一種耐高溫高強立方氮化硼砂輪陶瓷結合劑及其製備方法與流程
2023-07-14 05:39:36 2
本發明涉及超硬材料結合劑領域，尤其是涉及一種耐高溫高強立方氮化硼砂輪陶瓷結合劑及其製備方法。
背景技術：
隨著科學技術的發展，人們對工件的精度要求越來越高，機械加工也正在向高質量、高效率、高精度以及自動化方向發展，近年來，陶瓷結合劑金剛石砂輪的應用範圍越來越廣，市場規模不斷擴大，目前，國際上整個陶瓷結合劑立方氮化硼砂輪的市場規模不低於25億美元，且該市場份額還在以每年18％的速度快速增長。
在我國磨削行業中，陶瓷結合劑金剛石磨具的用量較少，這是由於陶瓷結合劑立方氮化硼磨具的製備還處於實驗室研發階段，且使用性能不太理想。雖然陶瓷結合劑金剛石磨具在加工精度和磨削效率上遠遠優於其它兩類磨具，但是陶瓷結合劑立方氮化硼磨具在價格上高於樹脂磨具，在耐用度上低於金屬磨具。而近年來，隨著用戶對加工工件質量的要求越來越高，國內一些廠家開始採用國外進口的陶瓷結合劑立方氮化硼砂輪進行加工，但是國外進口陶瓷結合劑金剛石砂輪價格相當昂貴，是國產陶瓷結合劑立方氮化硼砂輪價格的5倍以上，這極大的增加了工件的加工成本，影響我國製造業在全球市場上的競爭力，也影響了我國整個磨削行業的技術提升。
為解決上述問題，中國專利cn101037325a公開了一種「立方氮化硼砂輪陶瓷結合劑」，它是包含sio245～70％、al2o35-25％、b2o31-15％、na2o2-12％、li2o2-12％、zro21-10％、p2o51-10％、bao1-10％，經熔煉研磨的粉末，雖然其降低了陶瓷結合劑的耐火度，並提高了抗彎強度，但也存在如下不足:一是陶瓷結合劑的成分較複雜，球磨混料均勻性難以控制；二是提高的陶瓷結合劑性能有限，在當今對磨削速度要求越來越高的背景下，很難與國外進口的立方氮化硼砂輪競爭市場，因此，目前很有必要製備出耐高溫高強陶瓷結合劑，為國內加快擺脫立方氮化硼砂輪的進口。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種耐高溫、低膨脹係數以及具有較高抗彎強度的耐高溫高強立方氮化硼砂輪陶瓷結合劑及其製備方法。
為了實現上述的技術目的，本發明的技術方案為：
一種耐高溫高強立方氮化硼砂輪陶瓷結合劑，其各原料組分及重量百分含量如下：
進一步，所述原料中碳化矽晶須的粒徑為5～100nm。
一種耐高溫高強立方氮化硼砂輪陶瓷結合劑的製備方法，其包括如下步驟：
(1)按配方比例分別稱取二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、氧化硼、二氧化鋯和碳化矽晶須；
(2)將稱取所得的二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、氧化硼、二氧化鋯和碳化矽晶須加入到球磨機中進行幹磨混合均勻，然後再將混合後的物料加入到氧化鋁坩堝中；
(3)將裝有混合物料的氧化鋁坩堝置於真空高溫爐中，並在1300～1400℃的條件下進行保溫1～2h，對氧化鋁坩堝中的混合物料進行熔煉；
(4)將經過步驟(3)熔煉後的混合物料導入球磨機中進行溼球磨23～25h；
(5)將經過溼球磨後的混合物料置於真空乾燥箱中乾燥2.5～3.5h；
(6)將步驟(5)乾燥後的混合物料通過240～260目的篩網過篩，即可製得所需的耐高溫高強立方氮化硼砂輪陶瓷結合劑。
進一步，所述步驟(2)中球磨機的研磨球為硬質合金材質，其中研磨球與待研磨物料的混合比為2：1，研磨轉速為200r/min。
進一步，所述步驟(4)中球磨機的研磨球為硬質合金材質，其中研磨球與待研磨物料的混合比為5：1，研磨轉速為400r/min，球磨介質為無水乙醇。
進一步，所述步驟(5)中真空乾燥箱的乾燥溫度為75℃。
採用上述的技術方案，與現有技術相比，本發明的有益效果為：通過在基礎的二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、氧化硼、二氧化鋯原料中加入粒徑為5～100nm的碳化矽晶須，使得立方氮化硼砂輪陶瓷結合劑的性能指標得到了大大提高，其各項性能指標可以達到：耐火度為850℃，抗彎強度為105mpa，熱膨脹係數為3.4×10-6/℃，與立方氮化硼的熱膨脹係數(3.5×10-6/℃)相匹配，提高了立方氮化硼砂輪的磨削能力並大大延長了砂輪的使用壽命。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的闡述：
