一种用于切割耐火砖的均布刀头及其制备方法与流程

本技术涉及石材加工工具领域，更具体地说，它涉及一种用于切割耐火砖的均布刀头及其制备方法。

背景技术：

1、氧化锆耐火砖由于具有极高的硬度和脆性，且导热率较低，在切割加工过程中容易出现切不动、金刚石脱落、易崩边等情况。针对这种材料，常规的金刚石锯片解决方案是提升刀头金刚石浓度来保证金刚石分布的连续性以及刀头寿命，以通过增加单位面积内的金刚石数量来维持切割的持续性和稳定性。

2、为保证刀头具有足够的切割能力，传统金刚石锯片的刀头制造工艺中，基本上是采用金刚石和金属粉末混合、制粒、成型、烧结等步骤，这种混合方式下，金刚石在胎体中是随机分布的，很容易产生堆积和偏析现象。在实际切割过程中，由于刀头混料的不均匀，容易导致大量金刚石未能有效参与切割工作便直接从胎体中脱落，从而造成大批量金刚石的浪费。同时，部分区域因金刚石堆积导致胎体对该区域金刚石的把持力不足，而在金刚石脱落后，刀头表面形成大面积凹陷，锋利度急剧下降，切割阻力显著增大，切割面也容易出现崩边缺陷，限制了刀头的切割性能和使用寿命。

技术实现思路

1、为了解决金刚石分布不均匀、利用率低、切割锋利度不足、易崩边的问题，本技术提供一种用于切割耐火砖的均布刀头及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种用于切割耐火砖的均布刀头，采用如下的技术方案：

3、一种用于切割耐火砖的均布刀头，包括胎体和分布于胎体中的第一金刚石颗粒和第二金刚石颗粒；

4、所述均布刀头沿厚度方向分为表层、n个芯层和表层，n≥3，所述表层均匀分布有第一金刚石颗粒，所述芯层分布有第二金刚石颗粒和二氧化硅颗粒，第二金刚石颗粒和二氧化硅颗粒呈矩阵分布且沿行方向交替分布。

5、通过采用上述技术方案，刀头沿厚度方向采用表层-芯层-表层的结构设计，表层均匀分布第一金刚石颗粒，芯层中有序间隔分布第二金刚石颗粒和二氧化硅颗粒，表层的第一金刚石颗粒在切割过程中首先参与工作，保证刀头初始的锋利度和切入能力；芯层中第二金刚石颗粒与二氧化硅颗粒的有序间隔分布，使得切割过程中二氧化硅能够起到辅助切割和润滑的作用，同时弱化胎体以保证刀头的自锐性，二氧化硅脱落后留下的孔隙能够容纳切屑和冷却水，有利于降低切割温度和减少切屑堆积，这种结构设计既保证了刀头的切割锋利度，又提高了金刚石的利用率，同时改善了切边质量。

6、优选的，所述胎体包括以下质量百分比的原料：30-40%电解铜粉，10-20%铜锡合金，20-30%钴粉，余量为铁粉。

7、通过采用上述技术方案，铜具有良好的导热性能，在切割时可以导出部分热量，防止胎体软化，提高对金刚石的把持力，铜锡合金的引入可以调整胎体的硬度和脆性，保证胎体的自锐性，钴元素具有耐高温的性能，在切割时可以避免胎体过热软化导致胎体对金刚石的把持力不足，铁粉与钴粉的性能相近，对金刚石的把持力有所提升，上述各组分在特定配比下协同作用，使胎体兼具良好的把持力、自锐性和导热性能。

8、优选的，所述电解铜粉为树枝状电解铜粉。

9、通过采用上述技术方案，树枝状电解铜粉具有不规则的枝晶结构，在布料过程中金刚石颗粒下落时，树枝状结构能够有效阻止金刚石的滚动，使金刚石能够精准定位在预定位置，从而保证均布效果的精确实现。

10、优选的，第二金刚石颗粒与二氧化硅颗粒的列间距l为第二金刚石颗粒粒径的1-1.5倍，同列相邻第二金刚石颗粒的间距为第二金刚石颗粒粒径的1-1.5倍；同行相邻的第二金刚石颗粒与二氧化硅颗粒沿列方向相互错开，且同行相邻的第二金刚石颗粒与二氧化硅颗粒在列方向上的错位量h为第二金刚石颗粒粒径的0-0.25倍。

