CN101200347A - 一种用作超硬材料砂轮结合剂的微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用作超硬材料砂轮结合剂的微晶玻璃及其制备方法，方法是，用石英、硼酸、氧化铝、氧化锌、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸镁作基础玻璃原料，氟硅酸钠作晶核剂，将其熔炼成玻璃，然后水淬，破碎制成玻璃粉；再将该玻璃粉压制成型、烧结，并在一定温度下晶化，制得微晶玻璃；微晶玻璃主晶相为氟金云母，晶体结构为六方片状结构，晶粒尺寸为1μm－2μm。本发明的微晶玻璃可代替陶瓷作为超硬材料砂轮的结合剂可大幅度提高超硬材料砂轮的强度，从而提高砂轮的使用速度和寿命；它还集中了玻璃和陶瓷的优良性能，如耐磨、耐腐蚀、抗氧化性好、电学性质优良、膨胀系数可调、热稳定性好等，可广泛用作结构材料、光学材料、电学材料、建筑材料等。

Description

一种用作超硬材料砂轮结合剂的微晶玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用作超硬材料砂轮结合剂的微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

砂轮是机械加工中的重要工具，它依靠结合剂将松散的颗粒状的磨料结合在一起。由于砂轮磨削时受到较大的冲击力，并需要高速旋转，因而其强度是保障安全和有效使用的前提。以往制备砂轮的结合剂有树脂、橡胶、金属、陶瓷、玻璃等，其中以陶瓷结合剂为最多。现用的陶瓷结合剂主要为玻璃或陶瓷，因此有烧结温度高、强度低，抗冲击韧性较低等缺点。

微晶玻璃是一种玻璃与晶体共存的多晶固体材料，集中了玻璃和陶瓷的优良性能，如机械强度高、耐磨、耐腐蚀等。采用微晶玻璃作为超硬材料砂轮结合剂，可利用低熔点微晶玻璃，把超硬材料砂轮的烧结温度控制在900℃以下；并且微晶玻璃具有比普通陶瓷较少的内部缺陷和更细小的结晶结构，经过核化晶化处理以后的微晶玻璃具有较高的强度和耐磨性，因而采用微晶玻璃作为超硬材料砂轮结合剂，可以大幅度增加超硬材料砂轮的强度和结合力，从而提高砂轮的使用速度、安全系数和使用寿命。

制备微晶玻璃除了选择合适的基础玻璃组成以外，还必须选择合适的晶核剂，目前研究比较多的晶核剂主要为TiO₂、Cr₂O₃及氟化物等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，为了开发高强度的超硬材料磨具用陶瓷结合剂，提出一种用作超硬材料砂轮结合剂的微晶玻璃及其制备方法，它以氟金云母体系为基础玻璃，以Na₂SiF₆为晶核剂，利用氟化物玻璃的乳浊效应，促使玻璃核化，配合相应的热处理制度，制备出高强度的氟金云母体系微晶玻璃结合剂。

本发明的技术方案之一是，所述用作超硬材料砂轮结合剂的微晶玻璃的制备方法是：

(1)制备基础玻璃使用的重量百分比原料有：

石英(SiO₂)     35％-40％，  硼酸(H₂BO₃)     15％-20％，

氧化铝(Al₂O₃)  6％-8％，    氧化锌(ZnO)     4％-7％，

碳酸锂(Li₂CO₃) 5％-8％，    碳酸钠(Na₂CO₃)  1％-3％，

碳酸钾(K₂CO₃)  5％-7％，    碳酸镁(MgCO₃)   10％-15％；

作为晶核剂的氟硅酸钠(Na₂SiF₆)5％-8％，

(2)制备工艺步骤：

a.按上述配方称取各种原料，球磨混合均匀，装入高铝质坩埚中，在电炉中升温至1280℃-1320℃，达到预定温度后保温0.8h-1.2h(小时)，得玻璃熔液；

b.将玻璃熔液倒入水中水淬，水淬后的玻璃碎渣用球磨机球磨0.8h-1.2h，烘干后，过200目筛，得玻璃粉料；

c.把玻璃粉料压制成试样，干燥后放入高温炉内，升温速率为3℃/min-5℃/min，达到850℃-880℃后保温40min-60min；

d.以2℃/min-3℃/min的速率降温至750℃-780℃，然后再保温1.8h-2.2h，最后自然冷却至常温，即获得微晶玻璃。

本发明的技术方案之二是，用作超硬材料砂轮结合剂的微晶玻璃的表征为：主晶相为氟金云母，晶体结构为六方片状结构，晶粒尺寸为1μm-2μm，其重量百分比化学成份是：

SiO₂` 45-50，Al₂O₃   8-12，  ZnO    5-8，

MgO   6-10， Na₂O    2-4，   B₂O₃   10-15，

Li₂O  3-5，  F       4-7，   K₂O    5-8。

以下对本发明做出进-步说明。

本发明以氟硅酸钠作为晶核剂，以氟金云母体系为基础玻璃体系，将5％-8％的晶核剂加入到基础玻璃中，在1280℃-1320℃下熔炼成玻璃，然后水淬，破碎制成玻璃粉；再将该玻璃粉压制成型，在850℃-880℃烧结，并在750℃-780℃晶化，制得微晶玻璃。

