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       相比采用金属、树脂等作为粘结剂的磨具，采用硅酸盐、高岭土、长石、石英和熔融结合剂等作为粘结剂的陶瓷磨具具有良好的化学稳定性、耐水性，耐热性以及自锐性高、磨削锋利性高等诸多特点，在超精密磨削加工和研磨抛光中的应用越来越广泛。陶瓷磨具的三要素是磨料、结合剂、气孔，其中气孔在磨削时对陶瓷磨具起容屑和排屑作用，并可容纳冷却液，有助于磨削热量的散逸。尽管陶瓷磨具虽然在成型和烧结过程中可以形成小的天然气孔，但这些气孔是随机的，数量、形状、大小与分布都难以控制，因此为了适应不同的磨削用途和加工要求，通常需要采用一定的方法来控制磨具内部气孔的数量、大小、形状及其分布。

       陶瓷磨具的理想气孔长啥样？

       在陶瓷结合剂金刚石砂轮中，气孔率及气孔的结构对于砂轮的性能至关重要。

       一般来说，气孔率越大，磨具的自锐性越好，越能够减少磨削过程的堵塞，降低磨削温度，减少修整频次，但过大的气孔率也会影响磨具的强度。

       在磨具中有很多种不同形状的孔洞，例如立方形、圆柱形、金字塔形或球形等，不理想的气孔形状往往呈现非圆形，尤其呈尖角形状，同时气孔的尺寸分布不均匀，且存在太多的细小空隙，既无法有效容纳和排出切屑，影响磨具的研磨抛光性能，也无法充分储存冷却液和润滑剂，易破坏砂轮结构。而理想的气孔通常呈圆形，并且气孔的形状和尺寸均匀，使得气孔能提供更好的排屑通道，最大效率地发挥容屑、断屑储存冷却液、润滑剂的作用，同时减少应力集中，提高磨具的耐用性。

       如何生产具有理想气孔的陶瓷磨具？

       结合剂在不添加造孔剂时烧结也会产生收缩而产生气孔，产生的气孔大小与坯体粉料粒径和烧结温度有关，当烧结温度达到烧结点时结合剂达到最大的致密度，气孔率最低。而结合剂烧结温度达不到或者高于最佳烧结温度都会导致坯体疏松多孔。不过，烧结产生的气孔大小、形状不易控制，气孔率受烧结制度影响较大，不仅不能提供足够的空间容纳较大的废屑，而且磨具容易在使用过程中产生应力集中从而影响磨削性能。为了生产具有理想气孔的陶瓷磨具，往往离不开造孔剂。

       造孔剂种类繁多，造孔效果也会有所差别。为保证造孔效果，往往要求造孔剂具有如下特性：

       （1）颗粒形状和强度：造孔剂颗粒应具有规则的形状，保证生成的气孔具有理想的形状。

       （2）颗粒强度：较大的强度可以使其在混料和压制过程中因不会破裂和变形而影响气孔的大小和形状，并且可以做到的大小和形状的可控性。

       （3）与结合剂的相容性：造孔剂与磨具的坯体具有良好的润湿性，并且与磨料和结合剂能够具有相近的比重，有利于气孔均匀地分布在成型料中，并使磨具的强度不致于过低。

       （4）有机造孔剂要求挥发性和可燃性优良，燃烧后没有残渣，以保证磨具的内在质量和外观色泽。

       根据造孔剂作用原理的不同，目前要生产具有理想气孔的陶瓷磨具，可通过空间占位法和发泡法实现。

       01空间占位法：

       空间占位法是利用造孔剂在磨具坯体内占据一定的空间，从而在烧结后形成所需的孔隙结构。

       该方法采用的造孔剂主要有三类：第一类是核桃皮，碳颗粒，有机或高分子材料（如聚甲基丙烯酸酯）等高温可碳化燃烧或挥发的造孔剂，烧结后它们会在原来的位置留下空间，从而在磨具中产生气孔。第二类是一些可溶性的物质（如无机盐，糖类等），这类造孔剂会在烧结过程中溶解挥发或者在磨削过程中溶解于冷却液中，从而在砂轮内部留下气孔。第三类是空心球，这类造孔剂熔点高，高温烧结后并不会分解，而是仍然存在于磨具中，形成封闭气孔，有些强度高的空心球（如氧化铝空心球），除了当做造孔剂外，其本身也可充当磨料，利用其生产的磨具具有机械强度高、磨削性能好的优势。

       02发泡法

       发泡法是通过在磨具中加入一些能够受热分解产生气体的物质作为造孔剂，在烧结过程中造孔剂分解，从而在陶瓷结合剂的烧熔状态下产生气泡，并且在冷却后残留并成为气孔，这种方式可实现气孔形状、分布等的控制。典型的代表如碳酸钙，在高温下或者在酸性条件下都会生成CO2，而造出均匀分布、孔壁光滑且形态为近球形的气孔，在陶瓷磨具的生产中得到了广泛应用。不过该方法工艺条件不易控制，并且对原料有较高的要求。

       小结

       其实，无论是空间占位法还是发泡法所造出的气孔，采用单一的造孔剂都会存在一定的局限：如气孔的开闭性不好控制；烧成时结合剂液相流动使孔收缩、小孔融合为大孔，孔壁变薄，强度下降明显，空隙大小不易控制等.....因此可考虑多种造孔剂复合的造孔方式，对单一的造孔方式起到有效补充。例如采用CaCO3和PMMA复合造孔剂，可在烧结过程中在PMMA烧尽后的孔壁之间以及结合剂桥之间鼓起微小的气孔，抑制裂纹的扩展，同时，也能避免因熔融结合剂液相流动导致气孔率降低的问题。

       参考文献：

       1、王照.磨削硬脆材料多孔陶瓷结合剂金刚石磨具的研究[D].河南工业大学.