建筑陶瓷与烧结型金刚石陶瓷切割锯片
中国很早以前即开始生产建筑陶瓷产品，著名的“秦砖汉瓦”就是它们的代表。“青砖瓦舍”一直是古代建筑的必备元素。
具有现代意义的建筑陶瓷产品生产始于上世纪八十年代。人们对于居住环境视觉美的追求和城市化是推动建筑陶瓷产品迅速发展的强力引擎。经过近三十年的发展，中国的建筑陶瓷产量已占据全世界50%，产品出口到200个国家和地区。2009年墙地砖产量达到54亿平方米，连续6年处于世界第一的位置。
以墙地砖为主的建筑陶瓷产品在生产和使用过程中都面临切割加工的问题。人们有必要对建筑陶瓷产品本身特点和烧结型金刚石陶瓷切割锯片性能方面作深一步的了解。
一、陶瓷的分类
人们惯常于把“陶”和“瓷”连在一起称呼。其实，二者虽同为以粘土、长石、石英等为原料制成的“土”制品，但由于制作技术和工艺的差异，陶和瓷存在着明显的不同。
在人类的文明史中，陶器的出现至少已有二、三万年历史，远远早于瓷器。公元前4000年左右伊朗地区就有了陶瓷业。而在古代中国，仰韶文化时期（公元前5000到公元前3000年）陶瓷业已经高度发达。
陶器又被称为“瓦器”，其断面粗糙，气孔很多，吸水率高（﹥6%），硬度不高。
瓷器则是以瓷土（高岭土）为主烧制而成，外表层部分往往涂以釉层，其断面緻密、细腻，表面有光泽，吸水率极低（﹤6%），质地坚硬，声音清脆悦耳。自古民间就有“没有金刚钻，不揽瓷器活”的说法，表明瓷器是古已有之的“难加工材料”。
还有一类介于陶、瓷二者之间的粘土制品称为“炻器”，又称“缸器”，较少为人所知。
历经数万年发展到现在，陶瓷家族已经十分庞大。
现代材料分类学把传统陶瓷和现代发展起来的新型精细陶瓷统称为“狭义陶瓷”。而“广义陶瓷”包罗的内容更为宽泛，举凡无机体金属材料、水泥、玻璃、耐火材料和砖瓦等等硅酸盐矿物材料为主的制成品以及狭义陶瓷材料统统属于这一范畴。
建筑陶瓷则主要指砖、瓦类制品，如常见的外墙砖、地砖、红瓦、青瓦、红砖、青砖、琉璃瓦、瓦当、瓦饰等等。
二、建筑陶瓷的特点及对切割加工质量的要求
建筑陶瓷与人们的生活关系极为密切。“抬头是墙砖，低头见地砖”，以墙地砖为主要代表的建筑陶瓷色彩多样，形态各异，质地不同，装扮出现代人类多姿多彩的居住、工作环境。
墙地砖大体上可以分为三种类型：
1、釉面砖：表面有玻璃质薄层，表层硬度较高，但表层以下硬度不高，吸水率高。
2、硬质外墙砖：硬度中等，吸水率不高。又可细分为“粉质”和“石英质”二种，后者密度、硬度均大于前者，而吸水率低于前者。
3、玻化砖（又称石英砖）硬度最高，吸水率低。
在制造和装修过程中，为保证几何尺寸的要求，往往需要对墙地砖制品进行切割。nextpage
切割加工的要求：
第一、切割效率。墙地砖的切割也不例外。因此所用工具必须锋利。
第二、由于陶瓷是硬脆材料，墙地砖的外观质量又与“形象工程”相关，对切割断口即“崩边”（也称“爆边”）的质量要求自然很高。
第三、需要切割工具在满足上述两个要求的前提下能有适中的使用寿命。当然，如是“DIY”(DO IT YOURSELF)类产品则不必做过高的要求。因为个人装修的切割总量不可能太大，故对锯片寿命要求不敏感。
三、烧结型金刚石陶瓷切割锯片设计生产中的部分共性问题。
尽管建筑陶瓷硬度较高（特别是玻化砖）但与金刚石的硬度相比仍然是“小巫见大巫”。以金刚石切割工具对付陶瓷是再自然不过的选择。但问题并不是两种物质之间的硬度“角力”那样简单。“一刀两断”不难，难在既要切割锋利，又要保证切口平整、崩边轻微。
众所周知，烧结金刚石切割锯片的结构分为三部分，即：
1、工作部分（又称“刀头”、“齿”、“节块”）由金刚石晶体和金属结合剂构成。
2、供焊接用的非金刚石层部分（也有不用此层的）。
3、基体由65Mn或其他钢材如50Mn、50Mn2v、T12、T10等制成。对刚度、平直度、张应力、平行度、径向跳动、端面跳动都有严格要求。
从断裂力学理论的角度看，建筑陶瓷破坏韧性低，其切割断口的形成是运动中的金刚石晶粒引起的陶瓷材料局部表面不断发生的脆性断裂的结果。
使用粗颗粒高温度金刚石有助于高速去除建筑陶瓷材料，从而提高切割锯片的锋利度，但陶瓷表面的断裂程度加剧则会影响到端口表面质量（即“崩边”效果）。
有鉴于此，烧结型锯片对金刚石晶粒分布采取多层不同粒度的方式是符合逻辑的。工作层的两侧与锯片侧隙等高部分采用60／80—100／120金刚石，工作层中部（超过刀头总体积50%）采用50／60的粗金刚石。这样就可以获得“锋利而爆边也轻微”的切割效果。
金刚石工作层采用的结合剂成份及其密度对烧结锯片的工作状况也有非常重要的作用。把持力过强，锯片自锐性差，锯片锋利度衰减快；反之，则锋利度偏低。研究表明，采用Fe—Cu—Sn三元素高脆性结合剂配方，辅以必要的添加剂，可以很好地解决这一矛盾。
金刚石切割锯片的烧结工艺精细化问题目前并未引起普遍关注。不论是使用箱式炉、井式炉、钟罩炉、加压烧结炉还是连续烧结炉，生产厂商大多只满足于遵循传统“结合剂主成份熔点60—80%值”烧结工艺，而忽略了烧结对基体金相组织变化的影响。大量事实证明，基体金相组织状态影响锯片切割效果，其中包括锋利度、自锐性、稳定性、崩边等。值得厂家深思，不能“只顾刀头，不顾基体”。
根据笔者的实践，较为理想的烧结型金刚石陶瓷切割锯片应具备以下要素：
1、金刚石：粗、细合理分层排布；
2、金属结合剂：低合金化的脆性结合剂；
3、基体：薄型、窄缝、刚度好、采用能获得合理金相组织状态的烧结工艺。
当然，如能配置高速、桥式（或门式）切割机，锯片的切割效果将更为突出。这就需要与锯片切割设备制造商密切配合，方能达到“好马配好鞍”的宏观效果。
写到这里，笔者想顺便提及金刚石陶瓷材料切割锯片的更新类型，即“电铸—钎焊—组合”式锯片，它的制作能耗低，占用空间少，设备投资不大，基体可以反复使用，同规格单件生产综合成本远远低于烧结型切割锯片，而且锋利度及崩边效果很好，性能稳定，所需切割功率也低于传统烧结型金刚石陶瓷切割锯片，具有很好的发展前景。
作者：西部车床，如若转载，请注明出处：https://www.lathe.cc/2024/02/6725.html