11、优选的，所述第一金刚石颗粒呈矩阵分布，行间距为第一金刚石颗粒粒径的1.5-2倍，列间距为第一金刚石颗粒粒径的1.5-2倍。

12、通过采用上述技术方案，第二金刚石颗粒与二氧化硅颗粒的列间距l控制在1-1.5倍金刚石粒径，间距过小容易造成胎体对第二金刚石颗粒的把持力不足、第二金刚石颗粒过早脱落；间距过大则导致二氧化硅对胎体的弱化作用不明显、刀头自锐性变差，二氧化硅与第二金刚石颗粒沿列方向相互错开，使得二氧化硅颗粒在切割过程中能先于金刚石露出，更好地起到辅助切割的作用，且能够先于金刚石脱落以弱化胎体，避免金刚石磨钝后仍无法脱落。

13、优选的，所述二氧化硅颗粒的粒径与所述第二金刚石颗粒的粒径相同。

14、通过采用上述技术方案，二氧化硅与金刚石粒径相同，有利于在布料过程中实现精确的间距控制，保证均布效果的稳定性和一致性。

15、优选的，所述第一金刚石颗粒的粒度为50-70目，所述第二金刚石颗粒的粒度为35-50目。

16、通过采用上述技术方案，外层使用50-70目的高品级金刚石，粒度较细，能够同时保证刀头的锋利度和切边质量，减少崩边现象，内层使用35-50目的高品级金刚石，粒度较粗，保证切割的持续性和效率。

17、第二方面，本技术提供一种用于切割耐火砖的均布刀头的制备方法，采用如下的技术方案：

18、一种用于切割耐火砖的均布刀头的制备方法，包括以下步骤：

19、将电解铜粉、铜锡合金粉、钴粉和铁粉按配比混合，得到胎体混合料；

20、将胎体混合料装入模具中，在表层均匀布设第一金刚石颗粒，在芯层布设第二金刚石颗粒和二氧化硅颗粒，且使第二金刚石颗粒和二氧化硅颗粒呈有序间隔分布，压制得到冷压坯体；

21、将冷压坯体在780-830℃、保温时间1-2min、压力75-100kn的条件下进行烧结，得到刀头坯体；

22、对刀头坯体进行外观处理，得到均布刀头。

23、通过采用上述技术方案，采用先布料、再冷压、最后烧结的工艺路线，在布料阶段即实现金刚石和二氧化硅的有序分布，再通过烧结使胎体粉末与金刚石、二氧化硅颗粒结合为一体，控制烧结温度、保温时间以及压力条件，能够保证胎体充分致密化的同时避免金刚石过度热损伤，获得良好的胎体-金刚石结合强度。

24、优选的，所述胎体混合料在三维混料机中混料50-90min。

25、通过采用上述技术方案，三维混料机能够使各金属粉末充分混合均匀，保证胎体成分的一致性，进而保证刀头性能的稳定性。

26、综上所述，本技术具有以下有益效果：

27、1、由于本技术采用表层-芯层-表层的结构设计，表层均匀分布第一金刚石颗粒，芯层有序间隔分布第二金刚石颗粒和二氧化硅颗粒，使得金刚石在刀头中实现了精确的均布，避免了传统工艺中金刚石随机分布导致的堆积和偏析问题，大幅提高了金刚石的利用率；同时二氧化硅的引入起到了辅助切割、润滑和弱化胎体的多重作用，保证了刀头的锋利度和自锐性，二氧化硅脱落后的孔隙还能容纳切屑和冷却水，有利于降低切割温度。

28、2、本技术中优选采用特定配比的胎体配方，电解铜粉30-40%、铜锡合金10-20%、钴粉20-30%、余量铁粉，各组分协同作用，使胎体兼具良好的把持力、自锐性和导热性能；尤其是树枝状电解铜粉能够有效阻止金刚石滚动以实现精准定位，铜的良好导热性有助于切割热量的导出，防止胎体过热。

29、3、本技术的方法通过精确控制金刚石与二氧化硅的排布，实现了对刀头微观结构的精确调控；配合烧结工艺，制备出的刀头在切割氧化锆耐火砖时具有更低的切割电流和切割功率，切割效率高、切边质量好。