相比采用金屬、樹脂等作為粘結劑的磨具，采用硅酸鹽、高嶺土、長石、石英和熔融結合劑等作為粘結劑的陶瓷磨具具有良好的化學穩定性、耐水性，耐熱性以及自銳性高、磨削鋒利性高等諸多特點，在超精密磨削加工和研磨拋光中的應用越來越廣泛。陶瓷磨具的三要素是磨料、結(jie)合劑、氣(qi)(qi)(qi)孔，其中氣(qi)(qi)(qi)孔在磨(mo)(mo)削時對陶瓷磨(mo)(mo)具起容屑(xie)(xie)和排屑(xie)(xie)作(zuo)用(yong)，并可(ke)容納冷卻液(ye)，有助于磨(mo)(mo)削熱量(liang)(liang)的(de)散逸。盡管(guan)陶瓷磨(mo)(mo)具雖然(ran)在成型和燒結(jie)過(guo)程中可(ke)以形(xing)成小的(de)天然(ran)氣(qi)(qi)(qi)孔，但這些氣(qi)(qi)(qi)孔是隨機的(de)，數(shu)量(liang)(liang)、形(xing)狀、大小與分布都難以控制，因此為了適應(ying)不同的(de)磨(mo)(mo)削用(yong)途和加(jia)工要求(qiu)，通(tong)常需要采用(yong)一(yi)定的(de)方法來控制磨(mo)(mo)具內部氣(qi)(qi)(qi)孔的(de)數(shu)量(liang)(liang)、大小、形(xing)狀及(ji)其分布。

       陶瓷磨具的理想氣孔長啥樣？

       在陶瓷結合劑金剛石砂輪中(zhong)，氣孔(kong)率及氣孔(kong)的結(jie)構對于砂(sha)輪的性能至關重要。

       一般來說，氣孔率(lv)越大，磨具的(de)(de)自(zi)銳性越好，越能(neng)夠減少磨削(xue)過程(cheng)的(de)(de)堵塞，降低磨削(xue)溫度，減少修整頻次，但(dan)過大的(de)(de)氣孔率(lv)也會影響磨具的(de)(de)強度。

       在磨具中有很(hen)多(duo)種(zhong)不同(tong)形(xing)狀(zhuang)的(de)孔(kong)(kong)洞(dong)，例如(ru)立方形(xing)、圓(yuan)柱形(xing)、金字塔形(xing)或球形(xing)等，不理想(xiang)的(de)氣(qi)孔(kong)(kong)形(xing)狀(zhuang)往往呈(cheng)現非圓(yuan)形(xing)，尤其(qi)呈(cheng)尖角(jiao)形(xing)狀(zhuang)，同(tong)時氣(qi)孔(kong)(kong)的(de)尺寸(cun)分布不均(jun)勻，且存在太多(duo)的(de)細小(xiao)空隙，既無法有效(xiao)容(rong)納和(he)排(pai)出切屑，影(ying)響(xiang)磨具的(de)研磨拋光性能，也無法充(chong)分儲存冷(leng)卻液和(he)潤滑(hua)劑(ji)，易破(po)壞砂輪(lun)結構。而理想(xiang)的(de)氣(qi)孔(kong)(kong)通常呈(cheng)圓(yuan)形(xing)，并且氣(qi)孔(kong)(kong)的(de)形(xing)狀(zhuang)和(he)尺寸(cun)均(jun)勻，使(shi)得氣(qi)孔(kong)(kong)能提供更好的(de)排(pai)屑通道，最大(da)效(xiao)率地發揮容(rong)屑、斷屑儲存冷(leng)卻液、潤滑(hua)劑(ji)的(de)作用(yong)，同(tong)時減少應力集中，提高(gao)磨具的(de)耐用(yong)性。

