摘要: 研究了陶瓷结合剂超硬磨具用 CH 型环氧树脂 胶粘剂固化比、 温度和添加铜粉 改性对胶粘剂粘接 强度的影响。根据结果得出: A ( 环氧树脂) ∶ B ( 固化剂) 的不 同配比 显著影 响粘接 强度, A ∶ B = 2∶3 或 3∶2 时, 其强度达到最大。 随温度上升, 粘接强度逐渐下降, 当温度上升到 125℃时其粘接强度仍能达到10M P a。 添加铜粉改性后, 胶粘剂粘接强度随着 铜粉的增加先增加后 下降, 当铜 粉含量为 5wt %ห้องสมุดไป่ตู้时, 其强 度最大, 比 不改性的胶粘剂粘接强 度提高约 25% 。 关键词: 陶瓷结合剂超硬材料磨具; 环氧树脂胶粘剂; 粘接强度; 粘接工艺 中图分类号: T Q 164 文献标识码: A 文章编号: 1673- 1433( 2009) 04- 0006- 04

  2. 1自制控温拉伸设备简介 本实验为测量温度对陶瓷结合剂超硬磨具用胶 粘剂粘接强度的影响, 设计了一套可控温拉伸实验装 置, 其简图如图 1。

  从图 2 能够准确的看出当环氧树脂 A 含量小于 40wt % 时, 胶粘剂的室温粘接强度随着环氧树脂的增加而增 加, 当 A 含量达到 40w t % 时其粘接强度达到最大值, 约为 19M Pa; 之后随着固化剂 A 的含量增加, 粘接强 度开始下降, 在 50w t % 时降到约 12M Pa, 然后随着 A 的含量增加, 粘接强度开始增加, 当 A 含量在 60wt % 时粘接强度增加到新的峰值, 约为18. 3M Pa, 之后, 又 随着A 含量的增加粘接强度开始下降。 胶粘剂固化过 程主要是环氧树脂与固化剂之间发生反应生成网状 聚集体而使胶粘剂的粘接强度反映出来的过程, 当环 氧树脂和固化剂的比例不合适时都会影响粘接剂的 粘接强度。 2. 3温度对胶粘剂粘接强度的影响 考虑到在一定温度下陶瓷结合剂超硬磨具用胶 粘剂强度越高对超硬磨具使用越有利。实验发现, 固 化配比对胶粘剂的粘接强度影响较大。 本实验采用了 粘接强度较好的配比( 质量配比 A ∶ B= 3∶2) , 制备 “ 金属- 金属” 金属- 陶瓷” 和“ 两组试样, 不一样的温度下 粘接强度随温度的变化趋势如图 3 所示。其中, 从实 验过程中得知在 105℃以前拉伸时, “ 金属- 陶瓷” 试 样的陶瓷面被拉裂, 胶层完好, 说明低于105℃时胶的 粘接强度大于 13M Pa 。对于陶瓷结合剂超硬磨具而 言, 胶粘剂的粘接强度大于陶瓷块的强度, 在使用过 程中就不会发生陶瓷脱落现象。

