CN114058919A - 金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料及其制备方法，包括以下重量份的原料：刚玉颗粒45‑55份，刚玉细粉5‑15份，铁粉20‑30份，镍粉1‑10份，钛粉1‑10份，以及上述原料总重量3‑6％的粘结剂。本发明的模具材料使用刚玉为主要陶瓷材料，铁、镍、钛等复合金属粉为金属材料，两者润湿性良好，样品密度大强度高、使用寿命长，具有良好的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石锯片制造领域，尤其是涉及一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料及其制备方法。
背景技术
金刚石锯片是建材、矿山和家装等行业不可缺少的切割工具。金刚石锯片的生产流程是：①金刚石微粉+结合剂按比例称量后混合均匀；②把混合粉和金属胎体放入模具，机压成型；③成型后的锯片坯体装入窑炉；④高温烧结；⑤成品。在上述流程中，当锯片坯体装入窑炉时，为了防止坯体之间在高温下粘连，需要一个模具垫片把坯体与坯体隔离开来，该模具垫片除了起隔离作用外还有定型和支撑作用，是金刚石锯片生产过程中的关键功能材料，对烧结金刚石锯片的产品质量具有重要影响。
由于模具垫片在高温下反复使用，因此对制备模具垫片的材料有如下要求：①强度高，普通的烧结炉，每炉通常装载锯片3000片左右，模具垫片要承载这么多的重量，且在高温下不变形不开裂，就需要所制备模具垫片材料具有较高的强度。②抗热震性能好，烧结金刚石锯片的烧结周期通常为一天两炉或两天三炉的模式生产，模具垫片反复承受温度的急剧变化；就要求模具材料应具有良好的抗热震性能；③化学稳定性好，在高温下不与金刚石锯片中的结合剂及金属胎体发生化学反应；④加工性能良好，模具垫片需要加工成表面平整的圆形薄片，一些模具还需要表面雕刻细密的花纹图案，这就要求模具材料加工性能良好，可根据需要加工成特定的产品。
目前常用的模具垫片材料有两种材质，一种是石墨，另一种耐热不锈钢。石墨具有优良的抗热震性能且机械加工性能好，一直以来被用于制作烧结金刚石锯片的模具材料。但石墨耐磨性差和易氧化的缺点导致石墨模具使用寿命较短，通常仅为3-6个月。另外，石墨制品的生产加工过程会造成环境污染，因此近年来常被限产，导致石墨模具垫片价格不断上涨，给下游使用行业带来经济负担。耐热不锈钢材质具有强度高、抗热震性能好、易加工等优点，但也存在价格高，耐热性差等问题，特别是在1000℃高温且承受较大压力时易与金刚石锯片粘连。有鉴于此，开发新型的模具材料成为当务之急。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料及其制备方法，采用本发明制备的刚玉-金属复合模具材料节能环保，抗热震性能优良，高温强度高，使用寿命长。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料，其中，包括以下重量份的原料：刚玉颗粒45-55份，刚玉细粉5-15份，铁粉20-30份，镍粉1-10份，钛粉1-10份，以及上述原料总重量3-6％的粘结剂。
优选的，所述刚玉颗粒及刚玉细粉为白刚玉、棕刚玉、板状刚玉和锆刚玉中的一种或多种。
优选的，所述刚玉颗粒粒度小于1mm，刚玉细粉粒度小于0.074mm。
优选的，所述铁粉、镍粉、钛粉的粒径均小于0.045mm。
优选的，所述粘结剂为PVB溶液，溶剂为无水乙醇，浓度为10％。
本发明提供一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一，按重量份数取刚玉细粉、铁粉、镍粉、钛粉，放入球磨机中按照研磨球和物料比1:1，在转速为1000～1200rpm下，研磨120-180分钟，得到预混合细粉；
步骤二，按重量份取刚玉颗粒入混碾机中，按比例加入粘结剂并搅拌10-15min，使结合剂均匀粘附在刚玉颗粒表面，加入步骤一得到的预混合细粉，搅拌10-20min，使物料充分混合均匀；
步骤三，将混合好的物料装入模具，用液压机在100-200MPa压力下制坯，然后将成型后的坯体进行干燥；
步骤四，将干燥后的坯体装入高温炉，使用氩气为保护气体，以3-5℃/分钟的升温速率升温至350℃，保温2小时后再以1-3℃/分钟的速率升温至1300℃并保温1-2小时，保温结束后随炉冷却至室温，即可得到产品。
优选的，所述步骤三中，将成型后的坯体在60-100℃烘箱中干燥6-8小时。
本发明的有益效果是：
