CN113105810B - 一种硬脆材料表面增韧剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬脆材料表面增韧剂，由溶质、稀释剂、固化剂和促进剂制成，溶质与稀释剂的质量比为1:0.5～5；溶质与促进剂的质量比为100:1～3；溶质与固化剂的质量比为2～50:1；溶质选自环氧树脂、酚醛树脂等；稀释剂选自无水乙醇或/和乙醚；固化剂选自聚酰胺树脂、二乙烯三胺、碳酸丙烯酯等；促进剂选自DBU或/和Thiol‑30L。本发明还公开了其在抑制硬脆材料磨削过程中崩碎损伤中的应用。本发明的硬脆材料表面增韧剂，在硬脆材料的表面渗透深度可达10～40μm，可使硬脆材料的硬度降低25％～30％，具有渗透能力强、润湿性能好、固化速度快等特点，可大幅度减轻硬脆材料边缘的崩碎损伤程度，还可提升硬脆材料的整体加工质量、加工效率。

Description

一种硬脆材料表面增韧剂及其应用

技术领域

本发明涉及一种硬脆材料表面增韧剂，及其在抑制硬脆材料磨削过程中崩碎损伤中的应用，属于硬脆材料磨削加工领域。

背景技术

硬脆材料由于优异的性能受到工程技术人员的青睐，但其高硬度、高脆性也给其机械加工带来了极大的困难，成为束缚其在航空、航天、汽车、军工领域得以广泛应用的瓶颈。当前，硬脆材料加工工艺的80％是采用金刚石工具进行磨削加工。在磨削过程中，当金刚石工具突然接触或离开工件时，极易在工件的边缘产生崩碎损伤。崩碎损伤随机性大，难于控制，它不但破坏原件的几何精度，增加加工成本，还极易导致元件在服役过程中突然失效。减轻或消除硬脆材料磨削过程中的崩碎损伤对提高元件的加工品质、降低加工成本具有重要意义。

当前，控制硬脆材料磨削过程中崩碎损伤的方法大致可以归结为三类：一是优化磨削参数，通过优化砂轮特性、磨床性能、磨削参数等因素，获得最佳的工件边缘；二是在磨削过程中使用氧乙炔、激光或者微波对硬脆材料表层进行加热，软化材料表层，降低硬度，提升机械加工性能。三是在工件的边缘施加一定程度的压应力来抵消砂轮离开工件时工件边缘承受的拉应力，以此抑制崩碎损伤。

上述三类方法与研究成果减轻了硬脆材料磨削过程中的崩碎损伤程度，提高了加工品质，但这些方法都是从材料去除机理的角度通过控制工艺参数来降低崩碎损伤程度。事实上，硬脆材料的失效往往始于表面或近表面处的缺陷，其表层断裂强度是影响崩碎损伤产生的关键因素。通过改善硬脆材料磨削过程中的表层断裂韧性，提高材料自身抵抗裂纹扩展的能力，是从源头上减轻甚至消除崩裂损伤的新思路。

中国发明专利CN 110064974 B公开了一种采用表面增韧抑制硬脆材料磨削加工崩裂损伤的方法，其增韧剂由溶质和稀释剂配制而成，其溶质选自酚醛树脂、甘油酯树脂、乙烯树脂、环氧树脂，该增韧剂在硬脆材料表面边缘的渗透深度可达3～5μm，可以大幅度减轻硬脆材料磨削时边缘产生的崩碎损伤，提高硬脆材料的加工质量。但其仍有较大的改进余地。

发明内容

针对上述现有技术，针硬脆材料的加工质量对硬脆材料磨削过程中的崩碎损伤难题，在CN 110064974 B的基础上，本发明提供了一种硬脆材料表面增韧剂，及采用该增韧剂抑制硬脆材料磨削过程中崩碎损伤的方法，用以控制硬脆材料磨削加工时的边缘损伤质量。本发明是通过实时改善硬脆材料磨削过程中的表层断裂韧性，提高材料自身抵抗裂纹扩展的能力，从而减轻甚至消除硬脆材料崩碎损伤，具有成本低廉、工艺简单、便于装夹，易于推广的优点，特别适合于硬脆材料的精密超精密加工。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种硬脆材料表面增韧剂，由溶质、稀释剂、固化剂和促进剂制成，其中，溶质与稀释剂的质量比为1:0.5～5，优选1:0.8～1.0，更优选1:1；溶质与促进剂的质量比为100:1～3，优选100:3；溶质与固化剂的质量比为2～50:1，具体取决于参与化学反应的物质的量。

