CN102976723A - 低温高强陶瓷结合剂金刚石磨具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温高强陶瓷结合剂金刚石磨具，其原料组成及原料质量分数比为：磨料100份，低温陶瓷结合剂10～30份，临时粘结剂3～15份，成孔剂5～10份；所述低温陶瓷结合剂的组成及其原料质量百分比为：43～57%SiO₂，2～13%Al₂O₃，12～25%B₂O₃，2～10%Na₂O，5～12%K₂O，1～8%Li₂O，1～10%Bi₂O₃，2～8%MgO。本发明采用一种含Bi的低温高强陶瓷结合剂以取代含Pb的结合剂，取代了含Pb材料，该陶瓷结合剂的耐火度低，符合环保要求，适用于高效、高速、高精度的磨削。

Description

低温高强陶瓷结合剂金刚石磨具

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，尤其涉及一种采用低温高强陶瓷结合剂制备的金刚石磨具及其制备方法。

背景技术

金刚石具有很多优异的性能，例如超高的硬度、高的热导率以及优异的磨削性能，采用金刚石制作的磨具是一种高性能的超硬复合材料，在目前社会的高速、高效、高精的机械加工行业有着广泛应用。虽然金刚石磨料具有很多优越性能，但是其晶体表面有一个空余的键未被利用，容易与外来缺电子的原子发生反应。高温条件下（空气中为800℃），当氧与金刚石表面上的碳原子相接触时，就容易吸收碳原子多余的电子而相互结合成键，形成CO气体跑掉，使金刚石氧化损耗，甚至丧失加工功能。

磨具是由金刚石磨料和结合剂制成的，结合剂的种类主要包括金属结合剂、树脂结合剂和陶瓷结合剂。在某种程度上，金刚石磨具的性能是由结合剂的性质决定的。与其它种类的磨具相比，陶瓷结合剂金刚石磨具具有十分独特的性能，比如低的断裂韧性、高的强度及弹性模量、可控的气孔率、好的自锐性及高的保持磨具形状的能力。目前，金刚石磨具用陶瓷结合剂的发展还不能满足高的磨削性能的需要，所制备的陶瓷结合剂金刚石磨具的均一性及耐用性还不能达到高标准要求。因此，为了迎合现代精密机械加工工业的需要，只有通过提高所用的陶瓷结合剂的性能才能保证金刚石磨料的优异性能。

近几年，科研工作者已经对如何提高陶瓷结合剂的性能做了大量的研究。例如含铅(Pb)的陶瓷结合剂具有比较优异的性能，具有高的结合剂强度和低的熔融温度，并且广泛地应用在金刚石磨具中。Bi和Pb位于元素周期表中的相邻位置，并且Bi³⁺和Pb²⁺具有相同的6s²电子层，已经证明了Bi和Pb具有的一系列相似性；但是对于毒性，Bi相对于Pb来说是比较安全的，因此，含Bi材料被认为是最能取代含Pb材料的优异材料。在现代社会中随着人们环保意识的增强，含Pb材料将会逐步被少用直到禁用。基于以上原因，研究取代含Pb的金刚石磨具用陶瓷结合剂是迫在眉睫的，含Bi的陶瓷结合剂是一个比较有前景的金刚石用陶瓷结合剂。

发明内容

本发明的目的，是提供一种熔融温度低、强度高、热膨胀系数低、适合金刚石磨具的含Bi陶瓷结合剂，用来取代含Pb的陶瓷结合剂，以便使金刚石磨具的性能更加优越。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种低温高强陶瓷结合剂金刚石磨具，其原料组成及其质量分数比为：磨料100份，低温陶瓷结合剂10～30份，临时粘结剂3～15份，成孔剂5～10份；

所述低温陶瓷结合剂的原料组分及其质量百分比含量为：43～57%SiO₂，2～13%Al₂O₃，12～25%B₂O₃，2～10%Na₂O，5～12%K₂O，1～8%Li₂O，1～10%Bi₂O₃，2～8%MgO。

所述磨料为金刚石；

所述成孔剂为活性炭；

所述临时粘结剂为糊精、石蜡、水玻璃或者硬脂酸；

该低温高强陶瓷结合剂金刚石磨具的制备方法如下：

(1)按低温陶瓷结合剂的原料组分及其质量百分比43～57%SiO₂，2～13%Al₂O₃，12～25%B₂O₃，2～10%Na₂O，5～12%K₂O，1～8%Li₂O，1～10%Bi₂O₃，2～8%MgO；称取原料，经过72h球磨混合均匀后，在1000～1300℃下熔融成玻璃熔液，水淬、干燥，再粉碎成玻璃粉，过250目筛，得到低温陶瓷结合剂，备用；

