砂輪選用“陶瓷結合劑”的原因是什么

砂輪常被譽為是“工業的牙齒”，它一般指由粗顆粒的磨料化合物黏合在一起，形成的一個固體的圓形物體（多數為圓形，中央有通孔），能以其在外緣表面無數硬、銳、耐溫的小磨粒連續對各種材料的表面做切削磨除工作，因此在工業生產中有著舉足輕重的地位。

為了將堅硬的磨料顆粒固結成一定形狀，“結合劑”的存在必不可少。其作用主要體現在以下兩個方面：

①使磨料可以成型成磨具

磨料，無論是普通磨料，還是超硬磨料，都是瘠性料，本身不具成型性能，通過加入結合劑、臨時粘結劑、濕潤劑等使之能夠成型，再經過燒成，磨料通過結合劑橋連接起來，得到具有一定強度、硬度的磨具。

②使砂輪具有磨削能力

砂輪的硬度在國外也叫結合度，是指結合劑對磨料的把持強度，而砂輪硬度，是磨具的一個很重要的性能指標，直接影響了砂輪使用中的種種性能，比如磨削比、自銳性、形狀保持性等。

目前在磨具中用于結合劑材料主要可分為樹脂、金屬和陶瓷三種，三者各有優勢，它們的性能對比可看下表：

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，陶瓷結合劑砂輪雖然應用量沒有前兩種砂輪大，但由于近年來工業上對磨削加工的精度要求越來越高，“陶瓷結合劑+超硬磨料”這樣具有更高的磨削精度、磨削效率和低磨削應力的組合越來越受人們重視。

比如說陶瓷結合劑金剛石砂輪的市場份額每年都以可觀的速度增長，它相對于樹脂磨具有以下優勢：

（1）陶瓷砂輪的磨削效率高；

（2）對于陶瓷砂輪可以采用大的進給量，樹脂砂輪當采用進給量超過一定數時，會磨不動；（3）陶瓷結合劑金剛石磨具磨削時幾乎不用修整，樹脂磨具需要隔段時間修整一次；

（4）由于陶瓷砂輪形狀保持性好，所以磨削精度相對于樹脂砂輪高，因此已成為精密超精密加工的首選工具。

陶瓷結合劑的分類

目前，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。但無論何種構成，最終的結合劑性能都應滿足強度足夠、膨脹系數與磨料相匹配、化學性能穩定、導熱性較好、成型性能良好等要求。

1.陶瓷礦物結合劑

這一類結合劑采用長石、粘土、石英等天然礦物為主要原料，考慮到金剛石磨料的熱穩定性較低，以硼玻璃、冰晶石為低溫助熔劑，實現低溫燒結。由于該類結合劑含有較多高熔點礦物，為燒結結合劑，燒成溫度下結合劑對金剛石磨料的潤濕性差，把持力不高，磨削過程中金剛石容易過早脫落;另一方面，結合劑未經過熔煉，為各種礦物的機械混合，燒結后容易產生未熔化的石英等礦物顆粒，在磨具中引起組織結構不均勻。目前該類金剛石磨具已逐步被淘汰，僅有少量產品應用于硬質合金、工程陶瓷材料的粗磨。

2.玻璃結合劑

玻璃結合劑的制備過程先將各種原料按設計配方比例稱量和混合，經熔煉、冷卻、粉碎而成。結合劑的粒度要求不大于磨料粒度的 1/4~1/6，含水量小于1.5%。熔制玻璃料所用原料多為化工原料和化學試劑，雜質含量有嚴格要求。主要原料有硼酸、硼砂、氧化鋁、石英、碳酸鋇、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、碳酸鈣、氧化鈦、氧化鉍、三氧化二跌、一氧化鉛、四氧化三鉛、氧化鋅、氟化鈣、氫氧化鈉等原料。根據國內外的研究和應用情況，目前較為成熟的金剛石磨具用玻璃料結合劑有SiO2-ZnO-B2O3系玻璃，Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2系玻璃，SiO2-Al2O3-TiO2-BaO-B2O3系玻璃等。

3.微晶玻璃結合劑

微晶玻璃是一種由陶瓷微晶和玻璃質基體所組成的新型無機復合材料，它是將特定組成的玻璃在程序溫度控制下進行熱處理，使玻璃體內均勻地生長出眾多的微晶。微晶玻璃的結構和性能與陶瓷、玻璃均不相同，其性質是由晶相的礦物組成和玻璃相的化學組成以及它們的數量決定的。它既具有陶瓷材料強度高、熱穩定性好，熱膨脹系數可以調配到很小的優點，又具玻璃材料軟化溫度低，燒結致密度高，對磨料潤濕性好等優勢。

在磨具制造方面，以微晶玻璃作為金剛石砂輪結合劑，由于微晶玻璃晶粒尺寸為1-2μm，結晶含量達50-98%，結構均勻，因而使得磨具的機械強度得到提高。然而由于控制微晶玻璃的晶化工藝比較復雜，對于尺寸相對較大的砂輪來說，難以實現整體均勻晶化，因此微晶玻璃作為結合劑應用于超硬材料磨具制備還處于研究階段。

既然陶瓷結合劑有這么多種類，那到底應該如何選擇呢？按專業人士的說法，要使磨削方案最優化，在制定配方時最重要的就是要根據磨料情況、磨削參數、工件質量等要求合理選擇結合劑類型和配比，這樣才能既使砂輪具有合適的磨削能力，滿足加工要求，而且還利于規模化生產和低廢品率的實現。

資料來源：

陶瓷結合劑金剛石砂輪的制備及磨削性能研究，劉小磐

砂輪基礎課堂： 大神“結合劑”（知乎）