所述溶质选自环氧树脂、酚醛树脂、空气干燥型甘油酯树脂、乙烯树脂中的任意一种或两种以上。

所述稀释剂选自无水乙醇或/和乙醚。

所述固化剂选自聚酰胺树脂、二乙烯三胺、碳酸丙烯酯、DMP-30(中文名：2，4，6—三(二甲胺基甲基)苯酚)中的任意一种或两种以上。

所述促进剂选自DBU(中文名：1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯)或/和Thiol-30L(中文名：四(3-巯基丁酸)季戊四醇酯)。

进一步地，所述溶质与促进剂的具体物质及质量比选自以下之一：环氧树脂：聚酰胺树脂＝2：1；环氧树脂：二乙烯三胺＝3：1；酚醛树脂：碳酸丙烯酯＝50：1。

优选地，对于碳化硅陶瓷，增韧剂由环氧树脂、无水乙醇、聚酰胺树脂和DBU制成，其中，环氧树脂、无水乙醇、聚酰胺树脂和DBU四者的质量比为100:100:50:3。

所述硬脆材料表面增韧剂的制备方法，包括以下步骤(下述描述的原料的加入顺序不能改变)：

(1)将溶质与稀释剂混合，搅拌混合均匀；

(2)加入固化剂，搅拌混合均匀；

(3)加入促进剂，搅拌混合均匀，即得。

进一步地，每一次混合后，搅拌时间均在20分钟以上，目的是使各组分混合均匀，若搅拌时间过短，则所配制的增韧剂在静置5min左右会出现较为明显的分层现象，这对增韧剂在陶瓷表层的均匀润湿与凝胶固化是不利的。

所述硬脆材料表面增韧剂在抑制硬脆材料磨削过程中崩碎损伤中的应用。

一种抑制硬脆材料磨削过程中崩碎损伤的方法，包括以下步骤：

(1)将上述硬脆材料表面增韧剂均匀涂覆在待加工硬脆材料的表面；

(2)磨削工件，并边磨削边在磨削过的硬脆材料表面涂敷步骤(1)中的硬脆材料表面增韧剂；

(3)磨削完成后，应用超声波清洗硬脆材料表面渗入的增韧剂。

进一步地，所述步骤(1)中，硬脆材料选自碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷。

进一步地，所述步骤(1)中，涂覆的具体方式为：用增韧剂浸润硬脆材料10min以上。

进一步地，所述步骤(1)中，在硬脆材料表面涂覆增韧剂后，使用激光辅助加热的方式将表层加热至130℃，目的是：使已渗入硬脆材料表层微孔隙微裂纹中的增韧剂快速凝胶与固化，凝胶与固化后作为一种能量吸收组元可以在受外界冲击时吸收更多的能量，更大程度上改善陶瓷的磨削加工性能。

进一步地，所述步骤(1)、(2)中，硬脆材料表面增韧剂涂覆在磨削表面的边缘。

进一步地，所述步骤(2)中，磨削加工时，磨削深度控制在0.03mm以内。

进一步地，所述步骤(2)中，磨削加工时，磨床砂轮转速为1900～2100r/min，送料速度不大于6m/min。

进一步地，超声波清洗时采用无水乙醇作为清洗剂。

本发明的硬脆材料表面增韧剂，在硬脆材料的表面渗透深度可达10～40μm，可使硬脆材料的硬度降低25％～30％，具有渗透能力强、润湿性能好、固化速度快的特点。

本发明的基本原理是：硬脆材料的崩裂损伤归根到底是在能量驱动下的一种状态失稳现象。在外加载荷的作用下，晶粒主要通过弹性变形将外界输入的能量转化为弹性应变能积聚在材料内。随着外加载荷的不断增加，当晶粒积聚的弹性应变能超过其所能负载的极值时，材料内部的微裂纹就会扩展，形成宏观裂纹，崩裂损伤产生，并向外界释放能量。由于硬脆材料内部的晶粒不易产生位错运动，塑性变形很小，因此硬脆材料的弹性极限与断裂韧性极限非常接近。但当在硬脆材料表层的微裂纹、微间隙中填充增韧剂后，晶粒的弹性变形将挤压增韧剂，导致增韧剂产生塑性变形，并作为一种能量吸收单元吸收大量的能量，从而提升硬脆材料的表层断裂韧性，降低微裂纹尖端的应力强度因子，阻止表层微裂纹的进一步扩展，达到减轻或消除崩裂损伤的目的。其增韧机理与弹性体增韧是一致的。另一方面，增韧剂也可能会在界面与环境介质(如磨削液等)快速发生化学反应，生成玻璃封填剂，阻塞孔隙和微裂纹的扩散通道，实现表面裂纹的自愈合。

