CN109762520B - 一种氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：1)将超硬磨料粉和聚乙烯吡咯烷酮粉末加入到乙醇溶液中，然后，在室温下，搅拌，得到超硬磨料悬浮液；2)向超硬磨料悬浮液中加入六水硝酸铈溶液，然后，在室温下，搅拌，得到混合液；3)向混合液中加入六次甲基四胺溶液，然后，加热并搅拌，得到乳白色悬浮液；4)将乳白色悬浮液静置，抽滤，并用去离子水和乙醇多次清洗，然后，烘干，得到氧化铈包覆型超硬磨料。本发明的氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法通过在超硬磨料表面包覆一层密实、均匀和平整的氧化铈包覆层，大大提高了陶瓷结合剂对超硬磨料的高温润湿效果。

Description

一种氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法

技术领域

本发明涉及超硬磨料技术领域，特别涉及一种氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法。

背景技术

超硬磨料，主要包括金刚石和立方氮化硼(Cubic Boron Nitride，CBN)，作为自然界和人造物质中最为坚硬的两种物质，是超硬磨具的主要组成部分之一，是磨具起磨削作用的主体部分。但受制于磨料之间的相互粘结性极差，通过简单的压制或烧成无法使得磨粒固结成为一个整体，因此，往往需要在超硬磨具制备过程中添加适量结合剂以完成使超硬磨料相互粘结与固结。陶瓷结合剂是磨具制造过程中一种被广泛使用且极具发展前景的材料，其本质上而言为一种玻璃材料，在磨具高温烧结过程中，陶瓷结合剂通过产生大量的液相将磨粒润湿包裹，从而起到粘结磨粒从而把持磨料的作用。但超硬磨料一般具有低的自由能，且光滑的磨料表面和化学键类型的巨大差异也使得磨料难以在高温下被熔融的陶瓷结合剂充分润湿，这种现象已经一定程度上阻碍了陶瓷结合剂发展，因为未被结合剂充分润湿包覆的超硬磨料在磨具加工工件过程中容易提前脱落，导致磨具使用寿命大大缩短，造成不必要的损失。为解决这一问题，结合剂性能的改善以及新的超硬磨具制备工艺是比较常见的方法，但两种方法均存在试验周期长、投入研发资金高、效果不佳的不足。

因此，开发一种提高陶瓷结合剂对超硬磨料的高温润湿效果的新方法具有十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法，以解决现有陶瓷结合剂对超硬磨料的高温润湿效果差的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法，包括以下步骤：

1)将超硬磨料粉和聚乙烯吡咯烷酮粉末加入到乙醇溶液中，然后，在室温下，搅拌，得到超硬磨料悬浮液；

2)向所述超硬磨料悬浮液中加入六水硝酸铈溶液，然后，在室温下，搅拌，得到混合液；

3)向所述混合液中加入六次甲基四胺溶液，然后，加热并搅拌，得到乳白色悬浮液；

4)将所述乳白色悬浮液静置，抽滤，并用去离子水和乙醇多次清洗，然后，烘干，得到氧化铈包覆型超硬磨料。

可选地，所述步骤1)中所述超硬磨料粉和所述聚乙烯吡咯烷酮粉末的质量比为100∶(10～40)。

可选地，所述步骤1)中所述超硬磨料悬浮液中所述超硬磨料的质量分数为1～2％。

可选地，所述步骤1)中所述搅拌的搅拌时间为30～60min。

可选地，所述步骤2)中所述六水硝酸铈溶液的浓度为0.002～0.008mol/L，且所述六水硝酸铈溶液与所述步骤3)中所述六次甲基四胺溶液的摩尔比为1∶(4～6)。