(2)按照磨料100份，低温陶瓷结合剂10～30份，临时粘结剂3～15份，成孔剂5～10份的质量分数比称量、配料，然后过筛混合、造粒、再次过筛得到所需的混合原料，备用；

(3)将步骤(2)的混合原料用压机压制成磨具毛坯；

(4)将步骤(3)的磨具毛坯于780℃烧成，保温时间为2h，升温速率为3℃/min；

(5)随炉冷却至室温，将烧成的磨具进行清理及修整；

(6)进行性能测试。

所述金刚石的粒度为80～300目。

所述活性炭的粒度为100～250目；

该低温高强陶瓷结合剂金刚石磨具的气孔率为20%～40%，抗折强度为35～60MPa，洛氏硬度为30～50HRB。

具体实施方式

本发明所涉及的原料均为市售的常规化工原料。

下面结合剂具体实施例对本发明做进一步描述

(1)按低温陶瓷结合剂的原料组分及其质量百分比43～57%SiO₂，2～13%Al₂O₃，12～25%B₂O₃，2～10%Na₂O，5～12%K₂O，1～8%Li₂O，1～10%Bi₂O₃，2～8%MgO；称取原料，经过72h球磨混合均匀后，在1000～1300℃下熔融成玻璃熔液，水淬、干燥，再粉碎成玻璃粉，过250目筛，得到低温陶瓷结合剂，备用；上述工艺参数详见表1。

表1

(2)将金刚石磨料、步骤（1）制备的低温陶瓷结合剂、活性炭成孔剂以及临时粘结剂按磨具配方的份数比：磨料（240目）100份，低温陶瓷结合剂10～30份，临时粘结剂糊精3～15份，成孔剂活性炭（200目）5～10份；称量、配料，然后经过过筛混合、造粒、再次过筛得到所需的混合原料，备用；上述工艺参数详见表2。

表2

（3）选择合适的投料量，将混合原料用压机压制成所需性状的磨具毛坯。

（4）将磨具的于780℃烧成，升温速率为3℃/min，保温时间为2h。

（5）随炉冷却至室温，将烧成后的磨具进行清理及修整。

（6）进行性能测试，具体实施例的性能测试结果详见表3。

表3

所制备的低温高强陶瓷结合剂金刚石磨具，经检验符合现行的国家质量标准。

本发明所列举的各种原料都能实现本发明，以上各种原料的上、下限取值、区间值也都能实现本发明，不再一一举例说明。

以上是对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种低温高强陶瓷结合剂金刚石磨具，其原料组成及其质量分数比为：磨料100份，低温陶瓷结合剂10～30份，临时粘结剂3～15份，成孔剂5～10份； 

所述低温陶瓷结合剂的原料组分及其质量百分比含量为：43～57%SiO₂，2～13%Al₂O₃，12～25%B₂O₃，2～10%Na₂O，5～12%K₂O，1～8%Li₂O，1～10%Bi₂O₃，2～8%MgO。 

所述磨料为金刚石； 

所述成孔剂为活性炭； 

所述临时粘结剂为糊精、石蜡、水玻璃或者硬脂酸； 

该低温高强陶瓷结合剂金刚石磨具的制备方法如下： 

(1)按低温陶瓷结合剂的原料组分及其质量百分比43～57%SiO₂，2～13%Al₂O₃，12～25%B₂O₃，2～10%Na₂O，5～12%K₂O，1～8%Li₂O，1～10%Bi₂O₃，2～8%MgO；称取原料，经过72h球磨混合均匀后，在1000～1300℃下熔融成玻璃熔液，水淬、干燥，再粉碎成玻璃粉，过250目筛，得到低温陶瓷结合剂，备用； 

(2)按照磨料100份，低温陶瓷结合剂10～30份，临时粘结剂3～15份，成孔剂5～10份的质量分数比称量、配料，然后过筛混合、造粒、再次过筛得到所需的混合原料，备用； 

(3)将步骤(2)的混合原料用压机压制成磨具毛坯； 

(4)将步骤(3)的磨具毛坯于780℃烧成，保温时间为2h，升温速率为3℃/min； 

(5)随炉冷却至室温，将烧成的磨具进行清理及修整； 

(6)进行性能测试。 

2.根据权利要求1的低温高强陶瓷结合剂金刚石磨具，其特征在于，所述金刚石的粒度为80～300目。 

3.根据权利要求1的低温高强陶瓷结合剂金刚石磨具，其特征在于，所述活性炭的粒度为100～250目。

4.根据权利要求1的低温高强陶瓷结合剂金刚石磨具，其特征在于，该低温高强陶瓷结合剂金刚石磨具的气孔率为20%～40%，抗折强度为35～60MPa，洛氏硬度为30～50HRB。