本发明的抑制硬脆材料磨削过程中崩碎损伤的方法，涂覆增韧剂后，不仅可以大幅度减轻硬脆材料边缘的崩碎损伤程度，还可提升硬脆材料的整体加工质量、加工效率(未涂覆增韧剂时，为减轻硬脆材料的崩碎损伤，磨削参数的选取比较保守，磨削效率较低；而涂覆增韧剂后，在保证硬脆材料边缘磨削加工质量的同时，还可大幅度提高加工效率)，降低加工成本，进一步推动了硬脆材料的工程实际应用。

本发明的硬脆材料表面增韧剂，由溶质、稀释剂、固化剂、促进剂配制而成，与CN110064974B相比，性能更加优越：CN 110064974 B中公开的增韧剂仅由溶质和稀释剂配制而成，增韧剂渗入陶瓷表层的微裂纹与微孔隙后仍为流动态；而本发明添加了固化剂和促进剂，并且磨削前经激光辅助加热，渗入陶瓷表层的增韧剂在促进剂的作用下，迅速凝胶固化，在磨削过程中作为一种能量吸收组元，相较于流动态增韧剂在产生塑性变形时吸收的能量更多，抑制崩碎损伤的能力效果更佳。

本发明所引述的所有文献，它们的全部内容通过引用并入本文，并且如果这些文献所表达的含义与本发明不一致时，以本发明的表述为准。此外，本发明使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义。

附图说明

图1：促进剂为3％、稀释剂分别为80％、90％、100％的三种增韧剂的接触角测量结果示意图，其中，A：80％；B：90％；C：100％。

图2：促进剂分别为1％、2％、3％，稀释剂分别为80％、90％、100％，粗糙度分别为0.1、0.2、0.8时的9种增韧剂的接触角测量结果示意图，其中，A：促进剂为1％；B：促进剂为2％；C：促进剂为3％。

图3：Ra＝0.8SiC陶瓷涂覆增韧剂前、后维氏压痕形貌示意图，其中，A：涂覆增韧剂前；B：涂覆增韧剂后。

图4：9种不同配比的增韧剂对粗糙度分别为0.1、0.2、0.8碳化硅陶瓷表面硬度的影响示意图，其中，A：粗糙度0.1；B：粗糙度0.2；C：粗糙度0.8。

图5：Ra＝0.1碳化硅陶瓷涂覆封孔剂前后表面形貌示意图，其中，A、B、C分别表示陶瓷基体在5000、10000、20000放大倍数下的形貌，D表示涂覆增韧剂后的陶瓷表层在5000放大倍数下的形貌。

图6：Ra＝0.2碳化硅陶瓷涂覆封孔剂前后表面形貌示意图，其中，A、B、C分别表示陶瓷基体在5000、10000、20000放大倍数下的形貌，D表示涂覆增韧剂后的陶瓷表层在5000放大倍数下的形貌。

图7：Ra＝0.8碳化硅陶瓷涂覆封孔剂前后表面形貌示意图，其中，A、B、C分别表示陶瓷基体在5000、10000、20000放大倍数下的形貌，D表示涂覆增韧剂后的陶瓷表层在5000放大倍数下的形貌。

图8：Ra＝0.2碳化硅陶瓷剖面增韧剂浸渗效果图。

图9：对照组的维氏压痕形貌图。

图10：对照组的Ra＝0.2碳化硅陶瓷剖面增韧剂浸渗效果图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。然而，本发明的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种变化和修饰。

下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。本专利技术是在国家自然科学基金基金号：51775555、51905542、51805539的支持下进行的研发。