可选地，所述步骤2)中所述搅拌的搅拌时间为10～30min。

可选地，所述步骤3)中所述六次甲基四胺溶液的浓度为0.010～0.040mol/L。

可选地，所述步骤3)中所述加热的加热温度为65～85℃，所述搅拌的搅拌时间为1～3h。

可选地，所述步骤4)中所述静置的静止时间为30～60min。

可选地，所述步骤4)中所述烘干的烘干温度为90～110℃，烘干时间为10～12h。

相对于现有技术，本发明所述的氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法具有以下优势：

1、本发明的氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法通过在超硬磨料表面包覆一层密实、均匀和平整的氧化铈包覆层，使其表面自由能大大提高，当其与陶瓷结合剂高温烧结时，液相陶瓷结合剂可迅速与超硬磨料结合并将其包裹，从而大大提高了陶瓷结合剂对超硬磨料的高温润湿效果，进而提高了陶瓷结合剂对超硬磨粒的把持力，使得制备得到的超硬磨具展现出更佳的性能。

2、本发明的氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法制得的超硬磨料微粉的氧化起始反应温度较未包覆氧化铈的超硬磨料微粉提高40～70℃，进一步抑制了超硬磨料在高温条件下性质劣化现象的发生，有利于具有更高烧结温度的陶瓷结合剂在超硬磨具上的使用。

3、本发明的氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法具有操作简便、无需特殊的设备且制备成本低的优点，易于推广应用。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1所述的氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法制得的氧化铈包覆型超硬磨料的SEM照片。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合附图和实施例来详细说明本发明。

实施例1

一种氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照100∶10的质量比将平均粒径为70μm的超硬磨料粉(CBN粉末)和聚乙烯吡咯烷酮粉末加入到适量的乙醇溶液中，然后，在室温下，置于磁力搅拌装置上磁力搅拌30min，得到超硬磨料悬浮液，其中，超硬磨料悬浮液中超硬磨料的质量分数为1.5％；

2)向超硬磨料悬浮液中加入浓度为0.004mol/L的六水硝酸铈溶液，然后，在室温下，继续磁力搅拌20min，得到混合液，其中，六水硝酸铈溶液与步骤3)中六次甲基四胺溶液的摩尔比为1∶5；

3)将混合液置于恒温磁力搅拌器上，向混合液中逐滴加入浓度为0.020mol/L的六次甲基四胺溶液，然后，在75℃下恒温加热并剧烈磁力搅拌2h，得到乳白色悬浮液；

4)将乳白色悬浮液静置45min，抽滤，并分别用去离子水和乙醇多次清洗，即先用去离子水多次清洗，再用乙醇多次清洗，然后，在100℃下烘干10h，得到粒径为20～100μm的氧化铈包覆型超硬磨料。

对本实施例制得的氧化铈包覆型超硬磨料进行SEM分析，测试结果如图1所示。

由图1可知，本实施例制得的氧化铈包覆型超硬磨料中光滑的超硬磨料(CBN超硬磨料)表面包覆着一层密实、均匀和平整的氧化铈层。

对本实施例制得的氧化铈包覆型超硬磨料与陶瓷结合剂的高温接触角进行测试，并将其与未包覆氧化铈的超硬磨料(原始CBN粉末)进行对比。

经测试可知，在同一烧结温度下，陶瓷结合剂与原始CBN粉末之间的高温接触角为49°，而陶瓷结合剂与本实施例的氧化铈包覆型超硬磨料的接触角为42°，接触角的减小说明CBN粉末颗粒表面氧化铈包覆层的存在有利于高温下陶瓷结合剂在CBN粉末颗粒表面的润湿包覆。

实施例2

一种氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照100∶20的质量比将平均粒径为40μm的超硬磨料粉(金刚石粉末)和聚乙烯吡咯烷酮粉末加入到适量的乙醇溶液中，然后，在室温下，置于磁力搅拌装置上磁力搅拌30min，得到超硬磨料悬浮液，其中，超硬磨料悬浮液中超硬磨料的质量分数为1.7％；

2)向超硬磨料悬浮液中加入浓度为0.003mol/L的六水硝酸铈溶液，然后，在室温下，继续磁力搅拌30min，得到混合液，其中，六水硝酸铈溶液与步骤3)中六次甲基四胺溶液的摩尔比为1∶4.5；

