CN102643094B

CN102643094B - 一种碳化硅磨具的制备方法

Info

Publication number: CN102643094B
Application number: CN 201210096645
Authority: CN
Inventors: 臧建兵; 王艳辉; 成晓哲
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2032-04-05
Also published as: CN102643094A

Abstract

一种碳化硅磨具的制备方法，其主要原料是碱性烧熔型陶瓷结合剂和碳化硅，它们的质量比为1：0.3~4，然后按结合剂和碳化硅总质量的0.05%~30%添加活性剂，混合均匀，再添加适当粘结剂后，加入到石墨模具中，以5~150MPa压力冷压成型，脱模、晾干，在马弗炉中600-800℃烧结，保温10~150分钟，冷却后取出磨具。本发明操作简易、设备简单，明显抑制住碳化硅和结合剂的反应，不产生“黑心”现象，磨具强度比未经本方法处理的磨具强度提高400-600%。

Description

一种碳化硅磨具的制备方法

技术领域

本发明涉及一种磨具的制备方法，特别是碳化硅磨具的制备方法。

背景技术

结合剂分为无机结合剂和有机结合剂。无机结合剂包括陶瓷结合剂，金属结合剂，菱苦土结合剂。有机结合剂包括树脂结合剂，橡胶结合剂。陶瓷结合剂对磨料的结合强度优于树脂。形成磨具后，工作表面容屑性能好，所以不易堵塞、切削锋利、磨削效率高，以及热膨胀量小，容易控制加工精度，这些特点有利于磨削过程的平稳进行。在磨具的整形和修整方面，操作起来相对容易，一般用于粗磨、半精磨，以及接触面大的成型磨削等。烧熔型陶瓷结合剂可以在较低温度下获得较好的强度，烧结温度在800℃以下，这个相对于非烧熔型陶瓷结合剂的1300℃有很大的降低，而烧结后的强度却比非烧熔型陶瓷结合剂有明显提高。但是，烧熔型陶瓷结合剂不能与碳化硅在一起烧结，一般情况下，由于碳化硅在烧熔型结合剂的碱性环境下会被剧烈的腐蚀，碳化硅中的碳会与氧结合，生成二氧化碳，以硼玻璃为例，硼玻璃是烧熔型结合剂，在烧结温度下，熔融的硼玻璃会阻止二氧化碳的排出，导致烧成的磨具内部产生大量的有害气孔，并且产生大量的黑色物质，结构疏松无强度，极大的降低磨具强度，这就是大家所知的“黑心”现象，“黑心”现象使碳化硅不能使用烧熔型陶瓷结合剂烧结。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、能减少内部气孔、不产生“黑心”现象的碳化硅磨具的制备方法。本发明主要是在烧结过程中添加了活性剂。

本发明的方法如下：

1、主要原料包括碱性烧熔型陶瓷结合剂、碳化硅和活性剂，碱性烧熔型陶瓷结合剂：碳化硅的质量比为1：0.3~4，按结合剂和碳化硅总质量的0.05%~30%添加活性剂。所述活性剂是粒径小于300微米的锌、钛、硅、铝的粉体；所述碳化硅可以是碳化硅颗粒，碳化硅晶须，碳化硅微粉或碳化硅纤维等碳化硅相关制品。

2、将上述烧熔型陶瓷结合剂、碳化硅和活性剂结合剂放入钢制球磨罐中，放入直径为8～14mm的刚玉磨球，球料比为2:1。密封后打开真空阀抽真空，然后充入氩气。将球磨罐放入行星式球磨机，转速为10~300r/min，倒向频率5~80Hz。连续球磨5~120分钟后，取下球磨罐，冷却，取出混合物。也可以采用任何适合于混合结合剂的方法，将上述烧熔型陶瓷结合剂、碳化硅和活性剂结合剂混合均匀。

3、在上述混合物中添加占该混合物质量10%的水或糊精，加入到石墨模具中，5~150MPa，冷压1～5分钟成型，脱模，晾干，然后在马弗炉中600~800℃烧结，保温10~150分钟，冷却后取出磨具。

利用活性剂比碳化硅活泼的特性，使碳化硅在和烧熔型陶瓷结合剂烧结的过程中，因为活性剂优先被氧化而不被腐蚀，从而不会产生因为碳化硅氧化而生成的二氧化碳，磨具就不会因此而产生大量的有害气孔，不会产生“黑心”的现象，从而达到增加磨具强度的目的。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、操作简单，设备简易。

