复合型陶瓷切割锯片的制备方法
阅读说明：本技术 复合型陶瓷切割锯片的制备方法 (Preparation method of composite ceramic cutting saw blade ) 是由 邱瑜铭 董先龙 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种复合型陶瓷切割片的制备方法,属于陶瓷材料切割加工技术领域。该陶瓷切割片的金刚石刀头是由外层I、中间层和外层II沿锯片基体轴向依次复合而成,制备时,先冷压成型外层I压片、外层II压片与中间层压片；再将外层I压片、中间层压片和外层II压片依次置于热压模具中热压烧结为一体,即得到所述金刚石刀头；最后采用钎焊方式将刀头焊接至锯片基体上。本发明设计了三层结构的金刚石刀头,并配合特定制备工艺,在进行陶瓷材料切割时中间层粗颗粒金刚石会使锋利度大幅提升,且在中间形成一条切割凹槽,外层由于金刚石粒度细切割不会产生爆边现象,且外层会比内层磨损慢,形成两个切割刃,保证切割时更加平稳更加锋利。(The invention discloses a preparation method of a composite ceramic cutting disc, and belongs to the technical field of ceramic material cutting processing. The diamond tool bit of the ceramic cutting blade is formed by sequentially compounding an outer layer I, a middle layer and an outer layer II along the axial direction of a saw blade matrix, and during preparation, an outer layer I pressing sheet, an outer layer II pressing sheet and a middle layer pressing sheet are formed by cold pressing; sequentially placing the outer layer pressing sheet I, the middle layer pressing sheet and the outer layer pressing sheet II in a hot pressing mold for hot pressing and sintering into a whole to obtain the diamond cutter head; and finally, welding the tool bit to the saw blade substrate in a brazing mode. According to the invention, the diamond tool bit with a three-layer structure is designed, and a specific preparation process is matched, when ceramic materials are cut, the sharpness is greatly improved due to the coarse diamond particles in the middle layer, a cutting groove is formed in the middle layer, the edge explosion phenomenon cannot occur due to the fine diamond particle size cutting of the outer layer, the outer layer is abraded slower than the inner layer, two cutting edges are formed, and the cutting is more stable and sharper.)
技术领域
本发明涉及陶瓷材料切割加工技术领域，具体涉及一种复合型陶瓷切割片的制备方法。
背景技术
