相比采用金屬、樹(shù)脂等作為粘結(jié)劑的磨具，采用硅酸鹽、高嶺土、長(zhǎng)石、石英和熔融結(jié)合劑等作為粘結(jié)劑的陶瓷磨具具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐水性，耐熱性以及自銳性高、磨削鋒利性高等諸多特點(diǎn)，在超精密磨削加工和研磨拋光中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。陶瓷磨具的三要素是磨料、結(jié)合劑、氣孔，其中氣孔在磨削時(shí)對(duì)陶瓷磨具起容屑和排屑作用，并可容納冷卻液，有助于磨削熱量的散逸。盡管陶瓷磨具雖然在成型和燒結(jié)過(guò)程中可以形成小的天然氣孔，但這些氣孔是隨機(jī)的，數(shù)量、形狀、大小與分布都難以控制，因此為了適應(yīng)不同的磨削用途和加工要求，通常需要采用一定的方法來(lái)控制磨具內(nèi)部氣孔的數(shù)量、大小、形狀及其分布。

       陶瓷磨具的理想氣孔長(zhǎng)啥樣？

       在陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪中，氣孔率及氣孔的結(jié)構(gòu)對(duì)于砂輪的性能至關(guān)重要。

       一般來(lái)說(shuō)，氣孔率越大，磨具的自銳性越好，越能夠減少磨削過(guò)程的堵塞，降低磨削溫度，減少修整頻次，但過(guò)大的氣孔率也會(huì)影響磨具的強(qiáng)度。

       在磨具中有很多種不同形狀的孔洞，例如立方形、圓柱形、金字塔形或球形等，不理想的氣孔形狀往往呈現(xiàn)非圓形，尤其呈尖角形狀，同時(shí)氣孔的尺寸分布不均勻，且存在太多的細(xì)小空隙，既無(wú)法有效容納和排出切屑，影響磨具的研磨拋光性能，也無(wú)法充分儲(chǔ)存冷卻液和潤(rùn)滑劑，易破壞砂輪結(jié)構(gòu)。而理想的氣孔通常呈圓形，并且氣孔的形狀和尺寸均勻，使得氣孔能提供更好的排屑通道，最大效率地發(fā)揮容屑、斷屑儲(chǔ)存冷卻液、潤(rùn)滑劑的作用，同時(shí)減少應(yīng)力集中，提高磨具的耐用性。

       如何生產(chǎn)具有理想氣孔的陶瓷磨具？

       結(jié)合劑在不添加造孔劑時(shí)燒結(jié)也會(huì)產(chǎn)生收縮而產(chǎn)生氣孔，產(chǎn)生的氣孔大小與坯體粉料粒徑和燒結(jié)溫度有關(guān)，當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到燒結(jié)點(diǎn)時(shí)結(jié)合劑達(dá)到最大的致密度，氣孔率最低。而結(jié)合劑燒結(jié)溫度達(dá)不到或者高于最佳燒結(jié)溫度都會(huì)導(dǎo)致坯體疏松多孔。不過(guò)，燒結(jié)產(chǎn)生的氣孔大小、形狀不易控制，氣孔率受燒結(jié)制度影響較大，不僅不能提供足夠的空間容納較大的廢屑，而且磨具容易在使用過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力集中從而影響磨削性能。為了生產(chǎn)具有理想氣孔的陶瓷磨具，往往離不開(kāi)造孔劑。

       造孔劑種類(lèi)繁多，造孔效果也會(huì)有所差別。為保證造孔效果，往往要求造孔劑具有如下特性：

       （1）顆粒形狀和強(qiáng)度：造孔劑顆粒應(yīng)具有規(guī)則的形狀，保證生成的氣孔具有理想的形狀。

       （2）顆粒強(qiáng)度：較大的強(qiáng)度可以使其在混料和壓制過(guò)程中因不會(huì)破裂和變形而影響氣孔的大小和形狀，并且可以做到的大小和形狀的可控性。

