图1为超硬陶瓷磨具的“磨粒-结合剂-气孔”三角坐标图。图中A区为普通陶瓷磨具制造范围；C区为金属超硬磨具的制造范围；B区为超硬磨料陶瓷磨具合适的制造范围。由图可见，金属超硬磨具气孔率较小，结构致密，而陶瓷结合剂超硬磨具含有较多的气孔，气孔所占体积分数在10vol%～ 40vol%范围内。
常见的陶瓷结合剂超硬磨具主要有砂轮、油石、研磨条、磨盘和磨头等。这些制品已在工具、汽车、轴承、机床、航天、军工等行业中得到了不同程度的应用。但是，国内陶瓷结合剂超硬磨具目前的发展缓慢，产品质量低，应用效果不理想，而决定陶瓷结合剂磨具性能的关键是结合剂的性能。而结合剂性能的提高要求的烧结温度较高，但由于金刚石的热稳定性不好，在温度高于800℃的情况下，易发生氧化或石墨化等化学反应；而CBN在高温下将转变为类石墨的六方结构而失去其超硬性，并且在陶瓷结合剂中含有的起催熔作用的碱金属氧化物(Na2O、K2O、Li2O等)会在800℃以上强烈腐蚀CBN。
为充分发挥超硬磨料的磨削潜力，解决问题的思路之一是降低烧结温度，但是降低烧结温度往往意味着牺牲结合剂的强度，多年来，大家都在致力寻找这样一种低熔高强的陶瓷结合剂，既能最大限度的发挥超硬磨料的磨削能力，又能保证结合剂的把持强度。
但利用传统的方法比较困难，烧结温度高、强度低，抗冲击、抗疲劳性能差，为改善其性能及避免高温对超硬磨料的伤害，将纳米技术引入到陶瓷结合剂中，开发研制出一种新型的纳米陶瓷结合剂，以解决目前传统陶瓷结合剂存在的问题。
随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷材料也随之产生变化，由于它的粒度小、比表面积大，而表现出明显的小尺寸效应、量子尺寸效应以及表面界面效应，使之具有不同于传统陶瓷的独特性能，如强度高、韧性好、烧结温度低等。因而用纳米粉进行烧结，致密化的速度快、烧结温度低，具有在较低温度下烧结就能达到致密化的优越性。纳米陶瓷烧结温度约比传统晶粒陶瓷低400℃ ～ 600℃，烧结过程也大大缩短。
基于纳米材料的优异特性，文中采用新型纳米陶瓷结合剂，解决了陶瓷结合剂低温高强的矛盾问题，工业化应用的实践证明，采用纳米材料作为结合剂显著降低了烧结温度，大幅度提高了制品强度、韧性和耐磨性，实验结果的稳定性和重现性良好，并成功获得了工业化应用。
纳米陶瓷材料，具有不同于传统陶瓷的独特性能，而纳米陶瓷粉体的制备方法有多种，一般可分为物理方法和化学方法两大类。物理方法有蒸发-冷凝法、高效机械球磨法等；化学方法主要有化学沉淀法、化学气相法、水热法、溶胶-凝胶法、水解法、高温蔓延合成法等。
纳米陶瓷复合结合剂是在陶瓷结合剂基体中引入纳米级的颗粒、片晶、晶须和纤维等第二相而形成的一种纳米复合材料，在该材料中，至少一相为纳米尺寸。其主要性能特点是：烧结温度低，用于金刚石磨具的陶瓷结合剂烧结温度800℃ ～ 850℃；用于CBN磨具的陶瓷结合剂烧结温度850℃ ～900℃；结合剂抗折强度高于100MPa。具有良好的强度、韧性、硬度和耐磨性综合性能。
低熔点高强度纳米陶瓷结合剂适用于金刚石和立方氮化硼陶瓷砂轮，具有操作简单、性能稳定、适应性好的特点。纳米陶瓷复合结合剂分为有气孔的A类(气孔率约为30% )结合剂及无气孔的B类结合剂两种，如对气孔率有特殊要求，可以单独定制。纳米陶瓷复合结合剂适用于各种粒度的超硬磨具制造。只需按照用户对磨具粒度和浓度的要求，直接在结合剂中加入超硬磨料，经过传统的混合、成型、烧结等工序即可制成各类金刚石或CBN磨具，不需加入其它任何组分。