2、明显抑制住碳化硅和结合剂的反应发泡产生气孔，不产生“黑心”现象。

3、烧结温度明显降低，磨具强度明显提高，达到100-120Mpa比未经本方法处理的磨具强度提高400-600%。

附图说明

图1是本发明实施例1的烧结效果图。

图2是本发明实施例2的烧结效果图。

图3是本发明实施例3的烧结效果图。

图4是本发明实施例4的烧结效果图。

具体实施方式

实施例1

取碱性烧熔型陶瓷结合剂95g、50微米的锌粉0.5g和180目的碳化硅颗粒5g，装入钢制球磨罐中，放入直径14mm的刚玉磨球201g。密封后打开真空阀抽真空，然后充入氩气。将球磨罐置于XM-4×05行星式球磨机上，调整转速为10r/min，倒向频率5Hz。连续球磨120分钟后，取下球磨罐，冷却60分钟，取出混合物，再添加20ml水，将加好水的混合物加入到腔体尺寸为2×8×40mm的石墨模具中。置于RHJ-98A型热压烧结机上，5MPa，冷压5分钟。脱模，晾干。然后在马弗炉中800℃烧结，保温10分钟，待冷却后将磨具取出。如图1所示，图中1为未经处理的碳化硅材料，2为本实施例获得的碳化硅模具，烧结后明显抑制了气孔的产生，结构紧密，没有黑心现象，其抗折强度为108MPa。

实施例2

取烧熔型陶瓷结合剂60g、299微米的钛粉10g和碳化硅晶须40g，装入钢制球磨罐中，放入直径12mm的刚玉磨球220g。密封后打开真空阀抽真空，然后充入氩气。将球磨罐置于XM-4×05行星式球磨机上，调整转速为120r/min，倒向频率20Hz。连续球磨60分钟后，取下球磨罐，冷却120分钟，取出混合物，添加15ml水，将加好水的混合物加入到腔体尺寸为2×8×40mm的用于制造小锯片刀头的石墨模具中。置于RHJ-98A型热压烧结机上，90MPa，冷压3分钟。脱模，晾干。然后在马弗炉中700℃烧结，保温60分钟，待冷却后将磨具取出。如图2所示，图中1为未经处理的碳化硅材料，3为本实施例获得的碳化硅模具，烧结后明显抑制了气孔的产生，结构紧密，没有黑心现象，其抗折强度为118MPa。

实施例3

取碱性烧熔型陶瓷结合剂40g、20微米的硅粉20g和400目的碳化硅微粉60g，装入钢制球磨罐中，放入直径10mm的刚玉磨球240g。密封后打开真空阀抽真空，然后充入氩气。将球磨罐置于XM-4×05行星式球磨机上，调整转速为200r/min，倒向频率80Hz。连续球磨30分钟后，取下球磨罐，冷却30分钟，取出混合物，添加12g糊精，将加好糊精的混合物加入到腔体尺寸为2×8×40mm的用于制造小锯片刀头的石墨模具中。置于RHJ-98A型热压烧结机上，120MPa，冷压2分钟。脱模，晾干。然后在马弗炉中750℃烧结，保温120分钟，待冷却后将磨具取出。如图3所示，图中1为未经处理的碳化硅材料，4为本实施例获得的碳化硅模具，烧结后明显抑制了气孔的产生，结构紧密，没有黑心现象，其抗折强度为112MPa。

实施例4

取碱性烧熔型陶瓷结合剂20g、60微米的铝粉30g和碳化硅纤维80g，装入钢制球磨罐中，放入直径8mm的刚玉磨球260g。密封后打开真空阀抽真空，然后充入氩气。将球磨罐置于XM-4×05行星式球磨机上，调整转速为300r/min，倒向频率60Hz。连续球磨5分钟后，取下球磨罐，冷却30分钟，取出混合物，添加糊精13g，将加好糊精的混合物加入到腔体尺寸为2×8×40mm的用于制造小锯片刀头的石墨模具中。置于RHJ-98A型热压烧结机上，150MPa，冷压1分钟，脱模，晾干。然后在马弗炉中600℃烧结，保温150分钟，待冷却后将磨具取出。如图4所示，图中1为未经处理的碳化硅材料，5为本实施例获得的碳化硅模具，烧结后明显抑制了气孔的产生，结构紧密，没有黑心现象，其抗折强度为114MPa。

Claims

1.一种碳化硅磨具的制备方法，其特征在于：

（1）主要原料包括碱性烧熔型陶瓷结合剂、碳化硅和活性剂，碱性烧熔型陶瓷结合剂：碳化硅的质量比为1：0.3~4，按结合剂和碳化硅总质量的0.05%~30%另外添加活性剂，所述活性剂是粒径小于300微米的锌、钛、硅、铝的粉体；

（2）将上述碱性烧熔型陶瓷结合剂、碳化硅、活性剂放入钢制球磨罐中，再放入直径为8～14mm的刚玉磨球，球料比为2:1，密封后打开真空阀抽真空，然后充入氩气，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为10~300r/min，倒向频率5~80Hz，连续球磨5~120分钟后，取下球磨罐，冷却，取出混合物；

（3）在上述混合物中添加占混合物质量10%的水或糊精，加入到石墨模具中，5~150MPa，冷压1～5分钟成型，脱模，晾干，然后在马弗炉中600~800℃烧结，保温10~150分钟，冷却后取出磨具。

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅磨具的制备方法，其特征在于：所述碳化硅是碳化硅颗粒，碳化硅晶须或碳化硅纤维。