[科普中国]-结合剂

构成

超硬材料磨具的树脂结合剂，是由热固性树脂做粘结剂加上各种填料组成的，其各种成分的性质和用量的多少对结合剂的物理性能，机械性能和磨削性能有很大的影响，因此，必须针对加工工件的材质，性能加以选择，才能达到良好的使用效果。结合剂必须具备以下性能：强度高，有较高的耐热性，具有适当的硬度，磨削消耗小，磨削效率高，加工出的工件表面粗糙度要好，填料必须经济，而且能溶于酸或碱，便于回收。可用作超硬材料树脂磨具的粘结剂的材料，广泛应用的是酚醛树脂，此外还有环氧树脂，新酚树脂，聚氨酯树脂，聚酰亚胺树脂，以及胶木粉等。1

种类按照种类可分为：无机结合剂和有机结合剂。无机结合剂包括陶瓷结合剂，金属结合剂，菱苦土结合剂。有机结合剂包括树脂结合剂，橡胶结合剂。

树脂结合剂其本身具有良好的弹性和有抛光作用，形成磨具后，仍具有良好的自锐性，不易堵塞，修整少，而且磨削效率较高，磨削温度较低，磨削的表面光洁度高，所以应用范围十分广泛。与金刚石磨料结合形成树脂结合剂金刚石磨具，经常应用于硬质合金工件、钢基硬质合金工件，以及部分非金属材料的半精磨、精磨等；与树脂结合剂结合形成树脂结合剂立方氮化硼磨具，主要用于高钒高速钢刀具的刃磨和工具钢、模具钢、不锈钢和耐热合金工件的半精磨、精磨等。但树脂结合剂对磨料的把持性较差，耐热性也较差，导致高温磨削下磨具的磨损大，尤其在大负荷磨削时尤为明显，常以采用镀附金属衣磨料来加以改善。2

陶瓷结合剂此种结合剂对磨料的结合强度优于树脂。形成磨具后，工作表面容屑性能好，所以不易堵塞、切削锋利、磨削效率高，以及热膨胀量小，容易控制加工精度，这些特点有利于磨削过程的平稳进行。在磨具的整形和修整方面，操作起来相对容易，一般用于粗磨、半精磨，以及接触面大的成型磨削等，陶瓷结合剂是应用日益广泛的一种结合剂。陶瓷结合剂与金刚石磨料结合时的稳定性比较好，在陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮领域取得了良好的市场和口碑。陶瓷结合剂与金刚石磨料结合时，难度系数比较大，陶瓷结合剂金刚石砂轮的研发受到了阻碍。河南胜创超硬材料有限公司工程师克服了金刚石的耐热性较差，陶瓷结合剂烧结时必须温度很低等技术难题，工程师率先在国内生产出磨宝石用的陶瓷结合剂金刚石砂轮，并制定了多种砂轮规格，得到了宝石加工领域。2012年前研发的磨PCD/PCBN刀具陶瓷结合剂金刚石砂轮、磨金刚石复合片陶瓷结合剂金刚石砂轮等系列陶瓷结合剂金刚石砂轮在市场取得了良好的口碑。2

金属结合剂包含青铜结合剂和电镀结合剂两大类。电镀结合剂是一种结合强度更高的结合剂，一般将单层或多层磨粒用电镀方法镀在金属基体上，该种结合剂磨具工作表面上单位面积的磨粒数比其它几种结合剂高得多，而且磨粒都裸露出结合剂表面，因而切削锋利，磨削效率高。但受镀层厚度限制，磨具总的使用寿命不高，一般用于特殊用途加工，如成型磨削用磨具、小磨头、套料刀、电镀铰刀、锉刀等。随着技术水平的不断进步，立方氮化硼电镀金属结合剂磨具的应用在日益扩大，特别在加工各种钢类零件的小孔、型腔时更为突出，不仅磨削效率高，经济性好，还可获得较好的形状精度。青铜结合剂磨具是以铜粉、锡粉为主要材料和补充改善其性能的其它材料充分混和，再将磨料加入其中混合均匀，然后置于模具中压制成型，烧结而成。该种磨具的结合剂和磨粒的结合强度高，耐磨性好，磨损小，所以使用寿命长，而且能够保持良好的形状，故能承受较大的负荷。但缺点是自砺性差，表面容易堵塞，发热大，修整也十分困难。主要用于玻璃、陶瓷、石材、建材、混凝土、半导体材料等非金属材料的粗磨、精磨和切割工序，少量用于硬质合金、复合超硬材料的磨削加工，以及成型磨削和各种珩磨、电解磨削等。2

电镀结合剂强度更高，其磨具磨料层薄，磨粒密度高，砂轮表面切割锋利，磨削效率高，经济效益好，不需要修整，但磨具寿命短。电镀结合剂主要适用于制作形状复杂的成型磨具、小磨头、套料刀、切割刀、切割锯片，电镀铰刀以及用于高速磨削方式之中。2

要求结合剂的分子量大小要适中。要想充分润湿，希望分子量小，但内聚力弱。随着分子量增大，结合能力增强。但当分子量过大时，围内聚力过大而不易被润湿，且易使坯体产生变形。为了帮助分子内的链段运动，此时要适当加入增塑剂，在其容易润湿的同时，使结合剂更加柔软，便于成形。2

为保证产品质量，还需要防止从结合剂、原材料和配制工序混人杂质，使产品产生有害的缺陷。在原料配制中，用粉碎、混合等机械方法和结合剂、分散剂配合，达到分散，尽可能不含有凝聚粒子。结合剂受到种类及其分子量，粒子表面的性质和溶剂的溶解性等影响，吸附在原料粒子表面上，通过立体稳定化效果，起到防止粉末原料凝聚的作用。在成形工序中，结合剂给原料以可塑性，具有保水功能，提高成形体强度和施工作业性。一般来说，结合剂由于妨碍陶瓷的烧结，应在脱脂工序通过加热使其分解挥发掉。因此，要选用能够易于飞散除去以及不含有害无机盐和金属离子的有机材料，才能确保产品质量。2