CN109748590A - 一种g-C3N4复合陶瓷结合剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种g‑C3N4复合陶瓷结合剂的制备方法，属于复合材料和机械加工领域。具体制备方法的步骤为：提供CaO‑Na2O‑B2O3‑Al2O3‑SiO2基础陶瓷结合剂粉末；制备尿素（硫脲或三聚氰胺）的乙醇溶液；将基础陶瓷结合剂粉末加入到溶液中，搅拌分散均匀后，干燥并热处理，制得g‑C3N4复合的陶瓷结合剂。本发明采用原位热解的复合方法进行g‑C3N4复合陶瓷结合剂的制备，很好的解决了g‑C3N4添加过程中存在的难以分散均匀的问题，为g‑C3N4复合的陶瓷结合剂在普通和超硬磨具的应用提供了技术支持。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，特别是涉及一种g-C3N4复合陶瓷结合剂的制备方法。
背景技术
随着机械加工对精度和速度要求的不断提高，各种磨具的性能也在不断改善。由于陶瓷结合结合剂具有良好的自锐性、抗热性，对酸、碱和油等环境有很好的惰性，还具有把持力强，硬度高，应用范围广等特点，使得陶瓷磨具具有其他磨具无可比拟的优势，在我国现代材料加工领域占有重要地位。但陶瓷结合剂还存在烧结温度高、抗折强度低等一些问题，需要对其进一步进行改性。
目前，对陶瓷剂结合剂的改性方法有很多，通过向陶瓷结合剂中添加氧化物、氮化物是改善其性能常用手段，但在混料时，粉料易发生团聚现象，使添加物颗粒分布不均匀，这是一个在制备陶瓷结合剂过程中亟需攻克的技术难题。而通过把添加物原料先溶解在溶液中，并与基础陶瓷结合剂混合均匀，可以使添加物在烧成过程中均匀地在陶瓷结合剂中生成，是解决添加物在陶瓷结合剂中分散性问题的一种有效方法。
发明内容
本发明针对传统添加物在陶瓷结合剂中分散不均匀的问题，通过将添加物原料溶解在乙醇混合溶液中，然后将基础陶瓷结合剂加入到混合溶液中，搅拌均匀，干燥后烧结，原位制备出g-C3N4复合陶瓷结合剂。这种添加物在烧结过程中均匀地在陶瓷结合剂中生成的方法为添加物分散问题提供借鉴的思路。
具体的，本发明提供了一种g-C3N4复合陶瓷结合剂的制备方法，具体实施步骤如下：
S1：制备CaO-Na2O-B2O3-Al2O3-SiO2基础陶瓷结合剂粉末；
S2：制备尿素（硫脲或三聚氰胺）的乙醇溶液；
S3：将S1制备的陶瓷结合剂充分分散于S2制备的乙醇溶液体系中，并经干燥后烧结，原位制得g-C3N4添加陶瓷结合剂。
优选地，S1的具体步骤为：
按照质量比5:16:22:7:50的比例，分别称取碳酸钙、碳酸钠、硼酸、氢氧化铝和二氧化硅，备用；
将所述碳酸钙、碳酸钠、硼酸、氢氧化铝和二氧化硅混合均匀后，压制成块体，将所述块体在玻璃熔炼炉中1450℃下熔融3h，然后经水淬和干燥后，使用快速研磨机将玻璃料研磨至400目即可得到CaO-Na2O-B2O3-Al2O3-SiO2基础陶瓷结合剂粉末。
优选地，S2的具体步骤为：
按照固液比3~15g：100ml的比例，分别量取尿素（硫脲或三聚氰胺）和无水乙醇，并将尿素（硫脲或三聚氰胺）充分溶解于无水乙醇中，得到尿素（硫脲或三聚氰胺）的乙醇溶液。
优选地，S3的具体步骤为：
按照基础陶瓷结合剂与尿素（硫脲或三聚氰胺）质量比为100:0.5~10的比例，量取一定量的尿素（硫脲或三聚氰胺）乙醇溶液，将基础陶瓷结合剂缓慢加入到混合溶液中，并进行超声和剧烈机械搅拌，使其混合均匀，经60~80℃干燥6~12h后，再于400℃~500℃下烧结1~2h，得到g-C3N4复合的陶瓷结合剂。
