CN111546247B - 一种用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂及其制备方法 - Google Patents

一种用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种加工光纤插针专用金刚石磨具陶瓷结合剂及其制备方法，所述陶瓷结合剂由以下质量分数的组分组成：SiO2 60～70份，Al2O3 1～6份，硼酸10～15份，Na2CO3 1～5份，ZnO 1～5份，Li2CO3 1～3份，Ba2CO3 1～5份，CaO 2～7份，MgO 1～5份，nano‑ZrO21～10份。在低温陶瓷结合剂中添加nano‑ZrO2不但能够显著降低陶瓷结合剂的烧结温度，而且还能提高致密性和韧性；基于该陶瓷结合剂制作成的金刚石磨具具有适宜的强度和韧性，同等条件下加工出的光纤插针光洁度高，数量大，成品率高，适于光纤插针等硬脆材料的高效、高速、高精度的磨削加工。

Description

一种用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂及其制备 方法
技术领域
本发明属于金刚石磨具陶瓷结合剂技术领域，具体涉及是一种用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂及其制备方法。
背景技术
光纤插针是耦合两个光纤的重要连接器件，对光纤连接精度有着非常重要的意义，要求具有极高的尺寸精度和加工稳定性，精度越高，光纤传输过程中光介损失越小。随着光通讯技术的快速发展，光纤通讯技术要求越来越高，对光纤通讯接口插针的性能要求也越来越高，内孔和同轴度的加工精度应保证在1um以内，表面粗糙度Ra<0.1um。
光纤插针是氧化锆陶瓷材料制备而成，具有功能陶瓷和工程陶瓷的共同特点，抗剪切应力高和拉伸强度低，弹性模量大和脆性大，由于光纤插针的体积特别小，加工过程中的轻微的振动直接影响其尺寸精度；目前光纤插针都是采用金刚石砂轮进行加工，然而，现有的金刚石砂轮有的强度较低，锋利性高，光纤插针的保型性能较差，成品率低，单位时间内磨床的补偿量大，单个金刚石磨具加工的成品较少；有的强度过高，韧性较低，金刚石磨损后不易脱落，锋利性低，易产生崩口，成品率较低，光纤插针的加工效率低。总体上易出现陶瓷表面粗糙度低，脆性断裂，加工效率低等问题。因此，若要确保光纤插针的加工精度、表面粗糙度以及成品率，金刚石磨具的强度和韧性不宜过高或过低，而应保持在一个合适的范围内并且两者之间相互协同配合。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂，基于该结合剂制备的金刚石磨具具备适宜的强度和韧性，可以确保光纤插针的加工精度、表面粗糙度以及成品率。
本发明的第二个目的是提供上述用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂的制备方法。
本发明的第三个目的是提供一种使用上述用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂的金刚石磨具。
本发明的第四个目的是提供上述金刚石磨具的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂，由以下质量分数的组分组成：SiO2 60～70份，Al2O3 1～6份，硼酸10～15份，Na2CO3 1～5份，ZnO 1～5份，Li2CO3 1～3份，Ba2CO3 1～5份，CaO 2～7份，MgO 1～5份，nano-ZrO2 1～10份，其中，nano-ZrO2的粒度为14nm-50nm。
上述用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂的制备方法，包括如下步骤：包括如下步骤：按照比例将原材料均匀混合在一起后，装入含有陶瓷球的陶瓷罐中，在对辊机中滚动3-5小时，取出过筛；将混合均匀的原料放入高温熔料炉中，在1350-1450℃保温1-1.5h，水淬急冷，破碎、球磨后，过筛，制得低温陶瓷结合剂。
优选的，使用300目的筛网过筛。
