主讲人：郭森林
邮箱：guosenlin
airui.org爱锐课堂已更新了两节，有些读者感觉内容太浅显，或者更新太慢。在这里郭老师给朋友们解释一下：
1、我们的文章都是原创的，区别于“论文搬运工”、“教科书搬运工”，原创不易，所以更新较慢希望大家能够理解（我们如有引用，都会在文末注明）。
2、爱锐课堂既是“课堂”，就该循序渐进，满足行业不同“段位”的需求，那可能有朋友会说，“那我还不如看教科书呢”，对此我们只能说，“写文章，我们是认真的！”，相信读下来，您会收获课本中学不到的东西。
3、我们希望能带来一些不一样的东西，我们希望能给行业同仁带来一些新的收获，我们更希望关心行业发展的你加入进来，提出您宝贵的意见、贡献您的知识财富，只有这样，我们才会做得更好！！
好了，前面啰嗦了几句，下面我们的课程继续。今天我们聊聊磨具界的“大神”——结合剂。
结合剂是磨具三要素里面最神秘的一位，往往也是各厂家秘而不宣的的核心竞争力，你如果问某生产陶瓷CBN砂轮的公司：“你们结合剂是什么样的啊？”那恐怕只能“呵呵”了，而且人家再不敢和你一起愉快地玩耍了。
看到了吧，今天的主角正是如此“神”一般的存在，唤之“大神”当之无愧。
1.结合剂的作用结合剂的功用是黏结磨粒形成砂轮，其作用主要体现在以下两个方面：
（1）使磨料可以成型成磨具。
磨料，无论是普通磨料，还是超硬磨料，都是瘠性料，本身不具成型性能，通过加入结合剂、临时粘结剂、湿润剂等使之能够成型，再经过烧成（注意：不是“烧结”![注1]），磨料通过结合剂桥连接起来，得到具有一定强度、硬度的磨具[注2]。
（2）使砂轮具有磨削能力。
我们知道，砂轮的硬度在国外也叫结合度，是指结合剂对磨料的把持强度（砂轮的“硬度”概念有其行业特性，很多行外人不甚了解，闹了笑话）。可见，结合剂性能直接影响砂轮的硬度，而砂轮硬度，是磨具的一个很重要的性能指标，直接影响了砂轮使用中的种种性能，比如磨削比、自锐性、形状保持性等。技术人员在制定配方时需要根据磨料情况、磨削参数、工件质量要求等，合理选择结合剂类型和配比，以使砂轮具有合适的磨削能力，满足加工要求。
2.结合剂的种类常用的结合剂主要有陶瓷、树脂、金属三种，普通磨具主要使用陶瓷、树脂两种。表1是常用的结合剂特点及应用范围，大家温故知新，学习一下。
2.1陶瓷结合剂普通磨具使用的陶瓷结合剂是黏土、石英、长石等矿物质原料组成的，烧成温度一般在℃以上。超硬磨具由于金刚石、CBN的温度敏感性，一般烧成温度都在℃以下，而传统的陶瓷结合剂耐火度很高，因此实际上超硬磨具使用的“陶瓷结合剂”多是玻璃结合剂，通过化学纯的化合物混合或熔炼配制的。一些厂家使用矿物料+助熔剂的方式虽也可以将耐火度降低，但由于结合剂强度太低，而且矿物原料质量波动大，其实这种方式是不可取的。
表2是玻璃、陶瓷、微晶玻璃结合剂的性能对比表。从表2可见：玻璃结合剂的强度较低，热膨胀系数与CBN、金刚石等磨料的匹配性差，特别对于高速、超高速砂轮等对砂轮强度要求高的应用场合，玻璃结合剂并不适合，所以现在很多超硬磨具生产厂家开始研究和使用微晶玻璃结合剂。
表2微晶玻璃、玻璃、陶瓷结合剂的性能对比
2.2树脂结合剂有些同学有疑问：树脂是“resin”,为什么树脂结合剂的代号是“B”呢？其实树脂结合剂的“B”是指“bakelite”，也就是酚醛树脂，由此可见树脂结合剂最常用的是酚醛树脂（约占80%）。其他常用的树脂还有聚酰亚胺树脂、环氧树脂、聚氨脂等。