现今建筑行业中，由于国家对于矿山开采控制越来越严格，天然石材用量大幅减少，而陶瓷材料成为装修中的重要材料，陶瓷加工行业也随之越来越广泛。
陶瓷切割片是由圆盘形基体以及连接在基体外缘的金刚石刀头组成，被广泛应用于陶瓷材料的切割中，其在陶瓷切割中主要用于切边和切断，但由于陶瓷硬度高，要求切割片具有良好的切削性能。
陶瓷切割片具有硬度高、耐磨性好等优点，但是在陶瓷加工中，通常需要爆边情况良好时，必须要采用细颗粒金刚石，但使用细颗粒金刚石又会使磨削锋利度明显下降；而采用粗颗粒金刚石能使磨削锋利度明显提升，但是切割后陶瓷爆边情况会变得严重。解决材料爆边和切割锋利度相互矛盾，这成为困扰行业的主要问题。
发明内容
为了解决现有陶瓷加工技术中存在的材料爆边和切割锋利度相互矛盾的问题，本发明的目的在于提供一种复合型陶瓷切割片的制备方法，设计和制备了复合型金刚石刀头，保证切割时更加平稳更加锋利，从根本上解决切割锋利度与爆边两个相互矛盾问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种复合型陶瓷切割片的制备方法，该复合型陶瓷切割片包括锯片基体和金刚石刀头，所述金刚石刀头是由外层I、中间层和外层II沿锯片基体轴向依次复合而成的三层结构；该复合型陶瓷切割片的制备方法包括如下步骤：
(1)基体加工：
根据图纸要求冲压所需75Cr1材料锯片基体；
(2)金刚石刀头烧结成型：
按照所述金刚石刀头的外层I、外层II与中间层的材料成分分别称取原料，各层原料按配比混匀后分别冷压成片，得外层I压片、外层II压片与中间层压片；将外层I压片、中间层压片和外层II压片依次置于热压模具中热压烧结为一体，即得到所述金刚石刀头；
(3)将金刚石刀头焊接至锯片基体上，并通过激光切割，切割出散热槽，获得所述金刚石锯片。
上述步骤(2)中，进行热压烧结时，热压烧结温度为820～860℃，压力100～150kg/cm2，保温时间60分钟，出炉自然冷却。
上述步骤(3)中，采用钎焊方式将金刚石刀头焊接至锯片基体上，采用SnAg钎料，钎焊温度800-820℃，钎焊时间10-15秒。所述SnAg钎料中，Ag含量为3.0-4.0％，其余为Sn。
按重量百分含量计，所述金刚石刀头的外层I与外层II的材料组成如下：
铜30-35％，铁35-40％，镍7-10％，钴10-15％，锡7-10％，稀土合金1.0-2.1％，金刚石7-9％；
按重量百分含量计，所述金刚石刀头的外层I与外层II的材料组成如下：
铜30-35％，铁25-30％，镍6-8％，铁铜锡合金粉30-40％，锡6-9％，稀土合金1.6-2.0％，金刚石7-9％；
按重量百分含量计，所述金刚石刀头的外层I与外层II的材料组成如下：
铜30-35％，铁35-40％，镍6-8％，铁铜锡合金粉20-25％，锡6-9％，稀土合金1.6-2.0％，金刚石7-9％。
按重量百分含量计，所述金刚石刀头的中间层的材料组成如下：
铜25-30％，铁20-30％，镍5-7％，铁铜锡合金粉25-35％，锡7-10％，稀土合金1.0-2.1％，金刚石3.5-5％。
按重量百分含量计，所述金刚石刀头的中间层的材料组成如下：
铜25-30％，铁45-50％，镍3-5％，铁铜锡合金粉15-20％，锡6-9％，稀土合金1.6-2.0％，金刚石3.5-5％；
按重量百分含量计，所述金刚石刀头的中间层的材料组成如下：
铜25-30％，铁60-65％，镍3-5％，锡6-9％，稀土合金1.6-2.0％，金刚石3.5-5％。
所述锯片基体为75Cr1材料；所述稀土合金为La-Ni合金，La-Ni合金中La为20-22wt.％，余量为Ni，所述铁铜锡合金粉的成分为：Cu 18-25wt.％，Sn 5-12wt.％，Zn 1.5-2.5wt.％，余量Fe。
所述刀头外层I与外层II材料中金刚石粒度为60-80目，刀头中间层材料中金刚石粒度40-50目；金刚石抗压强度18-24kg。
所述金刚石刀头的外层I和外层II的厚度大于或等于中间层厚度；该陶瓷切割锯片的外周开设有沿锯片中心环绕分布的散热槽，散热槽的宽度为0.5-3mm；金刚石锯片的中心设有安装孔。
本发明通过特殊的材料和工艺设计，解决了目前加工难题，本发明设计原理及有益效果如下：
1、本发明通过对刀头材料的复合型研究设计，刀头外层采用细颗粒高浓度金刚石，胎体材料采用耐磨性稍强材料，刀头内层采用粗颗粒低浓度金刚石，胎体采用耐磨性稍弱材料，这样在切割时中间层粗颗粒金刚石会使锋利度大幅提升，中间层浓度低胎体性能弱，这样会比两个外层磨损快，在中间形成一条切割凹槽，外层由于金刚石粒度细，切割陶瓷不会产生爆边现象，外层胎体耐磨性强金刚石浓度高，外层会比内层磨损慢，形成两个切割刃，保证切割时更加平稳更加锋利，这样从根本上解决切割锋利度与爆边两个相互矛盾问题。