       （3）與結(jié)合劑的相容性：造孔劑與磨具的坯體具有良好的潤(rùn)濕性，并且與磨料和結(jié)合劑能夠具有相近的比重，有利于氣孔均勻地分布在成型料中，并使磨具的強(qiáng)度不致于過(guò)低。

       （4）有機(jī)造孔劑要求揮發(fā)性和可燃性?xún)?yōu)良，燃燒后沒(méi)有殘?jiān)员ＷC磨具的內(nèi)在質(zhì)量和外觀色澤。

       根據(jù)造孔劑作用原理的不同，目前要生產(chǎn)具有理想氣孔的陶瓷磨具，可通過(guò)空間占位法和發(fā)泡法實(shí)現(xiàn)。

       01空間占位法：

       空間占位法是利用造孔劑在磨具坯體內(nèi)占據(jù)一定的空間，從而在燒結(jié)后形成所需的孔隙結(jié)構(gòu)。

       該方法采用的造孔劑主要有三類(lèi)：第一類(lèi)是核桃皮，碳顆粒，有機(jī)或高分子材料（如聚甲基丙烯酸酯）等高溫可碳化燃燒或揮發(fā)的造孔劑，燒結(jié)后它們會(huì)在原來(lái)的位置留下空間，從而在磨具中產(chǎn)生氣孔。第二類(lèi)是一些可溶性的物質(zhì)（如無(wú)機(jī)鹽，糖類(lèi)等），這類(lèi)造孔劑會(huì)在燒結(jié)過(guò)程中溶解揮發(fā)或者在磨削過(guò)程中溶解于冷卻液中，從而在砂輪內(nèi)部留下氣孔。第三類(lèi)是空心球，這類(lèi)造孔劑熔點(diǎn)高，高溫?zé)Y(jié)后并不會(huì)分解，而是仍然存在于磨具中，形成封閉氣孔，有些強(qiáng)度高的空心球（如氧化鋁空心球），除了當(dāng)做造孔劑外，其本身也可充當(dāng)磨料，利用其生產(chǎn)的磨具具有機(jī)械強(qiáng)度高、磨削性能好的優(yōu)勢(shì)。

       02發(fā)泡法

       發(fā)泡法是通過(guò)在磨具中加入一些能夠受熱分解產(chǎn)生氣體的物質(zhì)作為造孔劑，在燒結(jié)過(guò)程中造孔劑分解，從而在陶瓷結(jié)合劑的燒熔狀態(tài)下產(chǎn)生氣泡，并且在冷卻后殘留并成為氣孔，這種方式可實(shí)現(xiàn)氣孔形狀、分布等的控制。典型的代表如碳酸鈣，在高溫下或者在酸性條件下都會(huì)生成CO2，而造出均勻分布、孔壁光滑且形態(tài)為近球形的氣孔，在陶瓷磨具的生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。不過(guò)該方法工藝條件不易控制，并且對(duì)原料有較高的要求。

       小結(jié)

       其實(shí)，無(wú)論是空間占位法還是發(fā)泡法所造出的氣孔，采用單一的造孔劑都會(huì)存在一定的局限：如氣孔的開(kāi)閉性不好控制；燒成時(shí)結(jié)合劑液相流動(dòng)使孔收縮、小孔融合為大孔，孔壁變薄，強(qiáng)度下降明顯，空隙大小不易控制等.....因此可考慮多種造孔劑復(fù)合的造孔方式，對(duì)單一的造孔方式起到有效補(bǔ)充。例如采用CaCO3和PMMA復(fù)合造孔劑，可在燒結(jié)過(guò)程中在PMMA燒盡后的孔壁之間以及結(jié)合劑橋之間鼓起微小的氣孔，抑制裂紋的擴(kuò)展，同時(shí)，也能避免因熔融結(jié)合劑液相流動(dòng)導(dǎo)致氣孔率降低的問(wèn)題。

       參考文獻(xiàn)：

       1、王照.磨削硬脆材料多孔陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具的研究[D].河南工業(yè)大學(xué).