注意结合剂与超硬磨粒混合均匀，混料时间大于2小时。纳米陶瓷复合结合剂烧结在空气下进行，不需要保护气氛。金刚石磨具烧结温度800℃ ～ 850℃；CBN结合剂850℃ ～ 900℃ 。为了防止软化变形，成型块可以埋在石英砂或刚玉粉中烧结。根据磨具尺寸大小保温1～ 3小时。对于简单形状及小尺寸磨具，可以随炉升温，随炉冷却；对于复杂形状及大尺寸磨具，可以在升温和降温过程中，500℃～ 700℃区间设置保温平台。
该结合剂密度为2.68g /cm3。具体磨具的填料量，根据结合剂的量及超硬磨料的含量经过理论计算初步确定，计算公式如下：d(理论密度)=1/[(结合剂重量百分比/2.68) (超硬磨料重量百分比/3.52)]成型压力>30MPa；烧成收缩约10% ，取决于超硬磨料加入量及成型密度；请根据试验确定模具放尺。
由于纳米材料的细粒度及极大表面积，外观膨松，必须采用适当的压制工艺，获得较高的毛坯密度，从而提高烧结强度，减少烧成收缩。原料经过混合后，加入一定量水或活性剂水溶液，混合均匀；填入模具中，以不同压力压制成40× 8× 4mm的试块。测量毛坯密度和抗折强度。将毛坯在800℃空气环境烧结1小时，随炉冷却，测量抗折强度；用体视显微镜和场发射扫描电子显微镜观察断口显微结构。
各种粉末在成型压制过程中，颗粒摩擦造成压力损耗，压坯各处的压力分布是不均匀的，靠近压头的外表面压力高，成型密度大，而压坯芯部压力小，成型密度低，这样会导致产品密度不均匀，为了改善纳米陶瓷结合剂粉体压制性能，我们在粉体中加入水及表面活性剂水溶液。水的加入，尤其是表面活性剂水溶液明显提高了坯体的成型密度，这是因为水及表面活性剂水溶液在纳米粉体表面形成水化膜，在坯体压制过程中起了润滑作用，减少了颗粒摩擦造成的压力损耗。此外，毛坯抗折强度也随着水的加入，尤其是表面活性剂水溶液的加入明显提高，便于成型操作。
图2是湿润剂及成型压力对纳米结合剂烧结体抗折强度的影响，结果表明，在纳米陶瓷结合剂中加入20%～30%的水和适量的表面活性剂，烧结体抗折强度普遍高于100MPa。纳米陶瓷结合剂与金刚石和CBN超硬磨料润湿性良好、结合力大，在烧结过程中与超硬磨料不发生反应、不腐蚀损伤超硬磨料。
图3是纳米陶瓷复合结合剂与W5金刚石制成的超细陶瓷磨具的显微结构，由图可见超细金刚石磨料与结合剂分布均匀、结合剂对金刚石微粉浸润良好。该纳米陶瓷结合剂分为致密的和均匀气孔型两大类；按照不同的应用需要，经过烧结之后，可以获得近于无气孔的致密制品和具有均匀分布的圆形气孔，如图4所示。
在纳米陶瓷结合剂中引入造孔剂，可以获得孔径和数量可控的圆形气孔，并且根据用户要求气孔率可以在大范围调整，适合制备较大磨削接触面积的工具，如抛磨工具等。目前，随着我国先进加工领域的扩大，对陶瓷结合剂超硬工具的需求越来越多，国内超硬工具制品厂家正在积极开发陶瓷结合剂金刚石和CBN工具，一些工具种类已成功取代了昂贵的进口工具。但是，国内超硬工具制品厂家自行配制、融制玻化陶瓷结合剂，工序繁杂，影响结合剂性能的因素众多，导致制品稳定性差。
采用纳米陶瓷结合剂，有一定工具制造基础的厂家就可以直接使用，工艺和工序简化，投资少，极易上马，有利于开发出适合用户自己市场特色的各类工具。纳米陶瓷复合结合剂适用于各种粒度，尤其是制造细粒度、微粉、精细磨削工具和刃磨工具，具有普通陶瓷结合剂不可比拟的优势。