       如何生產具有理想氣孔的陶瓷磨具？

       結(jie)(jie)合劑(ji)在不添加(jia)造孔(kong)(kong)劑(ji)時燒(shao)(shao)結(jie)(jie)也會產生(sheng)收縮而(er)產生(sheng)氣(qi)孔(kong)(kong)，產生(sheng)的(de)(de)氣(qi)孔(kong)(kong)大(da)(da)小與(yu)坯體(ti)粉料粒(li)徑和(he)燒(shao)(shao)結(jie)(jie)溫(wen)度(du)(du)有關(guan)，當燒(shao)(shao)結(jie)(jie)溫(wen)度(du)(du)達(da)到(dao)燒(shao)(shao)結(jie)(jie)點時結(jie)(jie)合劑(ji)達(da)到(dao)最大(da)(da)的(de)(de)致密度(du)(du)，氣(qi)孔(kong)(kong)率(lv)最低。而(er)結(jie)(jie)合劑(ji)燒(shao)(shao)結(jie)(jie)溫(wen)度(du)(du)達(da)不到(dao)或者高于最佳燒(shao)(shao)結(jie)(jie)溫(wen)度(du)(du)都會導致坯體(ti)疏松多(duo)孔(kong)(kong)。不過(guo)(guo)，燒(shao)(shao)結(jie)(jie)產生(sheng)的(de)(de)氣(qi)孔(kong)(kong)大(da)(da)小、形狀不易(yi)控制(zhi)(zhi)，氣(qi)孔(kong)(kong)率(lv)受燒(shao)(shao)結(jie)(jie)制(zhi)(zhi)度(du)(du)影(ying)響較大(da)(da)，不僅不能提供(gong)足(zu)夠的(de)(de)空間容納較大(da)(da)的(de)(de)廢屑，而(er)且(qie)磨(mo)(mo)具容易(yi)在使用過(guo)(guo)程中產生(sheng)應力集(ji)中從而(er)影(ying)響磨(mo)(mo)削性能。為(wei)了生(sheng)產具有理想氣(qi)孔(kong)(kong)的(de)(de)陶瓷(ci)磨(mo)(mo)具，往(wang)往(wang)離不開造孔(kong)(kong)劑(ji)。

       造(zao)孔劑(ji)種(zhong)類繁多，造(zao)孔效果(guo)也會有所差別。為保證造(zao)孔效果(guo)，往往要求(qiu)造(zao)孔劑(ji)具有如下特性：

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

       （2）顆粒強(qiang)度(du)：較(jiao)大(da)的強(qiang)度(du)可(ke)以使其在混(hun)料和(he)壓制(zhi)過程中因(yin)不會(hui)破裂和(he)變形而影(ying)響(xiang)氣孔的大(da)小(xiao)和(he)形狀，并且可(ke)以做到的大(da)小(xiao)和(he)形狀的可(ke)控性(xing)。

       （3）與結合劑的相(xiang)容性(xing)：造(zao)孔(kong)劑與磨(mo)具(ju)(ju)的坯體具(ju)(ju)有(you)良好的潤濕性(xing)，并且與磨(mo)料(liao)和結合劑能(neng)夠具(ju)(ju)有(you)相(xiang)近的比(bi)重(zhong)，有(you)利于(yu)氣孔(kong)均勻地分布在成型(xing)料(liao)中，并使(shi)磨(mo)具(ju)(ju)的強度不致(zhi)于(yu)過(guo)低(di)。

       （4）有(you)機造(zao)孔劑要求揮發性(xing)和(he)可燃(ran)性(xing)優(you)良，燃(ran)燒(shao)后沒(mei)有(you)殘渣(zha)，以保(bao)證(zheng)磨(mo)具(ju)的(de)內在(zai)質量和(he)外觀色澤。

       根據造孔劑作用原理的不同，目前要生產具有理想氣孔的陶瓷磨具，可通過空間占位法和發泡法實現。

       01空間占位法：

       空(kong)間(jian)占位法是利用造孔劑在(zai)磨具坯體內(nei)占據一定的空(kong)間(jian)，從而在(zai)燒(shao)結后形成所需的孔隙結構。

