砂轮选用“陶瓷结合剂”的原因是什么

砂轮常被誉为是“工业的牙齿”，它一般指由粗颗粒的磨料化合物黏合在一起，形成的一个固体的圆形物体（多数为圆形，中央有通孔），能以其在外缘表面无数硬、锐、耐温的小磨粒连续对各种材料的表面做切削磨除工作，因此在工业生产中有着举足轻重的地位。

为了将坚硬的磨料颗粒固结成一定形状，“结合剂”的存在必不可少。其作用主要体现在以下两个方面：

①使磨料可以成型成磨具

磨料，无论是普通磨料，还是超硬磨料，都是瘠性料，本身不具成型性能，通过加入结合剂、临时粘结剂、湿润剂等使之能够成型，再经过烧成，磨料通过结合剂桥连接起来，得到具有一定强度、硬度的磨具。

②使砂轮具有磨削能力

砂轮的硬度在国外也叫结合度，是指结合剂对磨料的把持强度，而砂轮硬度，是磨具的一个很重要的性能指标，直接影响了砂轮使用中的种种性能，比如磨削比、自锐性、形状保持性等。

目前在磨具中用于结合剂材料主要可分为树脂、金属和陶瓷三种，三者各有优势，它们的性能对比可看下表：

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，陶瓷结合剂砂轮虽然应用量没有前两种砂轮大，但由于近年来工业上对磨削加工的精度要求越来越高，“陶瓷结合剂+超硬磨料”这样具有更高的磨削精度、磨削效率和低磨削应力的组合越来越受人们重视。

比如说陶瓷结合剂金刚石砂轮的市场份额每年都以可观的速度增长，它相对于树脂磨具有以下优势：

（1）陶瓷砂轮的磨削效率高；

（2）对于陶瓷砂轮可以采用大的进给量，树脂砂轮当采用进给量超过一定数时，会磨不动；（3）陶瓷结合剂金刚石磨具磨削时几乎不用修整，树脂磨具需要隔段时间修整一次；

（4）由于陶瓷砂轮形状保持性好，所以磨削精度相对于树脂砂轮高，因此已成为精密超精密加工的首选工具。

陶瓷结合剂的分类

目前，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。但无论何种构成，最终的结合剂性能都应满足强度足够、膨胀系数与磨料相匹配、化学性能稳定、导热性较好、成型性能良好等要求。

1.陶瓷矿物结合剂

这一类结合剂采用长石、粘土、石英等天然矿物为主要原料，考虑到金刚石磨料的热稳定性较低，以硼玻璃、冰晶石为低温助熔剂，实现低温烧结。由于该类结合剂含有较多高熔点矿物，为烧结结合剂，烧成温度下结合剂对金刚石磨料的润湿性差，把持力不高，磨削过程中金刚石容易过早脱落;另一方面，结合剂未经过熔炼，为各种矿物的机械混合，烧结后容易产生未熔化的石英等矿物颗粒，在磨具中引起组织结构不均匀。目前该类金刚石磨具已逐步被淘汰，仅有少量产品应用于硬质合金、工程陶瓷材料的粗磨。

2.玻璃结合剂

玻璃结合剂的制备过程先将各种原料按设计配方比例称量和混合，经熔炼、冷却、粉碎而成。结合剂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为化工原料和化学试剂，杂质含量有严格要求。主要原料有硼酸、硼砂、氧化铝、石英、碳酸钡、碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、氧化钛、氧化铋、三氧化二跌、一氧化铅、四氧化三铅、氧化锌、氟化钙、氢氧化钠等原料。根据国内外的研究和应用情况，目前较为成熟的金刚石磨具用玻璃料结合剂有SiO2-ZnO-B2O3系玻璃，Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2系玻璃，SiO2-Al2O3-TiO2-BaO-B2O3系玻璃等。

3.微晶玻璃结合剂

微晶玻璃是一种由陶瓷微晶和玻璃质基体所组成的新型无机复合材料，它是将特定组成的玻璃在程序温度控制下进行热处理，使玻璃体内均匀地生长出众多的微晶。微晶玻璃的结构和性能与陶瓷、玻璃均不相同，其性质是由晶相的矿物组成和玻璃相的化学组成以及它们的数量决定的。它既具有陶瓷材料强度高、热稳定性好，热膨胀系数可以调配到很小的优点，又具玻璃材料软化温度低，烧结致密度高，对磨料润湿性好等优势。

在磨具制造方面，以微晶玻璃作为金刚石砂轮结合剂，由于微晶玻璃晶粒尺寸为1-2μm，结晶含量达50-98%，结构均匀，因而使得磨具的机械强度得到提高。然而由于控制微晶玻璃的晶化工艺比较复杂，对于尺寸相对较大的砂轮来说，难以实现整体均匀晶化，因此微晶玻璃作为结合剂应用于超硬材料磨具制备还处于研究阶段。

既然陶瓷结合剂有这么多种类，那到底应该如何选择呢？按专业人士的说法，要使磨削方案最优化，在制定配方时最重要的就是要根据磨料情况、磨削参数、工件质量等要求合理选择结合剂类型和配比，这样才能既使砂轮具有合适的磨削能力，满足加工要求，而且还利于规模化生产和低废品率的实现。

资料来源：

陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备及磨削性能研究，刘小磐

砂轮基础课堂： 大神“结合剂”（知乎）