CN101195517B - 低温高强微晶玻璃陶瓷结合剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于制备金刚石和立方氮化硼超硬材料磨削工具的低温高强微晶玻璃陶瓷结合剂，其原料组分及重量百分比含量为：40～70％SiO2，5～25％B2O3，2～5％Al2O3，2～15％Na2O，2～5％K2O，2～4％MgO，2～4％CaO，1～10％Li2O，2～5％ZrO2，2～5％Sb2O3。采用粉末烧结的方法获得微晶玻璃，其烧结析晶温度为700～920℃，热膨胀系数为4～10×10-6/℃，抗弯强度可达160～200MPa，与立方氮化硼和金刚石粉料结合而制备的磨削工具可以满足160m/s及以上的使用速度。本发明的有益效果是，结合剂的烧结温度低、热膨胀系数低、强度高。

Description

低温高强微晶玻璃陶瓷结合剂
技术领域
本发明是关于金刚石和立方氮化硼超硬材料磨削工具的，尤其涉及制备金刚石和立方氮化硼超硬材料磨削工具用的结合剂。
背景技术
任何工件或制品的形状和精度几乎都需要通过加工来完成和保证，区别只是加工方式而已。任何加工工具的硬度必大于被加工工件的硬度，才能有效完成其使命。金刚石和立方氮化硼是目前世界上最硬的两种材料，统称为超硬材料，基于其超硬特点，二者作为加工工具，可大大提高加工工具的形状保持性、耐用度、加工效率、加工精度、加工工具寿命等，并进而降低工件的加工成本，因此其应用不断扩大，已从金属加工发展到了光学玻璃加工、石材加工、陶瓷加工、硬质合金等传统加工难以进行的领域，大有取代传统普通加工工具之势。
在超硬材料的结合剂中，以陶瓷结合剂发展最快。在世界范围内，陶瓷结合剂超硬材料工具的比例已上升到50％以上，呈迅速增长之势。这是由于陶瓷结合剂超硬材料工具加工效率高，形状保持性好，耐用度高，易于修整，使用寿命长，因而成为高效、高精度加工的首选工具。
由于超硬材料在高温下易氧化分解，所以其烧结温度不能超过1000℃，否则会影响超硬材料的超硬特性发挥，而且烧结温度越低越有利于超硬材料超硬特性的保持。而一般陶瓷材料在这样的温度下难以烧结，因此不能作为超硬材料的结合剂。我们通常所说的“陶瓷结合剂”实为一种玻璃结合剂。
微晶玻璃是指通过玻璃热处理来控制晶体的生长发育而获得的一种多晶材料。它既具有玻璃的基本性能也具有陶瓷多晶体的特征，所以又称为玻璃陶瓷。玻璃陶瓷可以通过控制玻璃的析晶过程而控制析出晶体的组成、含量，从而调节材料的性能。一般玻璃陶瓷的强度远高于母体玻璃，并具有可调的热膨胀系数，更好的耐腐蚀性等性能，是一类性能优良并有挖掘潜力的材料。低温微晶玻璃作金刚石或立方氮化硼的结合剂，不仅在热膨胀系数上与金刚石或立方氮化硼能够更好的匹配，相对普通陶瓷结合剂(玻璃)结合金刚石或立方氮化硼磨削工具也是提高强度的有效途径，同时还可以改善磨削工具在使用中耐磨削液的腐蚀性，增加其耐用度。因此，采用微晶玻璃作为陶瓷结合剂制备磨削工具是进一步满足高速、高效、长寿命磨削工具之市场所需的有效途径。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种烧结温度低、热膨胀系数低、强度高的微晶玻璃陶瓷结合剂。
本发明的微晶高强玻璃陶瓷结合剂其原料组分及重量百分比含量为：40～70％SiO2，5～25％B2O3，2～5％Al2O3，2～15％Na2O，2～5％K2O，2～4％MgO，2～4％CaO，1～10％Li2O，2～5％ZrO2，2～5％Sb2O3。
采用粉末烧结的方法而获得微晶玻璃，其烧结析晶温度为700～920℃，热膨胀系数为4～10×10-6/℃，抗弯强度+9达160～200MPa。
所述结合剂与立方氮化硼和金刚石粉料而制备的磨削工具可以满足160m/s及以上的使用速度。
