团聚磨料通常是指在普通磨料的基础上被研制出的一种新型磨料，也可称为堆积磨料，是用陶瓷结合剂或树脂结合剂将大量细小的、形貌不规则的磨料粘结在一起形成具有一定尺寸、形状和强度的组合磨粒团。普通磨料在磨削进行到一定程度后，磨具表面的磨粒已经钝化，导致磨削效率下降，此时需暂停磨削加工并对磨削工具进行修整，这会导致生产效率的下降，使得加工成本提高。而使用由团聚磨料制备的工具进行磨削加工时，团聚磨料表层的磨料钝化后，在一定压力下，钝化磨料会从团聚磨料上破碎脱落，同时新的磨料继续参与磨削，因此由团聚磨料制备的磨具的修整次数会显著的减少。

团聚磨料的三要素为磨料、气孔和结合剂。磨料是磨削加工的主要材料；结合剂是将细小的磨料粘接在一起组成大磨粒团并且具有一定强度的粘接剂；在磨削的过程中，气孔具有暂时储存磨屑，防止磨屑滞留在工件表面对工件产生划伤的作用，另外气孔还可以储存部分冷却液，防止工件由于磨削温度过高而被烧伤。

上世纪80年代，美国3M公司将大量亚微米级的氧化铝利用sol-gel技术制备成了团聚磨料，制备出的团聚磨料的自锐性和磨削性能均较好，这项研究也给精密加工领域带来了翻天覆地的变革。尽管这些技术能够改善磨料的粒度，但是通过这种方法制备的团聚磨料还存在很多缺点，如制备出的团聚磨料形貌不规则，利用这些磨料进行磨削加工，被加工工件表面粗糙度较大。经过大量研究发现，球形和类球形团聚磨料的形貌规则，切削刃分布均匀，使用这类磨料加工工件时，能显著的降低工件表面粗糙度。

近球形堆积磨料结构示意图

金刚石团聚磨料

团聚（堆积）磨料的造粒原理与其他行业物质造粒略有不同。磨料因其本身形貌与性质决定，固体粒子间的吸引力相对较小，颗粒与颗粒之间产生堆积主要来自可自由流动液体产生的表面张力和毛细管力和不可流动液体产生的粘接力，在粒子之间形成固体桥。使用某些特殊的造粒方法，还可以使堆积磨料产生粒子间机械镶嵌，这样可以提高颗粒本身的机械强度，从而提升性能。细节如图所示，(A)为造粒原料表面附着液层相连接；(B)为造粒原料通过固体桥连接；(C)为造粒原料之间的机械镶嵌。

磨料之间的连接方式

团聚磨料的制备方法

团聚磨料使用的单颗粒磨料分为普通磨料（SiC、刚玉）和超硬磨料（金刚石、立方氮化硼），结合剂与磨具相似也可以分为金属结合剂、陶瓷结合剂和有机结合剂。

团聚磨料的粘接主要是自由流动液体产生的界面张力与毛细管力还有不可流动液体产生的粘接力，通过某些特殊的造粒方式如滚粒、挤压、压块预烧、溶胶凝胶等促进磨料与结合剂之间的粘接，通过这些手段使所形成的颗粒形状一致、尺寸均匀。

1.预烧结破碎法

预烧结破碎法制备团聚磨料，一般采用树脂或低温陶瓷为结合剂。

先将结合剂与磨料混合，加入临时粘接剂，压制成型，低温干燥使其具有一定强度，随后破碎筛分成所需粒径团聚磨料。

团聚磨料中结合剂的体积含量为20%~75%，形状可以为球形、条形、近球形等。采用粉末烧结法制备团聚磨料，工艺简单，成本较低，适合大规模工业生产，可制得粒径较大的团聚磨料，但是此方法造粒球形度不好，粒度控制不易，磨料得率较低。

2.滚粒法

滚粒法制备多用于树脂或陶瓷结合剂团聚磨料的制备。

传统滚粒法先将原料混合均匀，倒入滚动的造球机中，逐渐往造球机中喷入临时粘接剂，原料逐渐被临时粘接剂粘接，进而团聚成球，得到类聚晶磨料；也可以先制备结合剂溶胶，再在造球机中造球，造球机转动稳定后，以雾状形式喷入少量溶胶，再以雾状形式喷入磨料，多次重复此过程，最终制得团聚磨料。

滚粒法制备团聚磨粒粒径受结合剂含量，造球机转速以及造球时间等因素影响。滚粒法制备的团聚磨粒，工艺简单，球形度好，但粒度不均匀且较大，制备成本较高。

造球机

3.压力喷雾干燥法

喷雾干燥法主要用于陶瓷结合剂团聚磨料制备，其结合剂可以为低温陶瓷结合剂干粉或铝溶胶与酸性硅溶胶混合溶胶。

以低温陶瓷干粉为结合剂，先将陶瓷结合剂与磨料混合均匀，加去离子水制成合适浓度的料浆，用喷雾干燥机进行喷雾造粒。以混合溶胶为结合剂，采用溶胶凝胶法将磨料、溶胶、辅料混合成溶胶，用喷雾干燥机造粒。

喷雾干燥法制备团聚磨粒是目前机械化程度最高，工艺最成熟的方法，采用此方法制备的团聚磨粒球形度好，粒度均匀且可以控制，尤其是在细粒度团聚磨料的制备中起了不可替代的作用，但喷雾干燥设备昂贵，工艺复杂，很难大规模工业生产。

喷雾干燥机

4.反相微乳液法

反相微乳液法制备球形团聚磨料就是将磨料分散在硅溶胶中，再将混合浆料缓慢加入高速搅拌的微乳液体系中，在微乳液体系中混合料浆会自发的分散成无数个球形液滴，充分搅拌后，这些球形液滴中的硅溶胶会与微乳液体系中的无水乙醇和异辛醇发生反应形成球形凝胶颗粒，与此同时磨料也均匀的分布在凝胶颗粒中，这些凝胶颗粒经过干燥和高温煅烧后，异辛醇等有机物充分分解，最终获得由无机陶瓷结合剂包覆的金刚石的团聚磨料。

该方法不仅能够制备出粒度分布均匀，而且不需要传统的大型高温喷雾干燥装置即可获得形状稳定的球形凝胶颗粒。

反相微乳液聚合法反应示意图

参考来源：

1.类多晶（堆积）磨料的研究现状与应用，陈春晖、陈哲、刘一波、黄霞（超硬材料工程）；

2.堆积磨料的研究开发与应用，栗正新、王兆武（中原工学院学报）；

3.团聚磨料高效研磨垫的制备与性能研究，刘菊（湖南大学）。

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