下述实施例所用环氧树脂，为北京鑫葆海化学科技有限公司生产的E51型环氧树脂。

环氧树脂的牌号有很多，本发明之所以使用E51型，是因为环氧值越高，流动性越好，润湿性越好；且E51型环氧树脂在常温下呈液态，其余型号树脂在常温下呈固态(其润湿性没有高环氧值的环氧树脂好，且使用时需要加热软化，使用不便捷)。

下述实施例所用聚酰胺树脂，为北京鑫葆海化学科技有限公司生产的651型聚酰胺树脂(651型的固化速率快于650型)。

实施例1增韧剂的配制及优化

本实施例以环氧树脂为溶质、无水乙醇为稀释剂、聚酰胺树脂为固化剂、DBU(1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯)为促进剂，配置用于SiC陶瓷磨削加工时进行表层实时增韧的增韧剂。

SiC陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、低密度、热膨胀系数小等优点，但由于其脆性大，在磨削加工时极易产生崩碎损伤。在此，采用本发明的方法对磨削过程中的SiC陶瓷进行表层实时增韧，验证该方法的可行性。

(一)实验方法：按照以下步骤进行实施：

(1)以环氧树脂为溶质，聚酰胺树脂为固化剂，无水乙醇为稀释剂，DBU为促进剂，通过调节各组分的比例，配置出多组增韧剂。其中，环氧树脂与聚酰胺树脂的最优配比为2:1(质量比)。

若固化剂的用量过高，则部分固化剂残余在生成物中，若固化剂的用量过少，则部分溶质残留在生成物中，对固化性能造成影响，因此本次增韧剂的配置工艺中，溶质与固化剂的量保持不变(2:1)，仅改变稀释剂与促进剂的含量；稀释剂含量改变的目的是：不同含量稀释剂添加后的润湿性能不同；促进剂含量改变的目的是：不同促进剂添加后固化速率不同。本实验的目的是找到最佳的增韧剂配比，一方面满足增韧剂的浸渗，另一方面满足快速固化对表层机械性能的改善，而渗入的快慢与固化的快慢是存在矛盾的，因此通过本研究找到最佳的增韧剂配制工艺。

环氧树脂的质量记为1，无水乙醇的质量分别为：80％、90％、100％；DBU的质量分别为：1％、2％、3％。改变稀释剂和促进剂含量的原因：稀释剂的含量影响增韧剂在陶瓷表层的浸润性能，促进剂含量影响增韧剂固化速率的快慢，两个参数共同作用，综合影响着陶瓷表层的机械加工性能。

以陶瓷表面粗糙度、稀释剂比例、促进剂比例为影响因子，以接触角和表面硬度作为评价指标，进行全因子试验，如表1所示，配制出9种不同配比的增韧剂。

表1全因子试验

(2)使用接触角测量仪(广州普塞特有限公司生产)测量不同配比的增韧剂在不同粗糙度的80×40×10mmSiC陶瓷表面的接触角。

(3)在不同粗糙度的80×10mm的SiC陶瓷表面涂覆不同配比的增韧剂，浸润10min后将表层多余的增韧剂刮除。

(4)使用显微维氏硬度计(北京四合科技有限公司生产)以一定的负荷，将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入涂覆了增韧剂的SiC陶瓷表层，保持10s，得到维氏压痕。

(5)使用扫描电子显微镜观测不同粗糙度的SiC封孔前后的表面、侧面与维氏压痕形貌。

(6)对比分析接触角、表面硬度、显微形貌，得出SiC陶瓷最优的增韧剂配置比例。

(7)采用保温箱将待加工的陶瓷试样加热至80℃并保温。

(8)将尺寸为80×40×10mm的SiC陶瓷块固定在平面磨床上，在80×10mm的磨削表面上涂覆最优配比的增韧剂，涂覆方式：浸润10min，然后将表层多余的增韧剂刮除。

注：在实际加工过程中，表层多余的增韧剂无需刮出，多余的表层增韧剂在磨削加工过程中还可以起到包覆、润滑的作用，更有利于减小陶瓷的崩边；实验中采取刮除多余增韧剂的方式，目的是在探究增韧剂对表层力学性能时防止多余增韧剂对检测的干扰。

(9)设定磨床的砂轮转速为2000r/min，送料速度为5m/min，磨削深度为a_p＝0.03mm；采用的金刚石砂轮尺寸为200×6-20×Φ31.75mm，金刚石粒度为80^#。