一种使用上述用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂的金刚石磨具，由以下质量百分含量的原料制成：金刚石微粉100份，低温陶瓷结合剂20-30份，绿碳化硅微粉5-10份，糊精粉1-4份。
上述金刚石磨具的制备方法，包括如下步骤：将金刚石微粉、低温陶瓷结合剂、绿碳化硅微粉、糊精粉按照一定比例混合均匀，密封保存18-30小时后在模具中冷压成型，干燥后，使用电阻炉在700-750度下烧结，保温1-2小时，自然冷却室温即可。
本发明取得的有益效果：定量添加nano-ZrO2不仅能够显著降低低温陶瓷结合剂的烧结温度，而且可将低陶瓷结合剂的致密性和韧性控制在一定范围内，具体的抗折强度为59-65MPa 、显微硬度840Mpa-900MPa、韧性为7.0- 7.5KJ/m2 ，基于该低温陶瓷结合剂制备的金刚石磨具加工光纤插针，可使光纤插针的内孔和同轴度的加工精度＜0.8um，表面粗糙度Ra<0.05um，每个金刚石砂轮能有效加工9-10万个光纤插针，提高了光纤插针的加工效率和加工精度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂，具体由以下质量分数的组分组成：SiO2 65.5份，Al2O3 5份，硼酸13.5份，Na2CO3 4份，CaO 5份，ZnO 3份，Li2CO3 2份，Ba2CO3 3份，MgO 4份,粒度为14nm-50nm的nano-ZrO2 1份；
将上述物质按照质量分数称取，在球磨机中混4h后，熔块炉中1450℃充分熔融，水淬急冷，干燥后球磨24h后过300目筛网，制得用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂。
金刚石磨具的制备：金刚石微粉100份，低温陶瓷结合剂28.5份，绿碳化硅微粉6份，糊精粉3份，在电阻炉中750度下烧结，自然冷却即可。
低温陶瓷结合剂的检测结果：抗折强度为60.5MPa，显微硬度值为845.3MPa，韧性值为7.3 KJ/m2。
实施例2
本实施例的用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂，具体由以下质量分数的组分组成：SiO2 64份，Al2O3 5份，硼酸12.5份，Na2CO3 4.5份，CaO 3.5份，ZnO 2.5份，Li2CO3 3份，Ba2CO3 3.5份，MgO 5份，粒度为14nm-50nm的nano-ZrO2 2份；
将上述物质按照质量分数称取，在球磨机中混4h后，熔块炉中1450℃充分熔融，水淬急冷，干燥后球磨24h后过300目筛网，制得用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂。
金刚石磨具的制备：金刚石微粉100份，低温陶瓷结合剂28.5份，绿碳化硅微粉6份，糊精粉3份，在电阻炉中750度下烧结，自然冷却即可。
低温陶瓷结合剂的检测结果：抗折强度为62.8MPa，显微硬度值为856.1MPa，韧性值为7.5KJ/m2。
实施例3
本实施例的用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂，具体由以下质量分数的组分组成：SiO2 65份，Al2O3 5.5份，硼酸14份，Na2CO3 5份，CaO 3份，ZnO 2份，Li2CO3 2.5份，Ba2CO3 2.5份，MgO 3.5份，粒度为14nm-50nm的nano-ZrO2 5份；
将上述物质按照质量分数称取，在球磨机中混4h后，熔块炉中1450℃充分熔融，水淬急冷，干燥后球磨24h后过300目筛网，制得用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂。
金刚石磨具的制备：金刚石微粉100份，低温陶瓷结合剂28.5份，绿碳化硅微粉6份，糊精粉3份，在电阻炉中750 度下烧结，自然冷却即可。
低温陶瓷结合剂的检测结果：抗折强度为65MPa，显微硬度值为889.2MPa，韧性值为7.2 KJ/m2。
实施例4