2、本发明中锯片基体和刀头采用特殊的激光切槽设计，在优选的槽宽度时，能有效分散锯片在生产和使用过程中产生的内应力，避免基体变形，同时保证锯片使用时排屑和散热性能更好。
3、本发明陶瓷切割片的基体材质采用高性能75Cr1钢，保证基体切割时受热不易变形。
4、本发明采用钎焊工艺将金刚石刀头与锯片基体焊接在一起，采用SnAg钎料，在低银钎料中添加Sn，同时由于在金刚石刀头的外层I与外层II材料中含有铁铜锡合金粉，刀头中合金元素与能够钎焊金属无限固溶减少界面张力，提高钎料的润湿性能，从而提高刀头与锯片基体的结合力。
附图说明
图1为本发明陶瓷切割片结构示意图。
图中：1-锯片基体；2-金刚石刀头；3-散热槽。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，以下结合实例对本发明进行描述，但实例仅为对本发明的特点和优点做进一步阐述，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供一种复合型陶瓷切割片，其结构如图1所示。该陶瓷切割片包括锯片基体1和金刚石刀头2，金刚石刀头是由外层I、中间层和外层II沿锯片基体轴向方向依次复合而成的三层结构，所述金刚石刀头的外层I和外层II的厚度大于或等于中间层。
所述锯片基体为75Cr1材料，陶瓷切割片的外周开设有沿锯片中心环绕分布的散热槽3，散热槽的宽度为0.5-3mm；金刚石锯片的中心设有安装孔。
以下实施例为陶瓷切割片的制备过程，其中的刀头外层I与外层II材料中金刚石粒度60/80目，刀头中间层材料中金刚石粒度40/50目；金刚石抗压强度20kg。
金刚石刀头材料中，所述稀土合金为La-Ni合金，La-Ni合金中La为20wt.％，余量为Ni，所述铁铜锡合金粉的成分为：Cu 20wt.％，Sn 6wt.％，Zn 2wt.％，余量Fe。
钎焊时采用的SnAg钎料中，Ag含量为3.6％，其余为Sn。
实施例1：
本实施例为陶瓷切割片的制备过程，具体如下：
1、基体加工：
根据图纸要求冲压所需75Cr1材料锯片基体；
2、按照金刚石刀头的外层I、外层II与中间层的材料成分分别称取原料，各层原料按配比混匀后分别冷压成片，得外层I压片、外层II压片与中间层压片；其中：
刀头外层I压片和外层II压片的制备：
取铜粉3.2kg、铁粉3.9kg、镍粉0.7kg、钴粉1.2kg、锡粉0.8kg和稀土合金0.15kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.13kg，加入粒度70/80目的金刚石颗粒710克，继续混料10分钟，然后将粉料灌入到冷压成型设备送料斗中。
刀头中间层压片的制备：
取铜粉1.5kg，铁粉1.3kg，镍粉0.25kg，铁铜锡合金粉0.15kg，锡粉0.4kg，稀土合金0.007kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.07kg，再添加粒度40/50目的金刚石颗粒250克，继续混料10分钟后将粉料灌入冷压成型设备送料斗中，冷压成型。
3、将外层I压片、中间层压片和外层II压片依次置于热压模具中热压烧结为一体，即得到所述金刚石刀头；
热压烧结温度为840℃，压力100kg/cm2，保温时间60分钟，出炉自然冷却。
4、将金刚石刀头焊接至锯片基体上。
采用钎焊方式，SnAg钎料，钎焊温度810℃，钎焊时间10-15秒。
5、钎焊完成后，经检验合格后，将产品进行激光割槽工作。根据图纸具体要求，在激光机上编制切割程序，调整激光切割功率，切割出所需锯片散热槽。
6、将激光切割后的陶瓷片基体表面用钢丝轮抛磨干净进行表面喷漆，用专用砂轮开刃机打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，检验合格后丝印包装入库。
实施例2：
本实施例为陶瓷切割片的制备过程，具体如下：
1、基体加工：
根据图纸要求冲压所需75Cr1材料锯片基体；
2、按照金刚石刀头的外层I、外层II与中间层的材料成分分别称取原料，各层原料按配比混匀后分别冷压成片，得外层I压片、外层II压片与中间层压片；其中：