  修整、 自锐性好、 不易烧伤工件, 常规使用的寿命长等普通磨 具很难来做比较的优异性能 [ 4] , 使其在高效高精度加工方 面得到了广泛的应用。 陶瓷结合剂超硬磨具主要由金 属基体和陶瓷磨削层结合而成, 实现这一结合主要是 胶粘剂的功劳。文献[ 5] 虽粗略地介绍了应用于陶瓷领 域的各类胶粘剂近年来国内外的研究情况, 但对于本 实验陶瓷结合剂超硬磨具用 CH 型环氧树脂胶粘剂 的具体应用研究尚未见诸文献。 本实验研究环氧树脂 胶粘剂不同的固化配比( 质量比) 粘接强度; 采用自制 的控温拉伸设备测试不一样的温度下胶粘剂粘接强度; 添 加铜粉对胶粘剂进行改性; 采用扫描电镜( SEM ) 观 察胶面断裂形貌。 实验选用的是超硬磨具领域常用的 国产 CH 型环氧树脂胶粘剂。 本实验研究结果对于制 定陶瓷结合剂超硬材料磨具的粘接工艺具有指导意 义。 图 1 中的加热控制管理系统可以调节温度的变化情 况, 从而能够测定胶粘剂在不一样的温度下可承受的最 大拉力, 再经过测量粘接面的面积, 得出粘接剂的粘 接强度随环境和温度的变化规律。 本试验装置能够很好的满足不同形状尺寸试样的控温 拉伸实验测试研究, 而万能拉伸试验机对样品的尺寸 要求比较苛刻, 加热也不如自制装置方便, 而自制装 置利用水流加载, 能够最终靠控制水流的大小实现连 续、 无冲击加载荷。 实验表明, 本实验设计的可控温测 试装置具有原理清晰, 制作方便, 价廉等优点, 能够较 好的适合于本实验中粘接强度的测试。 2. 2胶粘剂不同的固化配比对粘接强度的影响 室温条件下, 不同固化配比的胶粘剂粘接“ 金属 块—金属块” 试样的拉伸强度随环氧树脂( A) 含量的 变化如图 2 所示。

  从图 4 能够准确的看出, 铜粉含量为 5w t % 时改性胶粘 剂粘接强度最高达到22. 5M Pa, 比没改性前的粘接强 度约提高25% ; 此后随着铜粉含量的增加胶粘剂的粘 接强度逐渐下降, 铜粉含量在20% 左右的粘接强度与 没改性时的强度基本相当。这是因为, 胶粘剂固化过 程, 主要是环氧树脂和聚酰胺发生反应生成网络结构 聚合物的过程, 铜粉填充在聚合物中间使反应物固化 收缩比例减小, 增加网络聚合物的均匀性, 从而减小

  将 配好 的 陶 瓷结 合 剂 磨块 料 烧 制成 5 × 5× 20m m 3 的磨削层陶瓷试样块, 用于粘接的金属块粘 接面尺寸为 4×5mm 。考虑到用相同尺寸“ 金属块— 金属块” 试样对接便于操作, 更容易获得胶粘剂的粘 接强度测试数据, 本实验采用“ 金属—金属” 试样获得 不同固化比( 其中 A 为环氧树脂, B 为固化剂聚酰胺) 粘接强度。 以实验中室温粘接强度最大对应的固化配比配 制的胶粘剂粘接陶瓷块和金属块, 制备“ 金属—金属” 和“ 金属—陶瓷” 两组试样, 并采用自制的可控温度拉 伸强度测试装置测量不一样的温度下两组试样对应胶粘 剂的粘接强度, 分析不一样的温度对该胶粘剂粘接强度的 影响。 又采用在胶粘剂中添加325 目( AST M ) 纯铜粉 对胶粘剂进行改性, 分析不同含量铜粉对本试验用环 氧树脂胶粘剂粘接强度的影响。采用 SEM 观察改性 前后胶粘剂的拉伸断面形貌。

  陶瓷” 试样, 从实验的数据分析得知, 粘接强度随温度 的变化与“ 金属- 金属” 试样的变化趋势一致。 在磨削 加工中, 冷却剂对工件加工具备极其重大的影响, 文献[ 6] 研究了液态冷却与压缩冷空气冷却两种方式对磨削 加工的影响, 发现两种冷却方式影响趋势一致, 从文 献中还能了解到磨削加工的环境和温度对工艺流程影 响非常非常重要。从曲线的趋势能够准确的看出, 陶瓷结合剂超 硬磨具能够在 125℃的温度下正常工作, 而不可能会发生 陶瓷块脱落现象, 这对陶瓷结合剂超硬磨具的使用具 有指导意义。 2. 4不同质量分数铜粉对粘接强度的影响 采用 325 目( AST M ) 纯铜粉对胶粘剂( A ∶B= 2∶3) 进行改性, 室温下测量了添加不同质量分数的 铜粉对胶粘强度的影响, 其变化趋势如图 4 所示。