郑州超硬专家探讨蓝宝石制备金刚石/铁磁磨粒研磨氧化锆陶瓷技术|树脂|铁粉|粘合剂|郑州市

氧化锆具有肌肤亲和性及良好的触摸手感，广泛用于人造牙齿等需要人体亲密接触的领域。相比于玻璃，氧化锆陶瓷具有超强的抗折强度、超常的断裂韧性、良好的刚性及高耐磨性，对信号无屏蔽性等多方面优点，适用于手机外壳等电子产品中。随着无线充电和 5G 的普及，对氧化锆陶瓷的表面质量要求与日俱增。

磁粒研磨光整加工技术是将带有切削刃的磁性磨粒置于工件与永磁体或电磁体之间，磁性磨粒在磁场力作用下互相吸引、排列，并形成具有一定韧性的磨粒刷，磁体自转并带动磨粒刷转动，待加工工件与磨粒刷产生相对移动，在转动与移动的配合运动中，磁性磨粒在待加工工件表面形成运动轨迹，实现对具有划痕、皱褶、麻点等缺陷的工件产生挤压、微小划擦、微量切削的目的，从而达到理想的研磨加工效果。磁性磨粒作为磁粒研磨技术中的刀具，其性能的优劣直接决定工件最终的表面质量。

本文以氧化锆陶瓷表面加工质量为研究载体，采用成本低、工艺简单的粘接法制备一种性能优良的磁性磨粒，通过添加有机硅树脂的方式，提升粘合剂的耐热性，解决研磨相在铁基体上把持力不足的问题，使磁性磨粒的有效使用时间得以延长。通过改变成分、配比的方式制备多种磁性磨粒，使用扫描电子显微镜观察其微观形貌，并通过研磨氧化锆陶瓷试验探究其研磨性能，最终确定磁性磨粒最佳制备工艺参数。

一、试验

01、磁性磨粒制备工艺

如图 1 所示，磁性磨粒是由铁基体、粘合剂与研磨相复合而成的一种磨削工具。粘接法因具有制备方便、成本低廉等优点被广泛应用在磨粒制备工艺中。

粘接法制备磁性磨粒工艺流程如图2 所示。使用精密电子天平将所需铁基体、研磨相、胶粘剂、固化剂称量备用。首先将铁基体与研磨相置于混料搅拌器中混合均匀，再将胶粘剂与固化剂混合制得粘合剂，并倒入混料搅拌器中，继续搅拌至均匀，随后将搅拌均匀的混合物加压呈坯，坯体静置至完全固化，最后将其破碎，并筛分试验所需粒径大小的磁性磨粒。

02、试验原料

试验中选用的铁基体为粒径 150 μm 的高纯铁粉，研磨相为粒径 30～40 μm 的人造金刚石微粉。将铁粉与金刚石微粉连接起来的粘合剂是由胶粘剂与固化剂混合而成，所选胶粘剂为 6101 环氧树脂和有机硅树脂，选用的固化剂为 651 固化剂。6101 环氧树脂为常用的胶粘剂，具有较好的粘接强度，加入有机硅树脂可提升其耐热性能。无需外加条件，651 固化剂在室温下即可完成粘合剂固化。

03、试验方案

用精密电子天平称取 100 g 混料，其中铁粉 80 g、金刚石微粉 20 g。胶粘剂与固化剂按质量比 1∶1 混合，制得粘合剂。采用粘接法制备的磁性磨粒，其混料与粘合剂的质量比要求为 10∶1～10∶1.5，本文选取 10∶1 和 10∶1.5 两种配比进行试验研究。

磁粒研磨光整加工过程中会产生一定的切削热，使固化后的粘合剂软化，从而降低研磨相在铁基体上的把持力，导致磁性磨粒失效。为探究有机硅树脂的有无及粘合剂中有机硅树脂的含量对磁性磨粒研磨性能的影响，拟定三种粘合剂 A、B、C。

压制力过大易将研磨相压致断裂，也易使研磨相压入粘合剂中并将其完全包裹起来；压制力过小会使铁基体、粘合剂和研磨相三者间的接触面积较小，导致铁基体与研磨相间的结合强度较小。本文压制呈坯的压制力选取 0.3 MPa。坯体固化 48 h 后，用锤式破碎机将其破碎。使用振动筛将粒径为 250 μm 的磁性磨粒筛分出，通过对工件的磨削试验来检验磁性磨粒的研磨性能。试验原理如图 3 所示，磁极的旋转运动与工件的平移运动相配合，使磁性磨粒对工件产生微量切削的作用，从而完成研磨加工。

本试验选用氧化锆陶瓷板件（22 mm×12 mm×3 mm）作为检验磁性磨粒性能的对象，选用的永磁体为 ϕ15mm×20 mm 的钕铁硼（N35）永磁体。用扫描电子显微镜观察磁性磨粒的微观结构。利用表面粗糙度仪对研磨前后的工件进行测量，并采用多点测量取平均值的方式，确定最终的表面粗糙度值。通过 3D 超景深显微镜观察加工前后工件的微观形貌，来衡量研磨质量。

二、试验情况（节选）