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一种纳米碳纤维增强的纳米陶瓷结合剂金刚石砂轮及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米碳纤维增强的纳米陶瓷结合剂金刚石砂轮，该砂轮在制备过程中先利用纳米石墨粉、β-锂霞石等原料与纳米量级的二氧化硅、三氧化二铝等原料混合煅烧，制备成纳米量级的复合纳米陶瓷结合剂，这种纳米陶瓷结合剂较常规的陶瓷结合剂具有更高的强度、韧性和更低的烧结温度，高温润湿性更佳，热膨胀系数低，对磨料的把持性好；原料中加入的纳米碳纤维有明显的增强、增韧、降低热膨胀系数、提高加工精度等功效；本发明制备的金刚石砂轮磨削性能好，工件磨削精度高，磨削效率更高。

Description

一种纳米碳纤维增强的纳米陶瓷结合剂金刚石砂轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷结合剂金刚石砂轮制备技术领域，尤其涉及一种纳米碳纤维增强的纳米陶瓷结合剂金刚石砂轮及其制备方法。
背景技术
金刚石磨料具有硬度高、强度高、耐磨性好等特性，被广泛的应用于制作磨削硬脆材料及硬质合金的磨具，金刚石砂轮就是其中常见的一类磨具，按照金刚石砂轮所使用的结合剂的分类可分为树脂结合剂金刚石砂轮、金属结合剂金刚石砂轮以及陶瓷结合剂金刚石砂轮等，其中陶瓷结合剂砂轮是由陶瓷结合剂、金刚石磨料、填料按照一定的比例配制而成，经过高温烧结而成，这种砂轮能解决一些树脂结合剂砂轮以及金属结合剂砂轮存在的缺陷，具有磨削效率高、切削锋利、自锐性好、散热快等优势，特别适合高硬度、高精度材料的粗磨和精磨。
在陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备过程中，磨料、陶瓷结合剂的选择、烧成条件等等因素均会影响陶瓷结合剂金刚石砂轮的磨削性能，尤其是陶瓷结合剂的性能更为重要，传统的结合剂普遍存在烧结温度高、强度低、对磨料的浸润包覆性差等，直接导致金刚石磨料性能劣化，磨削性能大大降低。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种纳米碳纤维增强的纳米陶瓷结合剂金刚石砂轮及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种纳米碳纤维增强的纳米陶瓷结合剂金刚石砂轮，该砂轮由以下重量份的原料制成：粒径为10-20μm的金刚石磨料40-50、粒径为10-20μm的高铝矾土熟料14-16、纳米陶瓷结合剂20-25、纳米碳纤维2-3、多孔陶瓷微粉10-12、乙醇10-15、聚乙烯醇2-3、十二烷基磺酸钠0.2-0.3、去离子水100-120。
所述的一种纳米碳纤维增强的纳米陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，所述的纳米陶瓷结合剂由以下重量份的原料制成：硅酸镁1-2、纳米石墨粉1-2、β-锂霞石2-3、纳米二氧化硅30-40、纳米三氧化二铝8-10、纳米氧化钛5-6、纳米氧化锌1-2、铋酸钠0.1-0.2、三氧化二硼10-15、纳米碳化硅0.3-0.5、氧化锂2-3，其制备方法为：将所有原料混合均匀，投入氧化铝坩埚中，在高温电阻炉中煅烧处理，煅烧条件为以5-8℃的速率升温至900-1000℃，保温煅烧2-3h，煅烧结束后取出进行水淬、干燥、高能球磨处理，得到粒径为纳米尺度的粉状陶瓷结合剂。
所述的一种纳米碳纤维增强的纳米陶瓷结合剂金刚石砂轮及其制备方法，其特在于，所述的制备方法为：
（1）先将聚乙烯醇、十二烷基磺酸钠、乙醇溶解分散于去离子水中，混合溶液加热至50-60℃，随后加入纳米陶瓷结合剂、纳米碳纤维，高速超声搅拌分散1.5-2h，制成分散均匀的纳米溶液备用；
（2）将金刚石磨料、高铝矾土熟料、多孔陶瓷微粉与步骤（1）制备的溶液混合，搅拌混合均匀后将混合浆料在450-500℃条件下热烘干，完全除去水分，所得物料破碎，过200目筛；
（3）将步骤（2）所得过筛粉体与其它剩余物料混合均匀，经冷压成型后以4-5℃/min的升温速率升温至550-600℃，保温1.5-2h后，继续升温至650-680℃，保温100-120min，随后自然冷却至室温，即得。
本发明将纳米石墨粉、β-锂霞石等原料与纳米量级的二氧化硅、三氧化二铝等原料混合煅烧，制备成纳米量级的复合纳米陶瓷结合剂，这种纳米陶瓷结合剂较常规的陶瓷结合剂具有更高的强度、韧性和更低的烧结温度，高温润湿性更佳，热膨胀系数低，对磨料的把持性好；原料中加入的纳米碳纤维有明显的增强、增韧、降低热膨胀系数、提高加工精度等功效；本发明制备的金刚石砂轮磨削性能好，工件磨削精度高，磨削效率更高。
具体实施方式
该实施例的砂轮由以下重量份的原料制成：粒径为10μm的金刚石磨料40、粒径为10μm的高铝矾土熟料14、纳米陶瓷结合剂20、纳米碳纤维2、多孔陶瓷微粉10、乙醇10、聚乙烯醇2、十二烷基磺酸钠0.2、去离子水100。
其中纳米陶瓷结合剂由以下重量份的原料制成：硅酸镁1、纳米石墨粉1、β锂霞石2、纳米二氧化硅30、纳米三氧化二铝8、纳米氧化钛5、纳米氧化锌1、铋酸钠0.1、三氧化二硼10、纳米碳化硅0.3、氧化锂2，其制备方法为：将所有原料混合均匀，投入氧化铝坩埚中，在高温电阻炉中煅烧处理，煅烧条件为以5℃的速率升温至900℃，保温煅烧2h，煅烧结束后取出进行水淬、干燥、高能球磨处理，得到粒径为纳米尺度的粉状陶瓷结合剂。
该实施例砂轮的制备方法为：
（1）先将聚乙烯醇、十二烷基磺酸钠、乙醇溶解分散于去离子水中，混合溶液加热至50℃，随后加入纳米陶瓷结合剂、纳米碳纤维，高速超声搅拌分散1.5h，制成分散均匀的纳米溶液备用；
（2）将金刚石磨料、高铝矾土熟料、多孔陶瓷微粉与步骤（1）制备的溶液混合，搅拌混合均匀后将混合浆料在450℃条件下热烘干，完全除去水分，所得物料破碎，过200目筛；
（3）将步骤（2）所得过筛粉体与其它剩余物料混合均匀，经冷压成型后以4℃/min的升温速率升温至550℃，保温1.5h后，继续升温至650℃，保温100min，随后自然冷却至室温，即得。
本实施例制备得到的砂轮性能指标如下：
测试中被磨削材料为高速钢，磨削方式为平面磨削方式，砂轮圆周速度：150m/s，工作台速度：0.05m/s，磨削深度：0.025mm。
本实施例制备的砂轮较传统的金刚石砂轮磨削比平均提高194%，磨损量平均降低68%，高速钢表面的粗糙度仅为0.04μm，最大磨削速度可达200m/s。

