用于立方氮化硼砂轮的陶瓷复合结合剂及其立方氮化硼砂轮和制备方法技术领域
本发明涉及用于立方氮化硼砂轮的陶瓷复合结合剂。
背景技术
砂轮是由磨粒、结合剂和气孔三个基本因素组成，磨粒主要起切削作用，气孔主要
起排屑和冷却作用，结合剂的主要作用有：1、把磨粒粘结在一起，做成各种形状的砂轮；2、
使砂轮固结后，能承受一定的磨削力和回转切线应力，具有足够的回转强度；3、使表面磨粒
磨钝后，受外力作用能产生不同的自动脱落能力，即制成各种硬度，工作时产生自锐作用。
因此，结合剂的选择对砂轮产品质量特别是强度、硬度有着至关重要的影响。对于陶瓷砂
轮，其优质的产品性能主要决定于性能良好的陶瓷结合剂。目前国内外已有的陶瓷结合剂
种类繁多，随着科技的进步和科研的发展，难磨削材料品种增多，磨削工艺不断改进，新型
结合剂也越来越多，但对制造高速陶瓷立方氮化硼砂轮(使用线速度≥80m/s)，普遍存在强
度不过关、质量不稳定、安全性能低等问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于立方氮化硼砂轮的陶瓷复合结合
剂，该陶瓷复合结合剂由100重量份的B-Al-Si系玻璃、0.1-10重量份的Bi-Zn-B系玻璃、3-5
重量份的氧化铝以及5-10重量份的二氧化硅制备而成。
所述B-Al-Si系玻璃由40-60wt％的二氧化硅、15-25wt％的氧化铝、15-20wt％的
B2O3以及10-15wt％的MOx制备而成，所述M为碱土金属或碱金属，x为1或2。
所述Bi-Zn-B系玻璃由75-85wt％的Bi2O3、2-7wt％的ZnO、10-15wt％的B2O3、0.5-
2.5wt％的WO3以及0.5-2.5wt％的ZrO2制备而成。
所述Bi-Zn-B系玻璃的粒径为5-100纳米。
所述B-Al-Si系玻璃的粒径为20-100微米。
所述Bi-Zn-B系玻璃经过硼酸酯处理得到，所述硼酸酯与Bi-Zn-B系玻璃的质量比
为1：5-30。
所述硼酸酯为2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙醇硼酸酯或2-[2-(2-乙氧基乙
氧基)乙氧基]乙醇硼酸酯。
一种立方氮化硼砂轮，所述立方氮化硼砂轮由立方氮化硼磨料、糊精溶液以及前
述的磨料陶瓷复合结合剂制备而成，所述立方氮化硼磨料的用量为80-85wt％，结合剂的用
量为8-15wt％，糊精溶液的用量为5-7wt％，所述糊精溶液为质量百分比为10-50％的糊精
溶液。
所述立方氮化硼磨料表面经过氧化处理。
一种立方氮化硼砂轮制备方法，所述立方氮化硼砂轮的制备原料包括立方氮化硼
磨料、陶瓷复合结合剂以及糊精溶液，所述陶瓷复合结合剂由100重量份的B-Al-Si系玻璃、
0.1-10重量份的Bi-Zn-B系玻璃、3-5重量份的氧化铝以及5-10重量份的二氧化硅制备而
成；
将立方氮化硼磨料、陶瓷复合结合剂以及糊精溶液混合均匀得到混合砂轮料，
将混合砂轮料放入模具冷压成型得到坯块，成型压力为60-120Mpa。
将坯块放入电阻炉中，以1-2摄氏度/分钟升温至100摄氏度，保温30-60分钟，以3-
6摄氏度/分钟升温至400-500摄氏度，保温30-90分钟，以3-6摄氏度/分钟升温至700-800摄
氏度，保温60-240分钟后停炉，随炉冷却，得到立方氮化硼砂轮。
本发明通过采用纳米级别的Bi-Zn-B系玻璃，获得了性能很好的高速陶瓷立方氮
化硼砂轮。
参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。
具体实施方式
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技