本发明还提供了一种g-C3N4复合的陶瓷结合剂，由上述任一方法制备获得。
优选地，本发明提供的g-C3N4复合的陶瓷结合剂，可应用于普通陶瓷磨具或超硬陶瓷磨具的制备。
本发明的技术方案具有如下有益效果：
（1）本发明通过将制备所得的尿素（硫脲或三聚氰胺）乙醇溶液与制备所得的CaO-Na2O-B2O3-Al2O3-SiO2基础陶瓷结合剂粉末混合，搅拌均匀干燥后，进行烧结，首次制备了g-C3N4复合的陶瓷结合剂。通过采用原位热解的复合方法制备g-C3N4复合陶瓷结合剂，可以使g-C3N4在基础结合剂中分散不均匀的现象得到明显改善，为解决陶瓷结合剂中添加改性组分难以均匀分散的难题提出了新的思路。
（2）由于g-C3N4具有类似石墨的特殊层状结构，可以使由该g-C3N4添加陶瓷结合剂烧结而成的陶瓷磨具具有一定自润滑性，一定程度上缓解了高速磨削加工中磨削温度过高使工件烧伤的问题。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
一种g-C3N4复合陶瓷结合剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：
S1：制备CaO-Na2O-B2O3-Al2O3-SiO2基础陶瓷结合剂粉末；
S2：制备尿素（硫脲、三聚氰胺）的乙醇溶液；
S3：将S1制备的陶瓷结合剂充分分散于S2制备的乙醇溶液体系中，并经干燥后烧结，制得g-C3N4添加陶瓷结合剂。
下面就本发明的技术方案进行具体的举例说明。
实施例1
一种g-C3N4复合陶瓷结合剂的制备方法，具体步骤为：
按照质量比5:16:22:7:50的比例，分别称取碳酸钙、碳酸钠、硼酸、氢氧化铝和二氧化硅混合均匀，压成块状，在高温熔炉中1450℃下熔融3h，然后经水淬和干燥后，使用快速研磨机将玻璃料研磨至400目得到基础陶瓷结合剂粉末；分别量取10g尿素、60ml乙醇，并将尿素充分溶解于乙醇中，按照尿素4wt%的添加量将上述基础陶瓷结合剂粉末与尿素的乙醇溶液混合，超声分散搅拌均匀，在70℃干燥处理9h后，放入陶瓷坩埚中，使用马弗炉在500℃（加热速率为5℃/min）下保温2h，随炉冷却到室温制得g-C3N4复合陶瓷结合剂。
实施例2
一种g-C3N4复合陶瓷结合剂的制备方法，具体步骤为：
按照质量比5:16:22:7:50的比例，分别称取碳酸钙、碳酸钠、硼酸、氢氧化铝和二氧化硅作为基础陶瓷结合剂原料进行混合，混合均匀后压成块状，放入高温熔炉中，加热到1450℃下熔融保温3h，通过水淬干燥处理后，将玻璃料在放入快速研磨机中研磨至400目制得基础陶瓷结合剂粉末；将硫脲、乙醇按照1: 15（g：ml）配置成硫脲的乙醇溶液。按照硫脲5wt%的添加量将上述基础陶瓷结合剂粉末与硫脲的乙醇溶液混合，超声分散并搅拌均匀，在70~80℃干燥处理9h后，放入陶瓷坩埚中，在马弗炉内以5℃/min的加热速率加热到500℃保温2h，自然冷却到室温制得g-C3N4复合陶瓷结合剂。
实施例3
一种g-C3N4复合陶瓷结合剂的制备方法，具体步骤为：
按照质量比5:16:22:7:50的比例，分别称取碳酸钙、碳酸钠、硼酸、氢氧化铝和二氧化硅作为基础陶瓷结合剂原料进行混合，混合均匀后压成块状，放入高温熔炉中，加热到1450℃下熔融保温3h，通过水淬干燥处理后，将玻璃料在放入快速研磨机中研磨至400目，制得基础陶瓷结合剂粉末；将三聚氰胺和乙醇按照1:20（g：ml）配置成三聚氰胺的乙醇溶液。按照三聚氰胺6wt%的添加量将上述基础陶瓷结合剂粉末与三聚氰胺的乙醇溶液混合，超声分散并搅拌均匀，在70~80℃干燥处理9h后，放入马弗炉内以5℃/min的加热速率加热到500℃保温2h，自然冷却到室温制得g-C3N4复合陶瓷结合剂。