       該方法采用的(de)(de)(de)造(zao)(zao)孔(kong)劑(ji)(ji)(ji)主要(yao)有三(san)類：第(di)一類是(shi)核桃皮，碳(tan)顆粒，有機或(huo)高(gao)分子材(cai)料（如聚甲基(ji)丙(bing)烯酸酯）等高(gao)溫(wen)可碳(tan)化(hua)燃燒(shao)(shao)或(huo)揮發的(de)(de)(de)造(zao)(zao)孔(kong)劑(ji)(ji)(ji)，燒(shao)(shao)結后它們會在(zai)原來(lai)的(de)(de)(de)位(wei)置留下空(kong)(kong)間(jian)，從(cong)而在(zai)磨(mo)具中產生氣(qi)孔(kong)。第(di)二(er)類是(shi)一些可溶(rong)性(xing)的(de)(de)(de)物質(zhi)（如無機鹽，糖類等），這類造(zao)(zao)孔(kong)劑(ji)(ji)(ji)會在(zai)燒(shao)(shao)結過程(cheng)中溶(rong)解(jie)(jie)揮發或(huo)者(zhe)在(zai)磨(mo)削(xue)過程(cheng)中溶(rong)解(jie)(jie)于冷卻液(ye)中，從(cong)而在(zai)砂(sha)輪(lun)內部留下氣(qi)孔(kong)。第(di)三(san)類是(shi)空(kong)(kong)心球，這類造(zao)(zao)孔(kong)劑(ji)(ji)(ji)熔點高(gao)，高(gao)溫(wen)燒(shao)(shao)結后并不會分解(jie)(jie)，而是(shi)仍然存在(zai)于磨(mo)具中，形成(cheng)封閉(bi)氣(qi)孔(kong)，有些強(qiang)度高(gao)的(de)(de)(de)空(kong)(kong)心球（如氧化(hua)鋁空(kong)(kong)心球），除了當做造(zao)(zao)孔(kong)劑(ji)(ji)(ji)外，其本身也可充當磨(mo)料，利(li)用其生產的(de)(de)(de)磨(mo)具具有機械強(qiang)度高(gao)、磨(mo)削(xue)性(xing)能(neng)好的(de)(de)(de)優(you)勢(shi)。

       02發泡法

       發泡(pao)(pao)法是通過在(zai)(zai)磨具中(zhong)(zhong)加入(ru)一些能夠受熱(re)分(fen)解產生(sheng)氣(qi)(qi)(qi)體的(de)(de)物(wu)質作為造(zao)孔(kong)(kong)(kong)劑，在(zai)(zai)燒(shao)結(jie)過程中(zhong)(zhong)造(zao)孔(kong)(kong)(kong)劑分(fen)解，從而在(zai)(zai)陶瓷結(jie)合劑的(de)(de)燒(shao)熔狀態(tai)下產生(sheng)氣(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)，并(bing)(bing)且(qie)在(zai)(zai)冷(leng)卻后殘(can)留并(bing)(bing)成為氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)，這種方(fang)式可實現氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)形(xing)狀、分(fen)布(bu)等的(de)(de)控制(zhi)。典(dian)型的(de)(de)代表如碳酸(suan)鈣(gai)，在(zai)(zai)高溫下或(huo)者在(zai)(zai)酸(suan)性條件(jian)下都會生(sheng)成CO2，而造(zao)出(chu)均勻(yun)分(fen)布(bu)、孔(kong)(kong)(kong)壁光滑(hua)且(qie)形(xing)態(tai)為近球形(xing)的(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)，在(zai)(zai)陶瓷磨具的(de)(de)生(sheng)產中(zhong)(zhong)得到了廣泛應用。不過該方(fang)法工藝條件(jian)不易控制(zhi)，并(bing)(bing)且(qie)對原(yuan)料有較高的(de)(de)要求。

       小結

       其實，無論是(shi)空間(jian)占位法還是(shi)發(fa)泡法所造(zao)(zao)出的氣孔，采用單(dan)一(yi)的造(zao)(zao)孔劑(ji)(ji)(ji)(ji)都會存在(zai)一(yi)定的局限：如氣孔的開閉性(xing)不好控制(zhi)；燒(shao)成時結合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)液(ye)(ye)相流動(dong)使孔收縮(suo)、小孔融(rong)合(he)(he)為大孔，孔壁(bi)變薄，強度(du)下降明顯，空隙大小不易控制(zhi)等.....因(yin)此可(ke)考(kao)慮多種造(zao)(zao)孔劑(ji)(ji)(ji)(ji)復(fu)合(he)(he)的造(zao)(zao)孔方(fang)式(shi)，對單(dan)一(yi)的造(zao)(zao)孔方(fang)式(shi)起(qi)(qi)到有效補充。例如采用CaCO3和PMMA復(fu)合(he)(he)造(zao)(zao)孔劑(ji)(ji)(ji)(ji)，可(ke)在(zai)燒(shao)結過程中(zhong)在(zai)PMMA燒(shao)盡后(hou)的孔壁(bi)之間(jian)以及(ji)結合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)橋之間(jian)鼓起(qi)(qi)微小的氣孔，抑制(zhi)裂紋(wen)的擴展，同時，也能避免因(yin)熔融(rong)結合(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)(ji)液(ye)(ye)相流動(dong)導致(zhi)氣孔率降低的問題。

       參考文獻：

       1、王照.磨削(xue)硬脆(cui)材料多孔(kong)陶瓷結合劑金剛石磨具的研究[D].河南工業大(da)學(xue).