术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
一种用于立方氮化硼砂轮的陶瓷复合结合剂，该陶瓷复合结合剂由100重量份的
B-Al-Si系玻璃、0.1-10重量份的Bi-Zn-B系玻璃、3-5重量份的氧化铝以及5-10重量份的二
氧化硅制备而成。
作为一种优选的技术方案，所述B-Al-Si系玻璃由40-60wt％的二氧化硅、15-
25wt％的氧化铝、15-20wt％的B2O3以及10-15wt％的MOx制备而成，所述M为碱土金属或碱
金属，x为1或2。作为一种优选的技术方案，所述B-Al-Si系玻璃的粒径为20-100微米。本发
明的B-Al-Si系玻璃可以由市面购买得到，例如淄博川大磨料有限公司的硼玻璃粉由二氧
化硅、氧化铝、氧化硼以及氧化钾组成。
作为一种优选的技术方案，所述Bi-Zn-B系玻璃由75-85wt％的Bi2O3、2-7wt％的
ZnO、10-15wt％的B2O3、0.5-2.5wt％的WO3以及0.5-2.5wt％的ZrO2组成。作为一种优选的
技术方案，所述Bi-Zn-B系玻璃的粒径为5-100纳米。
上述的Bi-Zn-B系玻璃和B-Al-Si系玻璃均可以将所有原料在900-1200摄氏度的
温度下熔融，取出后倒入常温纯水中，收集产物并烘干制备得到。
烘干的产物经过球磨或者经过水淬-高剪切分散-离心喷雾干燥的方法制备得到
纳米玻璃粉，或采用激光-电阻复合加热蒸发法制备得到纳米玻璃粉。上述的制备方法均是
本领域的普遍制造方法。
作为一种优选的技术方案，所述Bi-Zn-B系玻璃经过硼酸酯处理得到，所述硼酸酯
与Bi-Zn-B系玻璃的质量比为1：5-30。经过硼酸酯处理后得到的Bi-Zn-B系玻璃表面含有有
机基团，更加有利于纳米Bi-Zn-B系玻璃分散在连续的糊精中，从而实现在烧制过程中纳米
Bi-Zn-B系玻璃分散在磨料表面。玻璃陶瓷结合剂的脆性虽然有助于砂轮的自锐性能，但是
脆性显著导致的砂轮强度较低同样也是限制陶瓷结结合剂砂轮最高使用速度的缺点。由于
Bi-Zn-B系玻璃具有较大的热膨胀系数，虽然与磨料的热膨胀系数并不匹配，但是纳米Bi-
Zn-B系玻璃含量少但具有较高的强度，在升温过程中并不会影响结合强度，但是立方氮化
硼砂轮意外地在高转速使用时获得了脆性与强度的平衡。
作为一种优选的技术方案，所述硼酸酯为2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙醇硼
酸酯或2-[2-(2-乙氧基乙氧基)乙氧基]乙醇硼酸酯。
一种立方氮化硼砂轮，所述立方氮化硼砂轮由立方氮化硼磨料、糊精溶液以及前
述的磨料陶瓷复合结合剂制备而成，所述立方氮化硼磨料的用量为80-85wt％，结合剂的用
量为8-15wt％，糊精溶液的用量为5-7wt％，所述糊精溶液为质量百分比为10-50％的糊精
溶液。
所述立方氮化硼磨料表面经过氧化处理。经过表面处理后，氮化硼磨料表面含有
氧化硼。经表面处理的氮化硼磨具具有更优异的抗折强度和磨削比。
一种立方氮化硼砂轮制备方法，所述立方氮化硼砂轮的制备原料包括立方氮化硼
磨料、陶瓷复合结合剂以及糊精溶液，所述陶瓷复合结合剂由100重量份的B-Al-Si系玻璃、
0.1-10重量份的Bi-Zn-B系玻璃、3-5重量份的氧化铝以及5-10重量份的二氧化硅制备而
成；
将立方氮化硼磨料、陶瓷复合结合剂以及糊精溶液混合均匀得到混合砂轮料，
将混合砂轮料放入模具冷压成型得到坯块，成型压力为60-120Mpa。
将坯块放入电阻炉中，以1-2摄氏度/分钟升温至100摄氏度，保温30-60分钟，以3-
6摄氏度/分钟升温至400-500摄氏度，保温30-90分钟，以3-6摄氏度/分钟升温至700-800摄
氏度，保温60-240分钟后停炉，随炉冷却，得到立方氮化硼砂轮。