树脂结合剂相比陶瓷结合剂，对磨粒的把持力要差一些，磨粒的切削刃还没完全磨钝就已脱落，所以树脂结合剂一般不用于重磨削（这也是树脂结合剂砂轮磨料浓度较低及树脂砂轮用金刚石品级较低、表面粗糙的原因之一）。但也有说法，树脂结合剂砂轮由于高强度（气孔少）和抗冲击负荷而广泛应用于重磨削作业。这是从两个方面来讲的：如果是不希望磨料脱落的场合，尽量少用树脂结合剂；重磨削、切断等作业场合，特别是干磨时，由于对加工精度、表面质量要求低，树脂结合剂砂轮效率高，自然应用更多。另外，磨削液往往对树脂结合剂有一定的腐蚀性，会降低结合剂的强度，也会降低结合剂对磨料的把持强度，所以镀覆磨料在树脂结合剂砂轮中应用的更多一些。
聚酰亚胺树脂的高温强度、耐腐蚀性和耐磨损性都较好，越来越多地应用于金刚石磨具中。有资料说[1]：粒度在W10以细的金刚石砂轮必须使用与其同等粒径的粉末树脂，如树脂粉粒径较大，制造砂轮使用时需要进行粉粹。其实不只树脂结合剂的粒径要与磨料粒径相匹配，陶瓷结合剂也是这样。郭老师曾见有表述：“理想情况，一颗磨粒上面平均有4～5粒结合剂粉末黏结”，其实也就是说二者的粒径相仿。对这方面有兴趣或有研究的同学可以和郭老师探讨一下。
2.3金属结合剂金属结合剂是超硬磨具专用结合剂，有粉末烧结型、电镀、钎焊等几种，其中粉末烧结型应用最广，而其最常用的是青铜基，也有钴基、镍基、铁基等。根据应用场合的不同，使用不同体系的金属结合剂。比如，切割石材的金刚石锯片一般是烧结的镍系结合剂；渗入低熔点合金的钨粉用于磨削金刚石工具的金刚石砂轮；WC-Co系金刚石钻头用于地质钻孔[2]。
金属结合剂砂轮无气孔，结合强度较树脂、陶瓷结合剂都高，但砂轮的自锐性也相应较差，所以金属结合剂砂轮的修锐是个难题。由于这个原因，金属结合剂砂轮较多地用在石材、玻璃、半导体等相对较容易磨削和对砂轮形状保持性要求不高的应用场合。
金属结合剂砂轮强度较高、耐磨性好、自锐性差，这也会给砂轮使用带来一系列问题，所以现在有学者研究金属结合剂的弱化，对金属结合剂砂轮的生产及应用很有意义。后期如同学们有兴趣，郭老师在这方面也可以和大家一起学习一下。
2.4复合结合剂陶瓷、树脂、金属结合剂都有一定的特点，比如陶瓷结合剂自锐性好，树脂结合剂抗冲击性好，金属结合剂强度高，但相应地也有一定的缺陷，比如陶瓷结合剂脆性大，树脂结合剂耐磨性差，金属结合剂自锐性差，所以，复合结合剂取长补短，力求达到最佳的综合性能，也日益成为研究的热点，并逐渐在生产中应用。现在研究或应用最多的是复合结合剂主要有金属-陶瓷复合结合剂（金属为主体）、陶瓷-金属复合结合剂（陶瓷为主体）、树脂-金属复合结合剂（树脂为主体）。由于树脂的耐热性差，金属-树脂（金属主体）、陶瓷-树脂（陶瓷主体）两类复合结合剂不是研究方向。
其实，金属结合剂里面加些Al2O3、SiC等，树脂结合剂里加些Cu粉、Cu-Sn合金粉、石墨等，这些都是行业内通常的做法，只是将添加物称之为“填料”，其实也可称为复合结合剂。但真正的复合结合剂，添加量应该更多，所以若将复合结合剂在生产中运用得当，还是需要技术积累，很考验功力的。郭老师了解到行业有些产家已经把金属-陶瓷结合剂应用起来了，而且效果很好，希望大家多多努力，争取更大地进步。