(10)采用激光辅助加热的方式将涂覆增韧剂的陶瓷试样表层加热至130℃。

(11)磨削陶瓷表面，并边磨削边在磨削过的陶瓷工件表面涂敷增韧剂(毛刷蘸取增韧剂涂覆)。

(12)磨削结束后，应用超声波清洗磨削过的陶瓷试样，清洗剂为无水乙醇。

(二)结果与分析：

A.经步骤(1)、(2)，测量出不同配比的增韧剂在不同表面粗糙度碳化硅陶瓷的接触角，以此反映该增韧剂对陶瓷表层的浸润性能。

(1)在Ra＝0.8的SiC基体表面，滴定稀释剂含量分别为80％、90％、100％，促进剂含量为3％的三种增韧剂，并使用接触角测量仪测量接触角，结果如图1A、B、C所示。

(2)添加1％DBU，改变稀释剂含量与陶瓷表面粗糙度后所测接触角的大小，结果如表2、图2A所示。

表2

添加2％DBU，改变稀释剂含量与陶瓷表面粗糙度后所测接触角的大小，结果如表3、图2B所示。

表3

添加3％DBU，改变稀释剂含量与陶瓷表面粗糙度后所测接触角的大小，结果如表4、图2C所示。

表4

分析：

①各因素对接触角的影响：稀释剂的含量＞SiC表面粗糙度＞促进剂的含量。稀释剂含量越高，接触角越小，且影响显著；SiC表面粗糙度越大，接触角越小，影响较为明显；促进剂的含量越高，接触角越小，但影响轻微。

②当稀释剂含量为100％、促进剂含量为3％，碳化硅表面粗糙度为0.8时，接触角最小，所配置的增韧剂的浸润效果最好。此时，增韧剂的渗透能力最强，润湿速度最快。

B.经步骤(3)、(4)、(5)观测到维氏压痕，测算维氏硬度，以此反映不同配比的增韧剂对碳化硅陶瓷表层机械加工性能的改善程度。

(1)涂覆增韧剂前、后陶瓷基体的维氏压痕形貌

以Ra＝0.8的SiC陶瓷为例，图3A表示维氏压头以0.98N的力压入陶瓷基体表层并保持10s后的压痕形貌，图3B表示维氏压头以1.96N的力压入涂覆增韧剂后的陶瓷表层并保持10s后的压痕形貌。

根据比例尺测算维氏压痕对角线长度，并代入维氏硬度计算公式得出对应的陶瓷表层硬度。维氏硬度计算公式如下：

式中：F表示负荷，单位牛顿；

S表示压痕表面积，单位平方毫米；

α表示压头相对面夹角，单位度，且α＝136°；

d表示平均压痕对角线长度，单位毫米。

(2)改变稀释剂含量与促进剂含量后所得到的9种不同配比的增韧剂对不同粗糙度碳化硅陶瓷表层硬度的影响

9种不同配比的增韧剂对粗糙度为0.1碳化硅陶瓷表面硬度的影响，如表5、图4A所示。

表5

9种不同配比的增韧剂对粗糙度为0.2碳化硅陶瓷表面硬度的影响，如表6、图4B所示。

表6

9种不同配比的增韧剂对粗糙度为0.8碳化硅陶瓷表面硬度的影响，如表7、图4C所示。

表7

(3)三种粗糙度陶瓷基体的表层硬度

Ra＝0.1平均表层维氏硬度为2062，Ra＝0.2平均表层维氏硬度为1954，Ra＝0.8平均表层维氏硬度为1890。

分析：

①各因素对增韧后表层硬度的影响：稀释剂含量＞SiC表面粗糙度＞促进剂含量。SiC表面粗糙度越大，表层硬度越低，影响较为明显；稀释剂含量越高，表层硬度越低，影响较为明显；促进剂含量越低，表层硬度越高，但影响轻微。

②当稀释剂含量为100％、促进剂含量为1％、碳化硅表面粗糙度为0.8时，表层硬度最低，所配置的增韧剂增韧效果最好。此时，增韧剂的涂覆可以显著改善碳化硅陶瓷的机械加工性。