在下文中，通过实施例对本发明进行更详细地描述，但应理解，这些实施例仅仅是
例示的而非限制性的。如果没有其它说明，所用原料都是市售的。
下面参照几个例子详细描述本发明。
实施例1
陶瓷复合结合剂：100重量份平均粒径为40微米的B-Al-Si系玻璃、1重量份平均粒
径为40纳米的Bi-Zn-B系玻璃、4重量份的氧化铝以及10重量份的二氧化硅。B-Al-Si系玻璃
由40wt％的二氧化硅、25wt％的氧化铝、20wt％的B2O3以及15wt％的氧化钠制备而成。Bi-
Zn-B系玻璃由75wt％的Bi2O3、7wt％的ZnO、15wt％的B2O3、2.5wt％的WO3以及0.5wt％的
ZrO2制备而成。
将80重量份的立方氮化硼磨料(粒度100-120)、8重量份的陶瓷复合结合剂以及7
重量份质量百分比为20％的糊精溶液混合均匀得到混合砂轮料，
将混合砂轮料放入模具冷压成型得到坯块，成型压力为60-120Mpa。
将坯块放入电阻炉中，以2摄氏度/分钟升温至100摄氏度，保温30分钟，以5摄氏
度/分钟升温至400摄氏度，保温60分钟，以6摄氏度/分钟升温至800摄氏度，保温120分钟后
停炉，随炉冷却，加工得到立方氮化硼砂轮。测试得到立方氮化硼砂轮的抗折强度为
66.5MPa)和以120m/s的线速度，磨削深度60微米，在不锈钢材料上的磨削比为249.2)。
实施例2
陶瓷复合结合剂：取100重量份平均粒径为30微米的B-Al-Si系玻璃、4重量份平均
粒径为20纳米的Bi-Zn-B系玻璃、3重量份的氧化铝以及5重量份的二氧化硅。B-Al-Si系玻
璃由60wt％的二氧化硅、15wt％的氧化铝、15wt％的B2O3以及10wt％的氧化钾制备而成。
Bi-Zn-B系玻璃由85wt％的Bi2O3、2wt％的ZnO、10wt％的B2O3、0.5wt％的WO3以及2.5wt％
的ZrO2制备而成。
将85重量份的立方氮化硼磨料(粒度100-120)、15重量份的陶瓷复合结合剂以及5
重量份质量百分比为20％的糊精溶液混合均匀得到混合砂轮料，
将混合砂轮料放入模具冷压成型得到坯块，成型压力为120Mpa。
将坯块放入电阻炉中，以2摄氏度/分钟升温至100摄氏度，保温60分钟，以4摄氏
度/分钟升温至400摄氏度，保温90分钟，以4摄氏度/分钟升温至800摄氏度，保温120分钟后
停炉，随炉冷却，加工得到立方氮化硼砂轮。测试得到立方氮化硼砂轮的抗折强度为
65.2MPa和以120m/s的线速度，磨削深度60微米，在不锈钢材料上的磨削比为245.9。
实施例3
陶瓷复合结合剂；取100重量份的平均粒径为20微米B-Al-Si系玻璃、0.3重量份平
均粒径为60纳米的Bi-Zn-B系玻璃、3重量份的氧化铝以及7.5重量份的二氧化硅。B-Al-Si
系玻璃由60wt％的二氧化硅、15wt％的氧化铝、15wt％的B2O3以及10wt％的氧化钾制备而
成。Bi-Zn-B系玻璃由75wt％的Bi2O3、7wt％的ZnO、15wt％的B2O3、2.5wt％的WO3以及
0.5wt％的ZrO2制备而成
将85重量份的立方氮化硼磨料(粒度100-120)、15重量份的陶瓷复合结合剂以及5
重量份质量百分比为20％的糊精溶液混合均匀得到混合砂轮料，
将混合砂轮料放入模具冷压成型得到坯块，成型压力为120Mpa。
将坯块放入电阻炉中，以2摄氏度/分钟升温至100摄氏度，保温30分钟，以4摄氏
度/分钟升温至400摄氏度，保温90分钟，以4摄氏度/分钟升温至800摄氏度，保温240分钟后
停炉，随炉冷却，加工得到立方氮化硼砂轮。测试得到立方氮化硼砂轮的抗折强度为
68.2MPa，以120m/s的线速度，磨削深度60微米，在不锈钢材料上的磨削比为259.9。
实施例4
