碳化硅如何用来生产砂轮切割片？

一、为什么选择碳化硅作为磨料？

碳化硅是一种人造的高硬度材料，其莫氏硬度高达9.5，仅次于金刚石和立方氮化硼（CBN）。它具有几个关键特性，使其非常适合制造磨具：

1. 高硬度与锋利性：碳化硅颗粒非常坚硬且锋利，能够高效地切削材料。

2. 脆性：与刚玉（氧化铝）磨料相比，碳化硅更脆。这在磨削时是一个优点，因为钝化的颗粒会破裂，露出新的锋利棱角，实现“自锐化”效果，从而保持持久的切削力。

3. 导热性好：有助于散发磨削过程中产生的热量。

4. 化学稳定性：尤其适用于加工硬度高、抗张强度低的材料，因为它不会与这些材料发生不必要的化学反应。

主要应用分类：

• 黑碳化硅（SiC）：纯度较低，约98.5%以上。具有很好的导热性和韧性，主要用于加工抗张强度较低的材料，如：

  • 玻璃、陶瓷、石材等非金属材料

  • 铸铁、有色金属（如铜、铝、黄铜等）

  • 橡胶、皮革

  • 耐火材料

• 绿碳化硅（SiC）：纯度更高（>99%），更硬、更脆。主要用于加工硬度高、脆性大的材料，如：

  • 硬质合金（钨钢）刀具

  • 光学玻璃、玉石、玛瑙

  • 钛合金

  • 硅、锗等半导体材料
    

1. 原料准备与混合 (Mixing)

这是最关键的一步，决定了砂轮的性能（如硬度、粒度、组织）。

• 磨料 (Abrasive Grain)：根据要加工的材料选择合适的碳化硅类型（黑或绿）和粒度（Grit Size，如46目、60目、120目等）。粒度号越大，颗粒越细，加工表面光洁度越高，但磨削效率越低。

• 结合剂 (Bond)：相当于“胶水”，将磨料颗粒粘结在一起。常见的有：

  • 树脂结合剂 (Resinoid Bond)：最常用的一种，通常采用酚醛树脂。制成的砂轮弹性好、强度高、耐高速，非常适合切割、打磨和粗磨。大多数切割片都采用树脂结合剂。

  • 陶瓷结合剂 (Vitrified Bond)：由粘土、长石等陶瓷材料制成。制成的砂轮刚性大、耐热性好、形状保持性好，但较脆。多用于精密磨削，较少用于切割片。

  • 其他结合剂：如橡胶、金属结合剂等，用于特殊领域。

• 填充剂 (Fillers)：加入一些功能性材料，如冰晶石、黄铁矿等，它们在磨削过程中可以起到润滑、冷却或改善磨削性能的作用。

将精确配比的碳化硅磨料、结合剂粉末和填充剂放入混料机中，进行长时间、均匀的混合。

2. 成型 (Molding)

混合好的物料被放入特定尺寸和形状的模具中。

• 在大型压机上，通过冷压成型，施加巨大的压力（从几十吨到上千吨），将松散的混合物压成致密的、具有初步强度的砂轮毛坯。

• 模具中心会放置一个芯棒，直接形成砂轮的安装孔。

3. 固化 (Curing)

这是使砂轮获得最终强度的工序，根据结合剂的不同，方法也不同：

• 对于树脂结合剂砂轮：将压制成型的砂轮毛坯放入大型烘箱（硬化炉）中，在严格控制的温度（如180°C - 200°C）和时间（几十小时）下进行加热。树脂会熔化并发生交联反应，最终固化，将磨料颗粒牢固地粘结在一起。

• 对于陶瓷结合剂砂轮：将毛坯放入高温窑中，在超过1000°C的温度下进行烧结，陶瓷结合剂会玻璃化并将磨料颗粒牢牢粘结。

4. 后续加工与检验 (Processing & Inspection)

• 加工：固化后的砂轮毛坯还需要进行车削、静平衡等加工，以确保其孔径准确、外圆同心，并且运转平稳无振动。

• 检验：这是安全至关重要的环节。每片砂轮都必须经过严格的检验，包括：

  • 回转强度测试 (Rotation Test)：在超过其最高工作转速（如1.5倍）的转速下进行旋转，测试其结构完整性，防止使用时爆裂。

  • 检查外观、硬度、平衡性等。

最后，合格的砂轮切割片会被贴上标签，包装出厂。