CN104003727B - 酚醛树脂硅化法连接超硬材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酚醛树脂硅化法连接超硬材料的方法，在超硬材料中加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入质量为超硬材料质量的2-40%，混合后模压或挤压成型，在30-200℃的条件下烘干，得到坯料；将坯料移入铺有硅粉的真空烧结炉中，硅粉的质量为超硬材料质量的1-30%，于1450-1750℃的条件下烧结0.2-2小时，进行硅化反应，并于1550-1850℃的条件下保温0.2-1.5小时，真空排出多余硅，得到超硬材料。本发明通过对酚醛树脂硅化法对超硬材料进行连接，使用酚醛树脂和石墨或石油焦的混合物为结合剂，将超硬材料颗粒成型，真空中硅化后形成碳化硅相，从而实现超硬材料的牢固结合，可获得抗弯强度为350-550MPa的超硬材料制品。
Description
技术领域
本发明涉及利用酚醛树脂硅化法连接超硬材料的方法，提高超硬材料连接强度和适用温度的技术领域。
背景技术
一般超硬材料指的是人造金刚石、人造CBN。这两种材料的同时存在，起到了互补的作用、可以覆盖当前与今后发展的各种新型材料的加工，对整个切削加工领域极为有利。天然单晶金刚石是世界上最硬的物质，所以作为磨料和切削工具，其性能是无与伦比的，以金刚石车刀为例，其刃口圆弧半径可以刃磨到连扫描电子显微镜，SEM，也无法检测，直到现在还没有一种材料能取而代之，利用它来切削加工，往往可以直接获得镜面，当前被广泛地应用于仪表、电子、光学等领域，成为不可缺少的切削工具的材料，超硬材料由于性能优越，应用不断地在扩大，已从金属加工发展到了光学玻璃加工、石材加工、陶瓷加工、硬脆材料加工等传统加工难进行的领域。
但是，现有的超硬材料的连接采用金属结合剂，是以金属或合金粉末为粘结材料，采用粉末冶金的工艺方法制造超硬材料制品，结合剂包括：如青铜结合剂，以青铜粉为主体金属，加入锡、镍、铁、银、锌、铅等金属粉末制成的结合剂。生产工艺原理与粉末冶金产品相似，它只是在粉末冶金的基础上，就如何提高结合剂对磨粒（超硬材料）的把持能力方面进行着改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有超硬材料金属结合剂结合强度较低，不能应用于高温环境等不足，而提供一种使用酚醛树脂及石墨或石油焦混合物为结合剂，通过硅化反应形成碳化硅相，实现超硬材料的牢固结合的方法。
本发明的技术方案是：一种酚醛树脂硅化法连接超硬材料的方法，在超硬材料中加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入质量为超硬材料质量的2-40%，混合后模压或挤压成型，在30-200℃的条件下烘干，得到坯料；将坯料移入铺有硅粉的真空烧结炉中，硅粉的质量为超硬材料质量的1-30%，于1450-1750℃的条件下烧结0.2-2小时，进行硅化反应，并于1550-1850℃的条件下保温0.2-1.5小时，真空排出多余硅，得到超硬材料。
一种酚醛树脂硅化法连接超硬材料的另一种方法，在超硬材料中加入石墨或石油焦，石墨或石油焦的加入质量为超硬材料质量的1-400%，再加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入质量为超硬材料质量的2-40%，混合后模压或挤压成型，在30-200℃的条件下烘干，得到坯料；将坯料移入铺有硅粉的真空烧结炉中，硅粉的质量为超硬材料质量的1-30%，于1450-1750℃的条件下烧结0.2-2小时，进行硅化反应，并于1550-1850℃的条件下保温0.2-1.5小时，真空排出多余硅，得到超硬材料。
所述超硬材料为立方氮化硼或金刚石。
所述石墨或石油焦的加入质量优选为超硬材料质量的100-200%。
本发明的有益效果是：通过对酚醛树脂硅化法对超硬材料进行连接，使用酚醛树脂和石墨或石油焦的混合物为结合剂，将超硬材料颗粒成型，真空中硅化后形成碳化硅相，从而实现超硬材料的牢固结合，可获得抗弯强度为350-550MPa的超硬材料制品，本发明超硬材料结合强度高，耐热，可以适用于高温或者高硬度材料的切削，寿命长，成本低，工艺简单，适用于工业规模。
具体实施方式
实施例1
称取0.5g立方氮化硼，0.5g石油焦粉末，混合均匀，加入0.3g酚醛树脂，混合均匀，模压成型后，在100℃烘干。然后移入铺有硅粉的真空烧结炉中在1650℃烧结1小时，氩气气氛下保温，然后升温至1700℃真空下保温0.5小时，得到超硬材料制品。该制品抗弯强度350MPa。
实施例2
称取0.2g金刚石粉末，0.8g石油焦粉末，混合均匀，加入0.4g酚醛树脂，混合均匀，模压成型后，在100℃烘干。然后移入铺有硅粉的真空烧结炉中在1650℃烧结1.2小时，氩气气氛下保温，然后升温至1700℃真空下保温0.6小时，得到超硬材料制品。该制品抗弯强度550MPa。
实施例3