陶瓷复合结合剂：100重量份平均粒径为40微米的B-Al-Si系玻璃、1重量份平均粒
径为40纳米的Bi-Zn-B系玻璃、4重量份的氧化铝以及10重量份的二氧化硅。B-Al-Si系玻璃
由40wt％的二氧化硅、25wt％的氧化铝、20wt％的B2O3以及15wt％的氧化钠制备而成。Bi-
Zn-B系玻璃由75wt％的Bi2O3、7wt％的ZnO、15wt％的B2O3、2.5wt％的WO3以及0.5wt％的
ZrO2制备而成。Bi-Zn-B系玻璃采用5％质量2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙醇硼酸酯处
理。
将80重量份的立方氮化硼磨料(粒度100-120)、8重量份的陶瓷复合结合剂以及7
重量份质量百分比为20％的糊精溶液混合均匀得到混合砂轮料，
将混合砂轮料放入模具冷压成型得到坯块，成型压力为60-120Mpa。
将坯块放入电阻炉中，以2摄氏度/分钟升温至100摄氏度，保温30分钟，以5摄氏
度/分钟升温至400摄氏度，保温60分钟，以6摄氏度/分钟升温至800摄氏度，保温120分钟后
停炉，随炉冷却，加工得到立方氮化硼砂轮。测试得到立方氮化硼砂轮的抗折强度为
80.2Mpa，以120m/s的线速度，磨削深度60微米，在不锈钢材料上的磨削比为245.8。
实施例5
陶瓷复合结合剂：100重量份平均粒径为40微米的B-Al-Si系玻璃、1重量份平均粒
径为40纳米的Bi-Zn-B系玻璃、4重量份的氧化铝以及10重量份的二氧化硅。B-Al-Si系玻璃
由40wt％的二氧化硅、25wt％的氧化铝、20wt％的B2O3以及15wt％的氧化钠制备而成。Bi-
Zn-B系玻璃由75wt％的Bi2O3、7wt％的ZnO、15wt％的B2O3、2.5wt％的WO3以及0.5wt％的
ZrO2制备而成。Bi-Zn-B系玻璃采用10％质量2-[2-(2-乙氧基乙氧基)乙氧基]乙醇硼酸酯
处理。
将80重量份的立方氮化硼磨料(粒度100-120，表面氧化处理)、8重量份的陶瓷复
合结合剂以及7重量份质量百分比为20％的糊精溶液混合均匀得到混合砂轮料，
将混合砂轮料放入模具冷压成型得到坯块，成型压力为60-120Mpa。
将坯块放入电阻炉中，以2摄氏度/分钟升温至100摄氏度，保温30分钟，以5摄氏
度/分钟升温至400摄氏度，保温60分钟，以6摄氏度/分钟升温至800摄氏度，保温120分钟后
停炉，随炉冷却，加工得到立方氮化硼砂轮。测试得到立方氮化硼砂轮的抗折强度为
89.3Mpa，以120m/s的线速度，磨削深度60微米，在不锈钢材料上的磨削比为294.4。
对比例1
陶瓷复合结合剂：100重量份平均粒径为40微米的B-Al-Si系玻璃、4重量份的氧化
铝以及10重量份的二氧化硅。B-Al-Si系玻璃由40wt％的二氧化硅、25wt％的氧化铝、
20wt％的B2O3以及15wt％的氧化钠制备而成。
将80重量份的立方氮化硼磨料(粒度100-120)、8重量份的陶瓷复合结合剂以及7
重量份质量百分比为20％的糊精溶液混合均匀得到混合砂轮料，
将混合砂轮料放入模具冷压成型得到坯块，成型压力为60-120Mpa。
将坯块放入电阻炉中，以2摄氏度/分钟升温至100摄氏度，保温30分钟，以5摄氏
度/分钟升温至400摄氏度，保温60分钟，以6摄氏度/分钟升温至800摄氏度，保温120分钟后
停炉，随炉冷却，加工得到立方氮化硼砂轮。测试得到立方氮化硼砂轮的抗折强度为
45.2Mpa，以120m/s的线速度，磨削深度60微米，在不锈钢材料上的磨削比为158.3。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡是
根据本发明内容所做的均等变化与修饰，均涵盖在本发明的专利范围内。