團聚磨料通常是指在普通磨料的基礎上被研制出的一種新型磨料，也可稱為堆積磨料，是用陶瓷結合劑或樹脂結合劑將大量細小的、形貌不規則的磨料粘結在一起形成具有一定尺寸、形狀和強度的組合磨粒團。普通磨料在磨削進行到一定程度后，磨具表面的磨粒已經鈍化，導致磨削效率下降，此時需暫停磨削加工并對磨削工具進行修整，這會導致生產效率的下降，使得加工成本提高。而使用由團聚磨料制備的工具進行磨削加工時，團聚磨料表層的磨料鈍化后，在一定壓力下，鈍化磨料會從團聚磨料上破碎脫落，同時新的磨料繼續參與磨削，因此由團聚磨料制備的磨具的修整次數會顯著的減少。

團聚磨料的三要素為磨料、氣孔和結合劑。磨料是磨削加工的主要材料；結合劑是將細小的磨料粘接在一起組成大磨粒團并且具有一定強度的粘接劑；在磨削的過程中，氣孔具有暫時儲存磨屑，防止磨屑滯留在工件表面對工件產生劃傷的作用，另外氣孔還可以儲存部分冷卻液，防止工件由于磨削溫度過高而被燒傷。

上世紀80年代，美國3M公司將大量亞微米級的氧化鋁利用sol-gel技術制備成了團聚磨料，制備出的團聚磨料的自銳性和磨削性能均較好，這項研究也給精密加工領域帶來了翻天覆地的變革。盡管這些技術能夠改善磨料的粒度，但是通過這種方法制備的團聚磨料還存在很多缺點，如制備出的團聚磨料形貌不規則，利用這些磨料進行磨削加工，被加工工件表面粗糙度較大。經過大量研究發現，球形和類球形團聚磨料的形貌規則，切削刃分布均勻，使用這類磨料加工工件時，能顯著的降低工件表面粗糙度。

近球形堆積磨料結構示意圖

金剛石團聚磨料

團聚（堆積）磨料的造粒原理與其他行業物質造粒略有不同。磨料因其本身形貌與性質決定，固體粒子間的吸引力相對較小，顆粒與顆粒之間產生堆積主要來自可自由流動液體產生的表面張力和毛細管力和不可流動液體產生的粘接力，在粒子之間形成固體橋。使用某些特殊的造粒方法，還可以使堆積磨料產生粒子間機械鑲嵌，這樣可以提高顆粒本身的機械強度，從而提升性能。細節如圖所示，(A)為造粒原料表面附著液層相連接；(B)為造粒原料通過固體橋連接；(C)為造粒原料之間的機械鑲嵌。

磨料之間的連接方式

團聚磨料的制備方法

團聚磨料使用的單顆粒磨料分為普通磨料（SiC、剛玉）和超硬磨料（金剛石、立方氮化硼），結合劑與磨具相似也可以分為金屬結合劑、陶瓷結合劑和有機結合劑。

團聚磨料的粘接主要是自由流動液體產生的界面張力與毛細管力還有不可流動液體產生的粘接力，通過某些特殊的造粒方式如滾粒、擠壓、壓塊預燒、溶膠凝膠等促進磨料與結合劑之間的粘接，通過這些手段使所形成的顆粒形狀一致、尺寸均勻。

1.預燒結破碎法

預燒結破碎法制備團聚磨料，一般采用樹脂或低溫陶瓷為結合劑。

先將結合劑與磨料混合，加入臨時粘接劑，壓制成型，低溫干燥使其具有一定強度，隨后破碎篩分成所需粒徑團聚磨料。

團聚磨料中結合劑的體積含量為20%~75%，形狀可以為球形、條形、近球形等。采用粉末燒結法制備團聚磨料，工藝簡單，成本較低，適合大規模工業生產，可制得粒徑較大的團聚磨料，但是此方法造粒球形度不好，粒度控制不易，磨料得率較低。

2.滾粒法

滾粒法制備多用于樹脂或陶瓷結合劑團聚磨料的制備。

傳統滾粒法先將原料混合均勻，倒入滾動的造球機中，逐漸往造球機中噴入臨時粘接劑，原料逐漸被臨時粘接劑粘接，進而團聚成球，得到類聚晶磨料；也可以先制備結合劑溶膠，再在造球機中造球，造球機轉動穩定后，以霧狀形式噴入少量溶膠，再以霧狀形式噴入磨料，多次重復此過程，最終制得團聚磨料。

滾粒法制備團聚磨粒粒徑受結合劑含量，造球機轉速以及造球時間等因素影響。滾粒法制備的團聚磨粒，工藝簡單，球形度好，但粒度不均勻且較大，制備成本較高。

造球機

3.壓力噴霧干燥法

噴霧干燥法主要用于陶瓷結合劑團聚磨料制備，其結合劑可以為低溫陶瓷結合劑干粉或鋁溶膠與酸性硅溶膠混合溶膠。

以低溫陶瓷干粉為結合劑，先將陶瓷結合劑與磨料混合均勻，加去離子水制成合適濃度的料漿，用噴霧干燥機進行噴霧造粒。以混合溶膠為結合劑，采用溶膠凝膠法將磨料、溶膠、輔料混合成溶膠，用噴霧干燥機造粒。

噴霧干燥法制備團聚磨粒是目前機械化程度最高，工藝最成熟的方法，采用此方法制備的團聚磨粒球形度好，粒度均勻且可以控制，尤其是在細粒度團聚磨料的制備中起了不可替代的作用，但噴霧干燥設備昂貴，工藝復雜，很難大規模工業生產。

噴霧干燥機

4.反相微乳液法

反相微乳液法制備球形團聚磨料就是將磨料分散在硅溶膠中，再將混合漿料緩慢加入高速攪拌的微乳液體系中，在微乳液體系中混合料漿會自發的分散成無數個球形液滴，充分攪拌后，這些球形液滴中的硅溶膠會與微乳液體系中的無水乙醇和異辛醇發生反應形成球形凝膠顆粒，與此同時磨料也均勻的分布在凝膠顆粒中，這些凝膠顆粒經過干燥和高溫煅燒后，異辛醇等有機物充分分解，最終獲得由無機陶瓷結合劑包覆的金剛石的團聚磨料。

該方法不僅能夠制備出粒度分布均勻，而且不需要傳統的大型高溫噴霧干燥裝置即可獲得形狀穩定的球形凝膠顆粒。

反相微乳液聚合法反應示意圖

參考來源：

1.類多晶（堆積）磨料的研究現狀與應用，陳春暉、陳哲、劉一波、黃霞（超硬材料工程）；

2.堆積磨料的研究開發與應用，栗正新、王兆武（中原工學院學報）；

3.團聚磨料高效研磨墊的制備與性能研究，劉菊（湖南大學）。

粉體圈小吉

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