③增韧剂的使用可以使得碳化硅陶瓷的表层硬度降低25％～30％。

④粗糙度越大，碳化硅陶瓷基体表层的硬度越小，但影响轻微。

C.经步骤(5)得到增韧剂使用前后SiC表面的形貌

Ra＝0.1碳化硅陶瓷涂覆封孔剂前后表面形貌，如图5所示，其中，A、B、C分别表示陶瓷基体在5000、10000、20000放大倍数下的形貌，D表示涂覆增韧剂后的陶瓷表层在5000放大倍数下的形貌，下同。

Ra＝0.2碳化硅陶瓷涂覆封孔剂前后表面形貌，如图6所示。

Ra＝0.8碳化硅陶瓷涂覆封孔剂前后表面形貌，如图7所示。

分析：从表面形貌图可明显看出，增韧剂很好地渗入陶瓷的微孔隙与微裂纹中。

D.经步骤(5)得到涂覆增韧剂后碳化硅陶瓷的侧面形貌

以环氧树脂：无水乙醇：聚酰胺树脂：DBU＝100：100：50：3(重量比)配制的增韧剂浸润Ra＝0.2碳化硅陶瓷为例，观测增韧剂的浸润效果，如图8所示。

分析：增韧剂可渗入陶瓷表层约40μm(图片中，由上到下依次是增韧剂层、浸润层、基体层，通过SEM的比例尺可以看出来)，润湿效果良好。

E.经步骤(6)得到最优增韧剂配置比例

考虑到固化速率，且促进剂的含量对表层硬度的影响轻微，故采用3％含量的促进剂对表层实时增韧的效果最好。因此，增韧剂的最优配比为：

环氧树脂：无水乙醇：聚酰胺树脂：DBU＝100：100：50：3，质量比。

F.经步骤(12)的到使用增韧剂后的磨削效果

预估效果：涂覆增韧剂后的碳化硅陶瓷在磨削加工后的崩碎损伤程度明显降低；涂覆增韧剂后的碳化硅陶瓷在磨削加工时背吃刀量与砂轮进给速率均可适当调节，大幅度提高了磨削加工效率。

(三)结论：

(1)对接触角的影响：稀释剂含量＞表面粗糙度＞促进剂的含量；对表层硬度的影响：稀释剂含量＞表面粗糙度＞促进剂的含量。

(2)稀释剂含量越高，润湿性能越好且影响显著，表层硬度越低，影响较为明显。表面粗糙度越大，润湿性能越好，影响较为明显，表层硬度越低，影响较为明显。促进剂含量越高，润湿性能越好，影响轻微，硬度越大，但影响十分轻微。促进剂的含量越高，增韧剂在浸入陶瓷表面后的固化速率越快。

(3)增韧剂的最优配比为：环氧树脂：无水乙醇：聚酰胺树脂：DBU＝100：100：50：3，可以使得陶瓷表层硬度降低25％～30％，极大地改善了陶瓷的机械加工性能。

(4)增韧剂的使用可大幅度减轻硬脆材料磨削加工中产生的崩碎损伤，提高了硬脆材料的加工质量，并大幅度提高了磨削加工效率。

实施例2本发明的增韧剂与CN 110064974 B中公开的增韧剂的对比

采用实施例1优化的增韧剂(环氧树脂：无水乙醇：聚酰胺树脂：DBU＝100：100：50：3)涂覆碳化硅陶瓷，并进行磨削；以CN 110064974 B中公开的增韧剂(增韧剂组成：溶质：无水乙醇＝1：6，体积比，其中，溶质由环氧树脂与邻苯二甲酸二辛脂混合而成，其中环氧树脂：邻苯二甲酸二辛脂＝1:1，质量比)作为对照；具体步骤同实施例1的步骤(3)～(5)、(7)～(12)。

结果：

(1)硬度对比：对照组的硬度值如表8所示。维氏压痕形貌如图9所示。可见，对照组的增韧剂可使碳化硅陶瓷的表层硬度降低(1890-1841)/1890×100％＝2.6％；而本发明的增韧剂(具体数值见表5、6、7)可以使得碳化硅陶瓷的表层硬度大幅度降低：对于粗糙度为0.1的碳化硅陶瓷：降低(2062-1487)/2062×100％＝27.9％；(1954-1429)/1954×100％＝26.9％；(1890-1380)/1890×100％＝27.0％。本发明的增韧剂效果显著优于对照组。

