛玉微粉制成的燒結、堆積磨料為例)制成的砂輪，經過實踐驗證，低顯微硬度的無機高分子結合劑燒結、堆積磨料與普通陶瓷燒結棕剛玉砂輪相比，壽命提高幅度在100～133%之間，在磨削效率(進刀量)上的提高幅度則在30%左右。同時磨削功率可降低15%，進一步改善了工件的精度。而且，無論是陶瓷還是樹脂砂輪，無機高分子結合劑燒結、堆積磨料都能在高速磨削中發揮低磨削力，高磨削效率的優勢;高顯微硬度無機高分子結合劑燒結、堆積磨料與普通陶瓷燒結棕剛玉砂輪相比，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，縮短了砂輪修整時間和減少砂輪更換頻率，提高了生產效率。

　　另外按照組織結構設計做成的磨料團，然后再由這些磨料團制成砂輪。將使得砂輪組織的透氣性更好，氣孔大小也可根據實際應用調整，從而使得冷卻液更充分地進入到磨料區域，確保磨削時進給量更大，同時也不會引致工件燒傷。

　　(2)無機高分子結合劑燒結、堆積磨料涂附磨具

　　用無機高分子結合劑燒結、堆積磨料制成的涂附磨具品種可以有砂帶、砂盤、砂布、高級無紡布磨具等，主要是砂帶。經過磨削試驗，其性能明顯優于普通剛玉砂帶，無機高分子結合劑燒結、堆積磨料是多層磨料粘貼在一起形成一個磨料顆粒制造的，這些磨料主要是氧化鋁(棕剛玉)或碳化硅。在磨削的過程當中顆粒就一點一點的磨損，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生新的磨削刃，這樣可以穩定地磨削，而不象圖2所示的傳統磨料。形成的多層磨料大大提高了使用壽命，施工件表面達到一致的光潔度，同時提供穩定的磨削。

　　通過試驗，和傳統磨料產品相比，具有長時間穩定磨削的能力，使用壽命也比傳統產品長，這樣可以減少頻繁更換砂帶后對砂光機的調整。堆積磨料產品在使用過程中可以提供穩定一致的磨削量，傳統磨料產品在開始磨削的時候具有很高的磨削量，但隨著時間的推移，磨削量就開始降低了，很快就失去了磨削的能力。而堆積磨料產品就會提供更穩定的磨削，使用壽命更長。

　　六、無機高分子結合劑燒結、堆積磨料的發展前景：

　　無機高分子結合劑燒結、堆積磨料是一種新型陶瓷剛玉磨料，它的出現使人造磨料向高韌性和廣泛性兩個方向發展的趨勢。但是，無機高分子結合劑燒結、堆積磨料的重要性并不局限干磨削加工領域，它作為一種新型的陶瓷材料將具有十分廣闊的應用前景。目前，我國的磨料制造絕大多數采用的是傳統的電熔工藝，燒結法制造的剛玉磨料種類特別是高檔磨料很少;同時，面對中國制造業的迅猛發展和磨料磨具良好的應用市場前景，陜西徳謙公司希望無機高分子結合劑燒結、堆積磨料的出現，能夠對中國磨料磨具磨削加工及其關鍵技術的提升有所裨益，為我國的磨料磨具磨削的產業化升級進程有所幫助。