3)将混合液置于恒温磁力搅拌器上，向混合液中逐滴加入浓度为0.0135mol/L的六次甲基四胺溶液，然后，在70℃下恒温加热并剧烈磁力搅拌2.5h，得到乳白色悬浮液；

4)将乳白色悬浮液静置60min，抽滤，并分别用去离子水和乙醇多次清洗，即先用去离子水多次清洗，再用乙醇多次清洗，然后，在100℃下烘干12h，得到粒径为20～100μm的氧化铈包覆型超硬磨料。

对本实施例制得的氧化铈包覆型超硬磨料与陶瓷结合剂的高温接触角进行测试，并将其与未包覆氧化铈的超硬磨料(原始金刚石粉末)进行对比。

经测试可知，在同一烧结温度下，陶瓷结合剂与原始金刚石粉末之间的高温接触角为52°，而陶瓷结合剂与本实施例的氧化铈包覆型超硬磨料的接触角为43°，接触角的减小说明金刚石粉末颗粒表面氧化铈包覆层的存在有利于高温下陶瓷结合剂在金刚石粉末颗粒表面的润湿包覆。

实施例3

一种氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照100∶10的质量比将平均粒径为50μm的超硬磨料粉(CBN粉末)和聚乙烯吡咯烷酮粉末加入到适量的乙醇溶液中，然后，在室温下，置于超声波清洗器内超声分散15min，得到超硬磨料悬浮液，其中，超硬磨料悬浮液中超硬磨料的质量分数为2％；

2)向超硬磨料悬浮液中加入浓度为0.0025mol/L的六水硝酸铈溶液，然后，在室温下，置于磁力搅拌装置上磁力搅拌30min，得到混合液，其中，六水硝酸铈溶液与步骤3)中六次甲基四胺溶液的摩尔比为1∶5；

3)将混合液置于恒温磁力搅拌器上，向混合液中逐滴加入浓度为0.0125mol/L的六次甲基四胺溶液，然后，在75℃下恒温加热并剧烈磁力搅拌1.5h，得到乳白色悬浮液；

4)将乳白色悬浮液静置30min，抽滤，并分别用去离子水和乙醇多次清洗，即先用去离子水多次清洗，再用乙醇多次清洗，然后，在100℃下烘干10h，得到粒径为20～100μm的氧化铈包覆型超硬磨料。

对本实施例制得的氧化铈包覆型超硬磨料与陶瓷结合剂的高温接触角进行测试，并将其与未包覆氧化铈的超硬磨料(原始CBN粉末)进行对比。

经测试可知，在同一烧结温度下，陶瓷结合剂与原始CBN粉末之间的高温接触角为52°，而陶瓷结合剂与本实施例的氧化铈包覆型超硬磨料的接触角为44°，接触角的减小说明CBN粉末颗粒表面氧化铈包覆层的存在有利于高温下陶瓷结合剂在CBN粉末颗粒表面的润湿包覆。

实施例4

一种氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照100∶15的质量比将平均粒径为50μm的超硬磨料粉(CBN粉末)和聚乙烯吡咯烷酮粉末加入到适量的乙醇溶液中，然后，在室温下，置于磁力搅拌装置上磁力搅拌45min，得到超硬磨料悬浮液，其中，超硬磨料悬浮液中超硬磨料的质量分数为1.5％；

2)向超硬磨料悬浮液中加入浓度为0.005mol/L的六水硝酸铈溶液，然后，在室温下，继续磁力搅拌25min，得到混合液，其中，六水硝酸铈溶液与步骤3)中六次甲基四胺溶液的摩尔比为1∶6；

3)将混合液置于恒温磁力搅拌器上，向混合液中逐滴加入浓度为0.030mol/L的六次甲基四胺溶液，然后，在75℃下恒温加热并剧烈磁力搅拌1.5h，得到乳白色悬浮液；

4)将乳白色悬浮液静置30min，抽滤，并分别用去离子水和乙醇多次清洗，即先用去离子水多次清洗，再用乙醇多次清洗，然后，在95℃下烘干10h，得到粒径为20～100μm的氧化铈包覆型超硬磨料。