表8 Ra＝0.8SiC的硬度值

	维氏硬度
		1	1832
2	1898
		3	1820
4	1796
		5	1863
均值	1841

(2)浸润深度对比：对照组的Ra＝0.2碳化硅陶瓷剖面增韧剂浸渗效果如图10所示，由图可知，其浸润深度为3～5μm，远远低于本发明的40μm。

(3)磨削质量的对比：经多次重复试验，可以明显看出，本发明的增韧剂可以有效降低陶瓷在磨削过程中产生的崩碎损伤，同时，增韧剂的使用也在一定程度上提高陶瓷磨削后的表面加工质量。

结论：本发明的增韧剂，效果显著优于CN 110064974 B中公开的增韧剂。

注：本发明中溶质与固化剂的质量比取决于参与化学反应的物质的量的理由是：固化的方式是溶质与固化剂发生化学反应(一般是加成聚合反应或催化聚合反应)生成三维网状结构或体型网状结构的固化物，对于一定质量的溶质，根据其化学反应式可计算其固化所需要固化剂的含量，因此固化剂的质量取决于化学反应溶质的质量。

以环氧树脂与聚酰胺树脂的固化反应为例：

可根据公式

求出理论用量。

参与反应的是聚酰胺中的胺基(包括伯胺和叔胺)于环氧树脂中的环氧基发生反应，反应式如下：

E51型环氧树脂：环氧值为0.48-0.54，取0.51；

651型低分子聚酰胺树脂：380-450mg/KOH/g，取380；

56100：KOH(×10^-3mol)；

f_n:系数，f_n＝(n+2)/(n+1)，n为多亚乙基多胺中-CH2CH2-重复数减去1；

因二亚乙基三胺n＝1,f_n＝1.5；

计算得环氧树脂固化剂的用量＝(56100×0.51)/(380×1.5)＝50.19％。

给本领域技术人员提供上述实施例，以完全公开和描述如何实施和使用所主张的实施方案，而不是用于限制本文公开的范围。对于本领域技术人员而言显而易见的修饰将在所附权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种硬脆材料表面增韧剂，其特征在于：由溶质、稀释剂、固化剂和促进剂制成，其中，溶质与稀释剂的质量比为1:0.8～1.0；溶质与促进剂的质量比为100:1～3；溶质与固化剂的质量比为2:1或3:1；

所述硬脆材料选自碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷；

所述溶质选自E51型环氧树脂；

所述稀释剂选自无水乙醇或/和乙醚；

所述固化剂选自聚酰胺树脂、二乙烯三胺、DMP-30中的任意一种或两种以上；

所述促进剂选自DBU或/和Thiol-30L。

2.根据权利要求1所述的硬脆材料表面增韧剂，其特征在于：所述溶质与促进剂的质量比为100:3。

3.根据权利要求1所述的硬脆材料表面增韧剂，其特征在于：所述溶质与固化剂的具体物质及质量比选自以下之一：环氧树脂：聚酰胺树脂=2:1；环氧树脂：二乙烯三胺=3:1。

4.根据权利要求1或2或3所述的硬脆材料表面增韧剂，其特征在于：所述表面增韧剂由环氧树脂、无水乙醇、聚酰胺树脂和DBU制成，其中，环氧树脂、无水乙醇、聚酰胺树脂和DBU四者的质量比为100:100:50:3。

5.权利要求1～4中任一项所述的硬脆材料表面增韧剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将溶质与稀释剂混合，搅拌混合均匀；

（2）加入固化剂，搅拌混合均匀；

（3）加入促进剂，搅拌混合均匀，即得。

6.权利要求1～4中任一项所述的硬脆材料表面增韧剂在抑制硬脆材料磨削过程中崩碎损伤中的应用。

7.一种抑制硬脆材料磨削过程中崩碎损伤的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将权利要求1～4中任一项所述的硬脆材料表面增韧剂涂覆在待加工硬脆材料的表面；

（2）磨削工件，并边磨削边在磨削过的硬脆材料表面涂敷步骤（1）中的硬脆材料表面增韧剂；

（3）磨削完成后，应用超声波清洗硬脆材料表面渗入的增韧剂。

8.根据权利要求7所述的抑制硬脆材料磨削过程中崩碎损伤的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，涂覆的具体方式为：用增韧剂浸润硬脆材料10min以上。

9.根据权利要求7所述的抑制硬脆材料磨削过程中崩碎损伤的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，在硬脆材料表面涂覆增韧剂后，使用激光辅助加热的方式将表层加热至130℃。

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