本发明所得微晶玻璃晶粒尺寸为1-2μm(参见图1)，晶体结构为六方片状结构，主晶相为氟金云母，抗折强度107.5MPa，显微硬度10.8GPa，耐水性2.843×10^-4Kg/m²，耐酸性5.897×10^-4Kg/m²，耐碱性3.023×10^-4Kg/m²，密度2.87×10³Kg/m³，有较低的软化点，用来作为超硬材料砂轮的结合剂，可将砂轮的烧结温度控制在900℃以下；并且经过核化晶化处理以后的氟金云母微晶玻璃具有普通玻璃3～4倍的强度，普通陶瓷1.5～2.5倍的强度。采用该微晶玻璃代替陶瓷作为超硬材料砂轮的结合剂可大幅度提高超硬材料砂轮的强度，从而提高砂轮的使用速度和寿命(参见图2)。同时，本发明的氟金云母微晶玻璃是一种玻璃与晶体共存的多晶固体材料，集中了玻璃和陶瓷的优良性能，如耐磨、耐腐蚀、抗氧化性好、电学性质优良、膨胀系数可调、热稳定性好等。该微晶玻璃还可作为结构材料、光学材料、电学材料、建筑材料等，广泛应用于国防、工业、建筑及生活的很多方面。

附图说明：

图1是微晶玻璃显微结构扫描电子图；

图2是用微晶玻璃制备的砂轮的显微结构扫描电子图。

具体实施方式

制备基础玻璃采用的原料有：工业用石英、硼酸、氧化铝、氧化锌、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸镁等，并采用氟硅酸钠作为晶核剂，原料的配比范围示于下表：

按照上表所示配方称取各种原料，球磨混合均匀，装入高铝质坩埚中，在电炉中升温至1300℃，达到预定温度后保温1小时，将玻璃熔液倒入水中水淬，水淬后的玻璃碎渣用球磨机球磨1h(800r/min)，烘干后用200目筛过筛后备用；烧成和晶化处理过程是把过筛后的玻璃粉料压制成试样，干燥后放入高温炉内，升温速率为3～5℃/min，达到850～880℃后保温40～60min，再以2～3℃/min的速率降温至750～780℃，然后再保温2h，最后自然冷却至常温。所获得的微晶玻璃的化学组成(wt％)范围如下表所示：

Claims (2)

1.一种用作超硬材料砂轮结合剂的微晶玻璃制备方法，其特征是，该方法为：

(1)制备基础玻璃使用的重量百分比原料有：

石英(SiO₂)     35％-40％，   硼酸(H₂BO₃)    15％-20％，

氧化铝(Al₂O₃)  6％-8％，     氧化锌(ZnO)    4％-7％，

碳酸锂(Li₂CO₃) 5％-8％，     碳酸钠(Na₂CO₃) 1％-3％，

碳酸钾(K₂CO₃)  5％-7％，     碳酸镁(MgCO₃)  10％-15％；

作为晶核剂的氟硅酸钠(Na₂SiF₆)   5％-8％，

(2)制备工艺步骤：

a.按上述配方称取各种原料，球磨混合均匀，装入高铝质坩埚中，在电炉中升温至1280℃-1320℃，达到预定温度后保温0.8h-1.2h，得玻璃熔液；

b.将玻璃熔液倒入水中水淬，水淬后的玻璃碎渣用球磨机球磨0.8h-1.2h，烘干后，过200目筛，得玻璃粉料；

c.把玻璃粉料压制成试样，干燥后放入高温炉内，升温速率为3℃/min-5℃/min，达到850℃-880℃后保温40min-60min；

d.以2℃/min-3℃/min的速率降温至750℃-780℃，然后再保温1.8h-2.2h，最后自然冷却至常温，即获得微晶玻璃。

2.一种用作超硬材料砂轮结合剂的微晶玻璃，其特征是，它的表征为：主晶相为氟金云母，晶体结构为六方片状结构，晶粒尺寸为1μm-2μm，其重量百分比化学成份是：

SiO₂   45-50， Al₂O₃  8-12， ZnO    5-8，

MgO    6-10，  Na₂O   2-4，  B₂O₃   10-15，

Li₂O   3-5，   F      4-7，  K₂O    5-8。

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