Claims (3)

1.一种纳米碳纤维增强的纳米陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，该砂轮由以下重量份的原料制成：粒径为10-20μm的金刚石磨料40-50、粒径为10-20μm的高铝矾土熟料14-16、纳米陶瓷结合剂20-25、纳米碳纤维2-3、多孔陶瓷微粉10-12、乙醇10-15、聚乙烯醇2-3、十二烷基磺酸钠0.2-0.3、去离子水100-120。
2.如权利要求1所述的一种纳米碳纤维增强的纳米陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，所述的纳米陶瓷结合剂由以下重量份的原料制成：硅酸镁1-2、纳米石墨粉1-2、β-锂霞石2-3、纳米二氧化硅30-40、纳米三氧化二铝8-10、纳米氧化钛5-6、纳米氧化锌1-2、铋酸钠0.1-0.2、三氧化二硼10-15、纳米碳化硅0.3-0.5、氧化锂2-3，其制备方法为：将所有原料混合均匀，投入氧化铝坩埚中，在高温电阻炉中煅烧处理，煅烧条件为以5-8℃的速率升温至900-1000℃，保温煅烧2-3h，煅烧结束后取出进行水淬、干燥、高能球磨处理，得到粒径为纳米尺度的粉状陶瓷结合剂。
3.如权利要求1所述的一种纳米碳纤维增强的纳米陶瓷结合剂金刚石砂轮及其制备方法，其特在于，所述的制备方法为：
（1）先将聚乙烯醇、十二烷基磺酸钠、乙醇溶解分散于去离子水中，混合溶液加热至50-60℃，随后加入纳米陶瓷结合剂、纳米碳纤维，高速超声搅拌分散1.5-2h，制成分散均匀的纳米溶液备用；
（2）将金刚石磨料、高铝矾土熟料、多孔陶瓷微粉与步骤（1）制备的溶液混合，搅拌混合均匀后将混合浆料在450-500℃条件下热烘干，完全除去水分，所得物料破碎，过200目筛；
（3）将步骤（2）所得过筛粉体与其它剩余物料混合均匀，经冷压成型后以4-5℃/min的升温速率升温至550-600℃，保温1.5-2h后，继续升温至650-680℃，保温100-120min，随后自然冷却至室温，即得。
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