一种酚醛树脂硅化法连接超硬材料的方法，在立方氮化硼中加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入质量为立方氮化硼质量的2%，混合后模压或挤压成型，在30℃的条件下烘干，得到坯料；将坯料移入铺有硅粉的真空烧结炉中，硅粉的质量为立方氮化硼质量的1%，于1450℃的条件下烧结0.2小时，进行硅化反应，并于1550℃的条件下保温0.2小时，真空排出多余硅，得到超硬材料。该制品抗弯强度400MPa。
实施例4
一种酚醛树脂硅化法连接超硬材料的方法，在金刚石中加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入质量为金刚石质量的40%，混合后模压或挤压成型，在200℃的条件下烘干，得到坯料；将坯料移入铺有硅粉的真空烧结炉中，硅粉的质量为金刚石质量的30%，于1750℃的条件下烧结2小时，进行硅化反应，并于1850℃的条件下保温1.5小时，真空排出多余硅，得到超硬材料。该制品抗弯强度450MPa。
实施例5
一种酚醛树脂硅化法连接超硬材料的方法，在立方氮化硼或金刚石中加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入质量为立方氮化硼或金刚石质量的10%，混合后模压或挤压成型，在100℃的条件下烘干，得到坯料；将坯料移入铺有硅粉的真空烧结炉中，硅粉的质量为立方氮化硼或金刚石质量的20%，于1600℃的条件下烧结1小时，进行硅化反应，并于1800℃的条件下保温1小时，真空排出多余硅，得到超硬材料。该制品抗弯强度550MPa。
实施例6
一种酚醛树脂硅化法连接超硬材料的方法，在立方氮化硼或金刚石中加入石墨或石油焦，石墨或石油焦的加入质量为超硬材料质量的1%，再加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入质量为立方氮化硼或金刚石质量的2%，混合后模压或挤压成型，在30℃的条件下烘干，得到坯料；将坯料移入铺有硅粉的真空烧结炉中，硅粉的质量为立方氮化硼或金刚石质量的1%，于1450℃的条件下烧结0.2小时，进行硅化反应，并于1550℃的条件下保温0.2小时，真空排出多余硅，得到超硬材料。该制品抗弯强度480MPa。
实施例7
一种酚醛树脂硅化法连接超硬材料的方法，在立方氮化硼或金刚石中加入石墨或石油焦，石墨或石油焦的加入质量为超硬材料质量的400%，再加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入质量为立方氮化硼或金刚石质量的40%，混合后模压或挤压成型，在200℃的条件下烘干，得到坯料；将坯料移入铺有硅粉的真空烧结炉中，硅粉的质量为立方氮化硼或金刚石质量的30%，于1750℃的条件下烧结2小时，进行硅化反应，并于1850℃的条件下保温1.5小时，真空排出多余硅，得到超硬材料。该制品抗弯强度520MPa。
实施例8
一种酚醛树脂硅化法连接超硬材料的方法，在立方氮化硼或金刚石中加入石墨或石油焦，石墨或石油焦的加入质量为超硬材料质量的200%，再加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入质量为立方氮化硼或金刚石质量的20%，混合后模压或挤压成型，在150℃的条件下烘干，得到坯料；将坯料移入铺有硅粉的真空烧结炉中，硅粉的质量为立方氮化硼或金刚石质量的20%，于1600℃的条件下烧结1.5小时，进行硅化反应，并于17000℃的条件下保温0.5小时，真空排出多余硅，得到超硬材料。该制品抗弯强度500MPa。
Claims (4)
1.一种酚醛树脂硅化法连接超硬材料的方法，其特征在于：在超硬材料中加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入质量为超硬材料质量的2-40%，混合后模压或挤压成型，在30-200℃的条件下烘干，得到坯料；将坯料移入铺有硅粉的真空烧结炉中，硅粉的质量为超硬材料质量的1-30%，于1450-1750℃的条件下烧结0.2-2小时，进行硅化反应，并于1550-1850℃的条件下保温0.2-1.5小时，真空排出多余硅，得到超硬材料。
2.一种酚醛树脂硅化法连接超硬材料的方法，其特征在于：在超硬材料中加入石墨或石油焦，石墨或石油焦的加入质量为超硬材料质量的1-400%，再加入酚醛树脂，酚醛树脂的加入质量为超硬材料质量的2-40%，混合后模压或挤压成型，在30-200℃的条件下烘干，得到坯料；将坯料移入铺有硅粉的真空烧结炉中，硅粉的质量为超硬材料质量的1-30%，于1450-1750℃的条件下烧结0.2-2小时，进行硅化反应，并于1550-1850℃的条件下保温0.2-1.5小时，真空排出多余硅，得到超硬材料。
3.根据权利要求1或2所述的酚醛树脂硅化法连接超硬材料的方法，其特征在于：所述超硬材料为立方氮化硼或金刚石。
4.根据权利要求2所述的酚醛树脂硅化法连接超硬材料的方法，其特征在于：所述石墨或石油焦的加入质量为超硬材料质量的100-200%。
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