圖1為本發明碳化矽晶須的電鏡圖。
具體實施方式
一種耐高溫高強立方氮化硼砂輪陶瓷結合劑，其各原料組分及重量百分含量如下：
進一步，所述原料中碳化矽晶須的粒徑為5～100nm，其中碳化矽晶須的電鏡圖如圖1所示。
一種耐高溫高強立方氮化硼砂輪陶瓷結合劑的製備方法，其包括如下步驟：
(1)按配方比例分別稱取二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、氧化硼、二氧化鋯和碳化矽晶須；
(2)將稱取所得的二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、氧化硼、二氧化鋯和碳化矽晶須加入到球磨機中進行幹磨混合均勻，然後再將混合後的物料加入到氧化鋁坩堝中；
(3)將裝有混合物料的氧化鋁坩堝置於真空高溫爐中，並在1300～1400℃的條件下進行保溫1～2h，對氧化鋁坩堝中的混合物料進行熔煉；
(4)將經過步驟(3)熔煉後的混合物料導入球磨機中進行溼球磨23～25h；
(5)將經過溼球磨後的混合物料置於真空乾燥箱中乾燥2.5～3.5h；
(6)將步驟(5)乾燥後的混合物料通過240～260目的篩網過篩，即可製得所需的耐高溫高強立方氮化硼砂輪陶瓷結合劑。
進一步，所述步驟(2)中球磨機的研磨球為硬質合金材質，其中研磨球與待研磨物料的混合比為2：1，研磨轉速為200r/min。
進一步，所述步驟(4)中球磨機的研磨球為硬質合金材質，其中研磨球與待研磨物料的混合比為5：1，研磨轉速為400r/min，球磨介質為無水乙醇。
進一步，所述步驟(5)中真空乾燥箱的乾燥溫度為75℃。
實施例
一種耐高溫高強立方氮化硼砂輪陶瓷結合劑的製備方法，其包括如下步驟：
(1)按配方比例分別稱取二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、氧化硼、二氧化鋯和碳化矽晶須；
(2)將稱取所得的二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、氧化硼、二氧化鋯和碳化矽晶須加入到球磨機中進行幹磨混合均勻，其中，球磨機的研磨球為硬質合金材質，研磨球與待研磨物料的混合比為2：1，研磨轉速為200r/min，球磨結束後，再將混合後的物料加入到氧化鋁坩堝中；
(3)將裝有混合物料的氧化鋁坩堝置於真空高溫爐中，並在1350℃的條件下進行保溫1～2h，對氧化鋁坩堝中的混合物料進行熔煉；
(4)將經過步驟(3)熔煉後的混合物料導入球磨機中進行溼球磨24h，其中，球磨機的研磨球為硬質合金材質，研磨球與待研磨物料的混合比為5：1，研磨轉速為400r/min，球磨介質為無水乙醇；
(5)將經過溼球磨後的混合物料置於真空乾燥箱中以75℃的溫度進行乾燥3h；
(6)將步驟(5)乾燥後的混合物料通過250目的篩網過篩，即可製得所需的耐高溫高強立方氮化硼砂輪陶瓷結合劑。
按照上述實施例所述的方法對如下4組配方體系進行分別制樣，其中單位為份：
然後將對應配方號所製得的耐高溫高強立方氮化硼砂輪陶瓷結合劑與立方氮化硼磨料和輔料進行充分混合，再壓製成測抗彎強度所需尺寸的試樣條，並將其依序放入到真空燒結爐中以810℃的溫度進行燒結，燒結結束後，將試樣條隨爐自然冷卻，其中配方號1、2、3、4對應所製得的試樣條為試樣1、試樣2、試樣3和試樣4，將各試樣進行表面打磨後，分別進行測試其耐火度和抗彎強度以及測試其熱膨脹係數，具體測試方法遵循標準gb/t7322-2007《耐火材料耐火度試驗方法》、gb/t6569-2006《精細陶瓷彎曲強度實驗方法》和gjb332a-2004《固體材料線性膨脹係數測試方法》。
其中所得測試結果如下：
以上所述為本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，根據本發明的教導，在不脫離本發明的原理和精神的情況下凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化、修改、替換和變型，皆應屬本發明的涵蓋範圍。