團(tuán)聚磨料通常是指在普通磨料的基礎(chǔ)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(jié)合劑或樹脂結(jié)合劑將大量細(xì)小的、形貌不規(guī)則的磨料粘結(jié)在一起形成具有一定尺寸、形狀和強(qiáng)度的組合磨粒團(tuán)。普通磨料在磨削進(jìn)行到一定程度后，磨具表面的磨粒已經(jīng)鈍化，導(dǎo)致磨削效率下降，此時需暫停磨削加工并對磨削工具進(jìn)行修整，這會導(dǎo)致生產(chǎn)效率的下降，使得加工成本提高。而使用由團(tuán)聚磨料制備的工具進(jìn)行磨削加工時，團(tuán)聚磨料表層的磨料鈍化后，在一定壓力下，鈍化磨料會從團(tuán)聚磨料上破碎脫落，同時新的磨料繼續(xù)參與磨削，因此由團(tuán)聚磨料制備的磨具的修整次數(shù)會顯著的減少。

團(tuán)聚磨料的三要素為磨料、氣孔和結(jié)合劑。磨料是磨削加工的主要材料；結(jié)合劑是將細(xì)小的磨料粘接在一起組成大磨粒團(tuán)并且具有一定強(qiáng)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(chǎn)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(jì)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(shù)制備成了團(tuán)聚磨料，制備出的團(tuán)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(lǐng)域帶來了翻天覆地的變革。盡管這些技術(shù)能夠改善磨料的粒度，但是通過這種方法制備的團(tuán)聚磨料還存在很多缺點(diǎn)，如制備出的團(tuán)聚磨料形貌不規(guī)則，利用這些磨料進(jìn)行磨削加工，被加工工件表面粗糙度較大。經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn)，球形和類球形團(tuán)聚磨料的形貌規(guī)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(jié)構(gòu)示意圖

金剛石團(tuán)聚磨料

團(tuán)聚（堆積）磨料的造粒原理與其他行業(yè)物質(zhì)造粒略有不同。磨料因其本身形貌與性質(zhì)決定，固體粒子間的吸引力相對較小，顆粒與顆粒之間產(chǎn)生堆積主要來自可自由流動液體產(chǎn)生的表面張力和毛細(xì)管力和不可流動液體產(chǎn)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(chǎn)生粒子間機(jī)械鑲嵌，這樣可以提高顆粒本身的機(jī)械強(qiáng)度，從而提升性能。細(xì)節(jié)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(jī)械鑲嵌。

磨料之間的連接方式

團(tuán)聚磨料的制備方法

團(tuán)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(jié)合劑與磨具相似也可以分為金屬結(jié)合劑、陶瓷結(jié)合劑和有機(jī)結(jié)合劑。

團(tuán)聚磨料的粘接主要是自由流動液體產(chǎn)生的界面張力與毛細(xì)管力還有不可流動液體產(chǎn)生的粘接力，通過某些特殊的造粒方式如滾粒、擠壓、壓塊預(yù)燒、溶膠凝膠等促進(jìn)磨料與結(jié)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(yù)燒結(jié)破碎法

預(yù)燒結(jié)破碎法制備團(tuán)聚磨料，一般采用樹脂或低溫陶瓷為結(jié)合劑。

先將結(jié)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(qiáng)度，隨后破碎篩分成所需粒徑團(tuán)聚磨料。

團(tuán)聚磨料中結(jié)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(jié)法制備團(tuán)聚磨料，工藝簡單，成本較低，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，可制得粒徑較大的團(tuán)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(jié)合劑團(tuán)聚磨料的制備。

傳統(tǒng)滾粒法先將原料混合均勻，倒入滾動的造球機(jī)中，逐漸往造球機(jī)中噴入臨時粘接劑，原料逐漸被臨時粘接劑粘接，進(jìn)而團(tuán)聚成球，得到類聚晶磨料；也可以先制備結(jié)合劑溶膠，再在造球機(jī)中造球，造球機(jī)轉(zhuǎn)動穩(wěn)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(fù)此過程，最終制得團(tuán)聚磨料。

滾粒法制備團(tuán)聚磨粒粒徑受結(jié)合劑含量，造球機(jī)轉(zhuǎn)速以及造球時間等因素影響。滾粒法制備的團(tuán)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(jī)

3.壓力噴霧干燥法

噴霧干燥法主要用于陶瓷結(jié)合劑團(tuán)聚磨料制備，其結(jié)合劑可以為低溫陶瓷結(jié)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(jié)合劑，先將陶瓷結(jié)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(jī)進(jìn)行噴霧造粒。以混合溶膠為結(jié)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(jī)造粒。

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

噴霧干燥機(jī)

4.反相微乳液法

反相微乳液法制備球形團(tuán)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(fā)的分散成無數(shù)個球形液滴，充分?jǐn)嚢韬螅@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(fā)生反應(yīng)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(jīng)過干燥和高溫煅燒后，異辛醇等有機(jī)物充分分解，最終獲得由無機(jī)陶瓷結(jié)合劑包覆的金剛石的團(tuán)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(tǒng)的大型高溫噴霧干燥裝置即可獲得形狀穩(wěn)定的球形凝膠顆粒。

反相微乳液聚合法反應(yīng)示意圖

參考來源：

1.類多晶（堆積）磨料的研究現(xiàn)狀與應(yīng)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(fā)與應(yīng)用，栗正新、王兆武（中原工學(xué)院學(xué)報）；

3.團(tuán)聚磨料高效研磨墊的制備與性能研究，劉菊（湖南大學(xué)）。

粉體圈小吉

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