砂輪常被譽(yù)為是“工業(yè)的牙齒”，它一般指由粗顆粒的磨料化合物黏合在一起，形成的一個固體的圓形物體（多數(shù)為圓形，中央有通孔），能以其在外緣表面無數(shù)硬、銳、耐溫的小磨粒連續(xù)對各種材料的表面做切削磨除工作，因此在工業(yè)生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位。

為了將堅硬的磨料顆粒固結(jié)成一定形狀，“結(jié)合劑”的存在必不可少。其作用主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

①使磨料可以成型成磨具

磨料，無論是普通磨料，還是超硬磨料，都是瘠性料，本身不具成型性能，通過加入結(jié)合劑、臨時粘結(jié)劑、濕潤劑等使之能夠成型，再經(jīng)過燒成，磨料通過結(jié)合劑橋連接起來，得到具有一定強(qiáng)度、硬度的磨具。

②使砂輪具有磨削能力

砂輪的硬度在國外也叫結(jié)合度，是指結(jié)合劑對磨料的把持強(qiáng)度，而砂輪硬度，是磨具的一個很重要的性能指標(biāo)，直接影響了砂輪使用中的種種性能，比如磨削比、自銳性、形狀保持性等。

目前在磨具中用于結(jié)合劑材料主要可分為樹脂、金屬和陶瓷三種，三者各有優(yōu)勢，它們的性能對比可看下表：

其中，樹脂結(jié)合劑和金屬結(jié)合劑砂輪已在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，陶瓷結(jié)合劑砂輪雖然應(yīng)用量沒有前兩種砂輪大，但由于近年來工業(yè)上對磨削加工的精度要求越來越高，“陶瓷結(jié)合劑+超硬磨料”這樣具有更高的磨削精度、磨削效率和低磨削應(yīng)力的組合越來越受人們重視。

比如說陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的市場份額每年都以可觀的速度增長，它相對于樹脂磨具有以下優(yōu)勢：

（1）陶瓷砂輪的磨削效率高；

（2）對于陶瓷砂輪可以采用大的進(jìn)給量，樹脂砂輪當(dāng)采用進(jìn)給量超過一定數(shù)時，會磨不動；（3）陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具磨削時幾乎不用修整，樹脂磨具需要隔段時間修整一次；

（4）由于陶瓷砂輪形狀保持性好，所以磨削精度相對于樹脂砂輪高，因此已成為精密超精密加工的首選工具。

陶瓷結(jié)合劑的分類

目前，陶瓷結(jié)合劑一般有三種類型：傳統(tǒng)陶瓷礦物結(jié)合劑，玻璃料結(jié)合劑和微晶玻璃結(jié)合劑。但無論何種構(gòu)成，最終的結(jié)合劑性能都應(yīng)滿足強(qiáng)度足夠、膨脹系數(shù)與磨料相匹配、化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱性較好、成型性能良好等要求。

1.陶瓷礦物結(jié)合劑

這一類結(jié)合劑采用長石、粘土、石英等天然礦物為主要原料，考慮到金剛石磨料的熱穩(wěn)定性較低，以硼玻璃、冰晶石為低溫助熔劑，實現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)。由于該類結(jié)合劑含有較多高熔點礦物，為燒結(jié)結(jié)合劑，燒成溫度下結(jié)合劑對金剛石磨料的潤濕性差，把持力不高，磨削過程中金剛石容易過早脫落;另一方面，結(jié)合劑未經(jīng)過熔煉，為各種礦物的機(jī)械混合，燒結(jié)后容易產(chǎn)生未熔化的石英等礦物顆粒，在磨具中引起組織結(jié)構(gòu)不均勻。目前該類金剛石磨具已逐步被淘汰，僅有少量產(chǎn)品應(yīng)用于硬質(zhì)合金、工程陶瓷材料的粗磨。

2.玻璃結(jié)合劑

玻璃結(jié)合劑的制備過程先將各種原料按設(shè)計配方比例稱量和混合，經(jīng)熔煉、冷卻、粉碎而成。結(jié)合劑的粒度要求不大于磨料粒度的 1/4~1/6，含水量小于1.5%。熔制玻璃料所用原料多為化工原料和化學(xué)試劑，雜質(zhì)含量有嚴(yán)格要求。主要原料有硼酸、硼砂、氧化鋁、石英、碳酸鋇、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、碳酸鈣、氧化鈦、氧化鉍、三氧化二跌、一氧化鉛、四氧化三鉛、氧化鋅、氟化鈣、氫氧化鈉等原料。根據(jù)國內(nèi)外的研究和應(yīng)用情況，目前較為成熟的金剛石磨具用玻璃料結(jié)合劑有SiO2-ZnO-B2O3系玻璃，Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2系玻璃，SiO2-Al2O3-TiO2-BaO-B2O3系玻璃等。

3.微晶玻璃結(jié)合劑

微晶玻璃是一種由陶瓷微晶和玻璃質(zhì)基體所組成的新型無機(jī)復(fù)合材料，它是將特定組成的玻璃在程序溫度控制下進(jìn)行熱處理，使玻璃體內(nèi)均勻地生長出眾多的微晶。微晶玻璃的結(jié)構(gòu)和性能與陶瓷、玻璃均不相同，其性質(zhì)是由晶相的礦物組成和玻璃相的化學(xué)組成以及它們的數(shù)量決定的。它既具有陶瓷材料強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好，熱膨脹系數(shù)可以調(diào)配到很小的優(yōu)點，又具玻璃材料軟化溫度低，燒結(jié)致密度高，對磨料潤濕性好等優(yōu)勢。

在磨具制造方面，以微晶玻璃作為金剛石砂輪結(jié)合劑，由于微晶玻璃晶粒尺寸為1-2μm，結(jié)晶含量達(dá)50-98%，結(jié)構(gòu)均勻，因而使得磨具的機(jī)械強(qiáng)度得到提高。然而由于控制微晶玻璃的晶化工藝比較復(fù)雜，對于尺寸相對較大的砂輪來說，難以實現(xiàn)整體均勻晶化，因此微晶玻璃作為結(jié)合劑應(yīng)用于超硬材料磨具制備還處于研究階段。

既然陶瓷結(jié)合劑有這么多種類，那到底應(yīng)該如何選擇呢？按專業(yè)人士的說法，要使磨削方案最優(yōu)化，在制定配方時最重要的就是要根據(jù)磨料情況、磨削參數(shù)、工件質(zhì)量等要求合理選擇結(jié)合劑類型和配比，這樣才能既使砂輪具有合適的磨削能力，滿足加工要求，而且還利于規(guī)模化生產(chǎn)和低廢品率的實現(xiàn)。

資料來源：

陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的制備及磨削性能研究，劉小磐

砂輪基礎(chǔ)課堂： 大神“結(jié)合劑”（知乎）