本实施例的用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂，具体由以下质量分数的组分组成：SiO2 65.5份，Al2O3 5份，硼酸13.5份，Na2CO3 4份，CaO 5份，ZnO 3份，Li2CO3 2份，Ba2CO3 3份，MgO 4份，粒度为14nm-50nm的nano-ZrO2 10份；
将上述物质按照质量分数称取，在球磨机中混4h后，熔块炉中1450℃充分熔融，水淬急冷，干燥后球磨24h后过300目筛网，制得用于光纤插针的金刚石磨具低温陶瓷结合剂。
金刚石磨具的制备：金刚石微粉100份，低温陶瓷结合剂28.5份，绿碳化硅微粉6份，糊精粉3份，在电阻炉中750 度下烧结，自然冷却即可。
低温陶瓷结合剂的检测结果：抗折强度为61.5MPa，显微硬度值为846.8MPa，韧性值为7.0 KJ/m2。
对比例1
对比例1与实施例1的主要区别在于：不添加nano-ZrO2，其他制备工艺不变；低温陶瓷结合剂的检测结果：抗折强度为52.9MPa，显微硬度值为815.1MPa，韧性值为8.2 KJ/m2。
对比例2
对比例2和实施例1的主要区别在于nano-ZrO2的添加量为0.5份，其他工艺条件不变；低温陶瓷结合剂的检测结果：抗折强度为58.4MPa，显微硬度值为831.6MPa，韧性值为6.9 KJ/m2。
对比例3
对比例3和实施例1的主要区别在于nano-ZrO2的添加量为12份，其他工艺条件不变；低温陶瓷结合剂的检测结果：抗折强度为56.7MPa，显微硬度值为820.4MPa，韧性值为6.3 KJ/m2。
对比例4
对比例4和实施例1的主要区别在于nano-ZrO2的粒度为10μm，其他工艺条件不变；低温陶瓷结合剂的检测结果：抗折强度为55.6 MPa，显微硬度值为811.4MPa，韧性值为7.7KJ/m2。
对实施例与对比例制得的金刚石磨具的性能进行检测对比，具体的实验数据如表1所示。
表1 实施例和对比例的平均性能参数
名称 加工精度/um 表面粗糙度Ra/um 加工个数
实施例1 <0.6 <0.04 9.5万个
实施例2 <0.5 <0.05 9.65万个
实施例3 <0.5 <0.05 9.2万个
实施例4 <0.7 <0.04 9.1万个
对比例1 <1.0 <0.1 8.1万个
对比例2 <0.9 <0.1 7.42万个
对比例3 <1.0 <0.09 6.95万个
对比例4 <1.0 <0.1 7.17万个
经过实验研究及数据分析表明，基于本发明的低温陶瓷结合剂制备的金刚石磨具适于光纤插针的磨削加工，并能取得优异的加工效果。
应当理解的是，上述针对实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换、简单组合等多种变形，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种金刚石磨具在制备光纤插针中的应用，其特征在于，所述金刚石磨具由以下质量百分含量的原料制成：金刚石微粉100份，低温陶瓷结合剂20-30份，绿碳化硅微粉5-10份，糊精粉1-4份；所述金刚石磨具的制备方法包括如下步骤：将金刚石微粉、低温陶瓷结合剂、绿碳化硅微粉、糊精粉按照一定比例混合均匀，密封保存18-30小时后在模具中冷压成型，干燥后，使用电阻炉在700-750度下烧结，保温1-2小时，自然冷却室温即可；所述低温陶瓷结合剂由以下质量分数的组分组成：SiO2 60～70份，Al2O3 1～6份，硼酸10～15份，Na2CO31～5份，ZnO 1～5份，Li2CO3 1～3份，Ba2CO3 1～5份，CaO 2～7份，MgO 1～5份，nano-ZrO2 1～10份，其中，nano-ZrO2的粒度为14nm-50nm；所述低温陶瓷结合剂的制备方法包括如下步骤：按照比例将原材料均匀混合在一起后，装入含有陶瓷球的陶瓷罐中，在对辊机中滚动3-5小时，取出过筛；将混合均匀的原料放入高温熔料炉中，在1350-1450℃保温1-1.5h，水淬急冷，破碎、球磨后，过筛，制得低温陶瓷结合剂，制得的低温陶瓷结合剂的抗折强度为59-65MPa 、显微硬度为840Mpa-900MPa、韧性为7.0- 7.5KJ/m2。
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