特别说明，量取一定量的尿素（硫脲或三聚氰胺）混合溶液，按照基础陶瓷结合剂与尿素（硫脲或三聚氰胺）质量比为100: 0.5~10的比例，制备g-C3N4复合陶瓷结合剂时，相比较一般的添加物复合陶瓷结合剂的方法，采用本专利的方法可使g-C3N4在陶瓷结合剂中的分布更加均匀。以上实例1~实例3所制备的g-C3N4复合陶瓷结合剂的均具有优良效果。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (6)
1.一种g-C3N4复合陶瓷结合剂的制备方法，其特征在于，具体实施步骤如下：
S1：制备CaO-Na2O-B2O3-Al2O3-SiO2基础陶瓷结合剂粉末；
S2：制备尿素（硫脲或三聚氰胺）的乙醇溶液；
S3：将S1制备的陶瓷结合剂充分分散于S2制备的乙醇溶液体系中，并经干燥后烧结，原位制得g-C3N4添加陶瓷结合剂。
2.根据权利要求1所述的g-C3N4复合陶瓷结合剂的制备方法，其特征在于，S1的具体步骤为：
按照质量比5:16:22:7:50的比例，分别称取碳酸钙、碳酸钠、硼酸、氢氧化铝和二氧化硅，备用；
将所述碳酸钙、碳酸钠、硼酸、氢氧化铝和二氧化硅混合均匀后，压制成块体，将所述块体在玻璃熔炼炉中1450℃下熔融2h，然后经水淬和干燥后，使用快速研磨机将玻璃料研磨至400目即可得到CaO-Na2O-B2O3-Al2O3-SiO2基础陶瓷结合剂粉末。
3.根据权利要求1所述的g-C3N4复合陶瓷结合剂的制备方法，其特征在于，S2的具体步骤为：
按照固液比3~15g：100ml的比例，分别量取尿素（硫脲或三聚氰胺）和无水乙醇，并将尿素（硫脲或三聚氰胺）充分溶解于无水乙醇中，得到尿素（硫脲或三聚氰胺）的乙醇溶液。
4.根据权利要求1所述的g-C3N4复合陶瓷结合剂的制备方法，其特征在于，S3的具体步骤为：
量取一定量的尿素（硫脲或三聚氰胺）乙醇溶液，按照基础陶瓷结合剂与尿素（硫脲或三聚氰胺）质量比为100:0.5~10的比例，将基础陶瓷结合剂缓慢加入到混合溶液中，并进行超声和剧烈机械搅拌，使其混合均匀，经60~80℃干燥6~12h后，再于400℃~500℃下烧结1~2h，得到g-C3N4复合的陶瓷结合剂。
5.一种g-C3N4复合陶瓷结合剂，其特征在于，由权利要求1～5任一项所述方法制备获得。
6.根据权利要求6所述的一种g-C3N4复合陶瓷结合剂，其特征在于，在普通陶瓷磨具或超硬陶瓷磨具制备中的应用。
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| CN112521165A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-19 | 白鸽磨料磨具有限公司 | 一种陶瓷结合剂及其制备方法、磨具 |
| CN114394839A (zh) * | 2022-01-11 | 2022-04-26 | 山东大学 | 一种氮化碳基复合陶瓷刀具材料、其制备方法与切削刀具 |
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| CN114394839B (zh) * | 2022-01-11 | 2023-01-13 | 山东大学 | 一种氮化碳基复合陶瓷刀具材料、其制备方法与切削刀具 |
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