3.结合剂的选用树脂、金属结合剂对磨料的结合一般认为是机械镶嵌力，但由于气孔少或无气孔，砂轮强度较大（金属结合剂砂轮虽有说法：“强碳化物形成元素会和金刚石反应生成碳化物，形成化学结合”，但只是理论，并没有强有力的实验观测到碳化物的存在），陶瓷结合剂可以和磨料形成化学结合，但由于陶瓷结合剂的脆性，冲击负荷大时，磨料脱落也较严重。
结合剂的选用，一方面是结合剂类型的选用。由于产品科技的进步，很多加工领域，树脂结合剂砂轮可以加工，陶瓷结合剂砂轮也可以加工，或者金属结合剂也可以加工，而如何能使磨削方案最优化，这是行业人士要考虑的。另一方面，是结合剂体系的选用。比如，每一种结合剂的体系或种类很多，针对具体的磨削要求，如何选择或配制结合剂这也是很考验功力的。
具体如何选用，郭老师在此就不再赘述了，这个问题太过庞杂，而且具体，不是一两句话可以讲清的，如果同学们针对具体磨削应用有相关疑问，欢迎和郭老师探讨。
4.一点体会结合剂贵为“大神”，相信大家是认可的，但行业技术人员并不能畏而却步，反倒应该把结合剂研究作为企业的基础研究和核心技术攻关来做。郭老师曾做过陶瓷CBN砂轮方面的技术工程师，在陶瓷结合剂方面的体会较深，下面和大家谈下我的一点体会：
（1）以下几个观念不可取：
一种陶瓷结合剂通吃，比如内圆磨、外圆磨、端面磨使用同一种结合剂，妄图通过调整结合剂比例满足每一种应用；依赖购买结合剂，没有消化吸收，更没有基础研究，只会受制于人，发展缓慢，更勿言创新和突破。
（2）为什么说不能一种陶瓷结合剂通吃？
内圆磨、外圆磨、端面磨本身就是三种不同的磨削形式，磨削机理有其不同之处，而且具体的加工应用又千差万别，即使陶瓷结合剂性能很好，强度高、韧性又好，但如仅仅靠调整砂轮配方达到使用要求，也是很难的。
打个比方，让姚明进奥拓车，虽然也能进去，但可能要试几次，做进去也很难受，可让潘长江进去就很轻松了。这里，具体的磨削应用就是奥拓车，高性能的陶瓷结合剂是姚明，合适的陶瓷结合剂是潘长江，即使使用高性能陶瓷结合剂制成了满足使用要求的砂轮产品，且不说之前的试验次数，如客户加工工件材质、加工要求有变，砂轮配方很可能就又不能用了，而合适的陶瓷结合剂上下还能“窜”一下，客户要求改变也能轻松应对。
我们都知道，一个客户不可能给你太多试验机会，如果你试几次达不到要求，即使是“姚明”也会出局。所以，郭老师建议：一定要建立起自己的结合剂体系，这个体系的标准很多，可以是气孔率，也可以是强度等。
好了，啰里啰嗦说了这么多，可能同学们意犹未尽，可能有的同学已经昏昏欲睡了，当然郭老师说的也不一定正确，欢迎大家指正。
结合剂真是一个很大的命题，一节课是远远不能言尽的，后面如有机会，或者同学们感兴趣的话，郭老师可以就某一个方面讲得再深入些，比如微晶玻璃结合剂。下一节课，我们谈谈结合度，也就是硬度，欢迎大家届时做客爱锐学堂。
注：
1、在砂轮行业，“烧结”和“烧熔”是砂轮烧成工艺中的两个概念。烧结结合剂的耐火度比砂轮烧成温度高，烧熔结合剂的耐火度比砂轮烧成温度低，所以，二者在烧成过程中的结合剂熔融程度是不同的，适用于不同的砂轮制造工艺。
2、随着材料技术的进步，行业内也出现了“无结合剂”的磨具产品，一般是超细粒度磨料，当然磨料也是有改进的。日本则武有款“无结合剂超精油石”。对这方面有研究的可以和大家分享下。
参考文献[1]庄司克雄.磨削加工技术[M].北京：机械工业出版社，.
[2]马尔金.磨削技术理论与应用[M].沈阳：东北大学出版社，.
大家有什么问题可直接发送至