对本实施例制得的氧化铈包覆型超硬磨料与陶瓷结合剂的高温接触角进行测试，并将其与未包覆氧化铈的超硬磨料(原始CBN粉末)进行对比。

经测试可知，在同一烧结温度下，陶瓷结合剂与原始CBN粉末之间的高温接触角为50°，而陶瓷结合剂与本实施例的氧化铈包覆型超硬磨料的接触角为42°，接触角的减小说明CBN粉末颗粒表面氧化铈包覆层的存在有利于高温下陶瓷结合剂在CBN粉末颗粒表面的润湿包覆。

实施例5

一种氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照100∶30的质量比将平均粒径为85μm的超硬磨料粉(金刚石粉末)和聚乙烯吡咯烷酮粉末加入到适量的乙醇溶液中，然后，在室温下，置于超声波清洗器内超声分散15min，得到超硬磨料悬浮液，其中，超硬磨料悬浮液中超硬磨料的质量分数为1.3％；

2)向超硬磨料悬浮液中加入浓度为0.007mol/L的六水硝酸铈溶液，然后，在室温下，置于磁力搅拌装置上磁力搅拌30min，得到混合液，其中，六水硝酸铈溶液与步骤3)中六次甲基四胺溶液的摩尔比为1∶5；

3)将混合液置于恒温磁力搅拌器上，向混合液中逐滴加入浓度为0.035mol/L的六次甲基四胺溶液，然后，在70℃下恒温加热并剧烈磁力搅拌2h，得到乳白色悬浮液；

4)将乳白色悬浮液静置60min，抽滤，并分别用去离子水和乙醇多次清洗，即先用去离子水多次清洗，再用乙醇多次清洗，然后，在100℃下烘干12h，得到粒径为20～100μm的氧化铈包覆型超硬磨料。

对本实施例制得的氧化铈包覆型超硬磨料与陶瓷结合剂的高温接触角进行测试，并将其与未包覆氧化铈的超硬磨料(原始金刚石粉末)进行对比。

经测试可知，在同一烧结温度下，陶瓷结合剂与原始金刚石粉末之间的高温接触角为55°，而陶瓷结合剂与本实施例的氧化铈包覆型超硬磨料的接触角为43°，接触角的减小说明金刚石粉末颗粒表面氧化铈包覆层的存在有利于高温下陶瓷结合剂在金刚石粉末颗粒表面的润湿包覆。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将超硬磨料粉和聚乙烯吡咯烷酮粉末加入到乙醇溶液中，然后，在室温下，搅拌，得到超硬磨料悬浮液；

2)向所述超硬磨料悬浮液中加入六水硝酸铈溶液，然后，在室温下，搅拌，得到混合液；

3)向所述混合液中加入六次甲基四胺溶液，然后，加热并搅拌，得到乳白色悬浮液；

4)将所述乳白色悬浮液静置，抽滤，并用去离子水和乙醇多次清洗，然后，烘干，得到氧化铈包覆型超硬磨料；

所述步骤1)中所述超硬磨料粉和所述聚乙烯吡咯烷酮粉末的质量比为100∶(10～40)；

所述步骤1)中所述超硬磨料悬浮液中所述超硬磨料的质量分数为1～2％；

所述步骤2)中所述六水硝酸铈溶液的浓度为0.002～0.008mol/L，且所述六水硝酸铈溶液与所述步骤3)中所述六次甲基四胺溶液的摩尔比为1∶(4～6)；

所述步骤3)中所述六次甲基四胺溶液的浓度为0.010～0.040mol/L。

2.根据权利要求1所述的氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中所述搅拌的搅拌时间为30～60min。

3.根据权利要求1所述的氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中所述搅拌的搅拌时间为10～30min。

4.根据权利要求1所述的氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中所述加热的加热温度为65～85℃，所述搅拌的搅拌时间为1～3h。

5.根据权利要求1所述的氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中所述静置的静止时间为30～60min。

6.根据权利要求1所述的氧化铈包覆型超硬磨料的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中所述烘干的烘干温度为90～110℃，烘干时间为10～12h。

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