本发明的有益效果是，提供了一种烧结温度低(低于920℃)、热膨胀系数低、强度高的微晶玻璃陶瓷结合剂。
具体实施方式
下面结合本发明的发明构思和具体实施例对本发明作进一步描述。
随着加工技术和数控技术的不断进步和新材料的不断涌现，对加工工具的要求也越来越高，尤其是对工具的加工效率、使用速度、使用寿命的要求越来越高，因此，要求加工工具的磨粒锋利度、强度、耐加工冷却液的侵蚀性也越来越高，而这些因素除了与磨料本身的性能有关外，更与工具中结合剂本身的性能有关。对于微晶玻璃陶瓷结合剂来说，微晶玻璃不仅强度远高于一般玻璃和母体玻璃，耐蚀性也远高于一般玻璃，而且一般来说随着微晶玻璃中晶体含量的增加，各项指标亦有所提高。
本发明采用常规的化工原料和常规的粉末烧结的制备方法，将按配比称取的原料，经混合、熔炼、淬冷、粉碎而制得玻璃粉，这种玻璃粉低温下(低于920℃)经热处理而析晶，当其作为超硬材料工具的结合剂时，在合适的烧结温度下即可经保温热处理而析晶，而成为一种微晶玻璃结合剂。
结合剂的具体实施例详见见表1。
表1
  №  实施例1   实施例2  实施例3   实施例4  实施例5   实施例6
  SiO2(％)   51   62   55   40   58   70
B2O3(％) 17 12 15 25 10 5
  Al2O3(％)   2   2   3   2   5   2
  Na2O(％)   10   5   5   15   5   2
  K2O(％)   4   2   3   5   2   2
  MgO(％)   4   3   5   3   2   2
  CaO(％)   2   4   2   3.5   3   2
  Li2O(％)   3   5   5   1   7   10
  ZrO2(％)   2   2.5   3   3.5   5   3
  Sb2O3(％)   5   2.5   4   2   3   2
  析晶温度(℃)   720   840   720   700   800   920
实施例1～6的具体析晶温度即为结合剂的烧结温度。可根据超硬材料和具体性能要求的不同而设计和制备不同析晶温度的结合剂。
以实施例6为例，本发明的低温微晶玻璃陶瓷结合剂的具体制备过程为：
首先按质量百分比称取各组分，经均匀混合后，放入高温炉中在1300℃下进行充分的熔炼，再淬冷、烘干、研磨，过180目筛，制成可在低温下经热处理而析晶的玻璃粉。这种玻璃粉，当其作为超硬材料工具结合剂时，可经920℃烧成、保温热处理，使玻璃粉析晶而转变为微晶玻璃，而成为一种微晶玻璃结合剂。采用此微晶玻璃结合剂制备的立方氮化硼磨削工具强度相对于普通陶瓷结合剂结合的立方氮化硼磨削工具强度可提高60％以上，耐磨削冷却液的侵蚀性提高20％以上。
本发明是一种可低温析晶的微晶玻璃陶瓷结合剂，其作为超硬材料工具的结合剂不仅可提高这类工具的加工效率以及使用速率，还可以增加结合剂本身的耐蚀性，使加工工具适应更宽广的加工冷却液，同时提高了工具的耐用度。
本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。

Claims (2)

1.一种低温高强微晶玻璃陶瓷结合剂，其特征在于，其原料组分及重量百分比含量为：40～70％SiO2，5～25％B2O3，2～5％Al2O3，2～15％Na2O，2～5％K2O，2～4％MgO，2～4％CaO，1～10％Li2O，2～5％ZrO2，2～5％Sb2O3。
2.根据权利要求1的低温高强微晶玻璃陶瓷结合剂，其特征在于，采用粉末烧结的方法而获得微晶玻璃，其烧结析晶温度为700～920℃，热膨胀系数为4～10×10-6/℃，抗弯强度达160～200MPa。
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