刀头外层I压片和外层II压片的制备：
取铜粉3.0kg、铁粉2.6kg、镍粉0.6kg、铁铜锡合金粉0.35kg、锡粉0.7kg和稀土合金0.18kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.13kg，加入粒度70/80目的金刚石颗粒750克，继续混料10分钟，然后将粉料灌入到冷压成型设备送料斗中，冷压成型。
刀头中间层压片的制备：
取铜粉0.14kg，铁粉0.23kg，镍粉0.025kg，铁铜锡合金粉0.10kg，锡粉0.045kg，稀土合金0.01kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.07kg，再添加粒度40/50目的金刚石颗粒22克，继续混料10分钟后将粉料灌入冷压成型设备送料斗中，冷压成型。
3、将外层I压片、中间层压片和外层II压片依次置于热压模具中热压烧结为一体，即得到所述金刚石刀头；
热压烧结温度为860℃，压力100kg/cm2，保温时间60分钟，出炉自然冷却。
4、将金刚石刀头焊接至锯片基体上。
采用钎焊方式，SnAg钎料，钎焊温度810℃，钎焊时间10-15秒。
5、钎焊完成后，经检验合格后，将产品进行激光割槽工作。根据图纸具体要求，在激光机上编制切割程序，调整激光切割功率，切割出所需锯片散热槽。
6、将激光切割后的陶瓷片基体表面用钢丝轮抛磨干净进行表面喷漆，用专用砂轮开刃机打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，检验合格后丝印包装入库。
实施例3：
本实施例为陶瓷切割片的制备过程，具体如下：
1、基体加工：
根据图纸要求冲压所需75Cr1材料锯片基体；
2、按照金刚石刀头的外层I、外层II与中间层的材料成分分别称取原料，各层原料按配比混匀后分别冷压成片，得外层I压片、外层II压片与中间层压片；其中：
刀头外层I压片和外层II压片的制备：
取铜粉3.0kg、铁粉3.4kg、镍粉0.6kg、铁铜锡合金粉0.2kg、锡粉0.9kg和稀土合金0.18kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.13kg，加入粒度70/80目的金刚石颗粒780克，继续混料10分钟，然后将粉料灌入到冷压成型设备送料斗中。
刀头中间层压片的制备：
取铜粉1.5kg，铁粉0.305kg，镍粉0.15kg，锡粉0.45kg，稀土合金0.09kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.07kg，再添加粒度40/50目的金刚石颗粒180克，继续混料10分钟后将粉料灌入冷压成型设备送料斗中，冷压成型。
3、将外层I压片、中间层压片和外层II压片依次置于热压模具中热压烧结为一体，即得到所述金刚石刀头；
热压烧结温度为860℃，压力100kg/cm2，保温时间60分钟，出炉自然冷却。
4、将金刚石刀头焊接至锯片基体上。
采用钎焊方式，SnAg钎料，钎焊温度810℃，钎焊时间10-15秒。
5、钎焊完成后，经检验合格后，将产品进行激光割槽工作。根据图纸具体要求，在激光机上编制切割程序，调整激光切割功率，切割出所需锯片散热槽。
6、将激光切割后的陶瓷片基体表面用钢丝轮抛磨干净进行表面喷漆，用专用砂轮开刃机打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，检验合格后丝印包装入库。
对上述实施例1-3制备的陶瓷切割片刀头进行性能测试，结果如下表1所示。
表1 实施例1-3制备的陶瓷切割片刀头性能测试结果
以600N/mm2强度标准对实施例1-3制备的每个金刚石刀头进行焊接强度检测，均合格。
利用上述实施例1-3制备的陶瓷切割片进行陶瓷材料的切割，切割一段时间后进行观察，由于刀头外层采用细颗粒高浓度金刚石，胎体材料采用耐磨性稍强材料，刀头内层采用粗颗粒低浓度金刚石，胎体采用耐磨性稍弱材料，这样在切割时中间层粗颗粒金刚石会使锋利度大幅提升，中间层浓度低胎体性能弱，这样会比两个外层磨损快，在中间形成一条切割凹槽，外层由于金刚石粒度细，切割陶瓷不会产生爆边现象，外层胎体耐磨性强金刚石浓度高，外层会比内层磨损慢，形成两个切割刃。
本发明陶瓷切割片上设计了一定宽度的散热槽，能有效分散锯片在生产和使用过程中产生的内应力，避免基体变形，同时保证锯片使用时排屑和散热性能更好。