本发明选用的材料和配比经过大量试验选定，所选的刚玉和金属混合物之间润湿性良好，结合紧密，颗粒级配分布均匀，样品致密，强度高，且铁粉为主要金属，经济效益好，节约贵金属资源。理化指标为：常温耐压强度≥150MPa，抗折强度≥30MPa，抗热震性能优良，使用寿命长。本发明的制备工艺与石墨模具的制备工艺相比，更加节能环保。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书中所特别指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不局限于下列实施例。
实施例1：
本实施例提供一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料，包括以下重量份的原料：45份的板状刚玉颗粒、15份的白刚玉细粉，30份铁粉，5份镍粉，5份钛粉，以及上述原料总重量5％的粘结剂。
本实施例中，板状刚玉颗粒粒径小于1mm，白刚玉细粉粒径小于0.074mm；铁粉、镍粉、钛粉的粒径小于0.045mm。粘结剂为PVB酒精溶剂，浓度为10％。
本实施例的一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按重量份数取白刚玉细粉、铁粉、镍粉、钛粉，放入球磨机中按照研磨球和物料比1:1，在转速为1000～1200rpm下，研磨120分钟，得到预混合细粉；
步骤二，按重量份数取板状刚玉大颗粒和中颗粒放入混碾机中，加入总重量5％的PVB结合剂并搅拌10min，使结合剂均匀粘附在板状刚玉颗粒表面与其润湿，加入步骤一得到的预混合细粉，搅拌10min，使物料充分混合均匀；
步骤三，将混合好的物料装入模具，用液压机在150MPa压力下制坯，将成型后的坯体在100℃烘箱中干燥6小时；
步骤四，将干燥后的坯体装入高温炉，使用氩气为保护气体，以5℃/分钟的升温速率升温至350℃，保温2小时后再以2℃/分钟的速率升温至1300℃并保温2小时，然后随炉冷却至室温，即可得到产品。第一段保温的目的是让有机结合剂充分分解，第二段保温的目的是让金属结合剂软化促进对刚玉的烧结。
采用本实施例所得产品的性能指标为：常温耐压强度232.5MPa，常温抗折强度36.1MPa，显气孔率为15.9％，体积密度3.94g/cm2。
实施例2：
本实施例提供一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料，包括以下重量份的原料：55份的棕刚玉颗粒、10份的锆刚玉细粉、25份铁粉、5份镍粉、5份钛粉，以及上述原料总重量5％的粘结剂。
本实施例中，棕刚玉颗粒粒径小于1mm，锆刚玉细粉粒径小于0.074mm；铁粉、镍粉、钛粉的粒径小于0.045mm；粘结剂为PVB酒精溶剂，浓度为10％。
本实施例的一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按重量份数取锆刚玉细粉、铁粉、镍粉、钛粉，放入球磨机中按照研磨球和物料比1:1，在转速为1000～1200rpm下，研磨120分钟，得到预混合细粉；
步骤二，按重量份数取棕刚玉大颗粒和中颗粒放入混碾机中，加入总重量5％的PVB结合剂并搅拌10min，使结合剂均匀粘附在刚玉颗粒表面与其润湿，加入步骤一得到的预混合细粉，搅拌10min，使物料充分混合均匀；
步骤三，将混合好的物料装入模具，用液压机在150MPa压力下制坯，将成型后的坯体在100℃烘箱中干燥6小时；
步骤四，将干燥后的坯体装入高温炉，使用氩气为保护气体，以5℃/分钟的升温速率升温至350℃，保温2小时后再以2℃/分钟的速率升温至1300℃并保温2小时，然后随炉冷却至室温，即可得到产品。
采用本实施例所得产品的性能指标为：常温耐压强度218.0MPa，常温抗折强度32.7MPa，显气孔率为16.7％，体积密度3.92g/cm2。
实施例3：
本实施例提供一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料，包括以下重量份的原料：55份的棕刚玉大颗粒、15份的白刚玉细粉、20份铁粉、10份镍粉、5份钛粉，以及上述原料总重量5％的粘结剂。
本实施例中，棕刚玉颗粒粒径小于1mm，白刚玉细粉粒径小于0.074mm；铁粉、镍粉、钛粉的粒径小于0.045mm；粘结剂为PVB酒精溶剂，浓度为10％。
本实施例的一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按重量份数取白刚玉细粉、铁粉、镍粉、钛粉，放入球磨机中按照研磨球和物料比1:1，在转速为1000～1200rpm下，研磨120分钟，得到预混合细粉；
步骤二，按重量份数取棕刚玉大颗粒和中颗粒放入混碾机中，加入总重量5％的PVB结合剂并搅拌10min，使结合剂均匀粘附在刚玉颗粒表面与其润湿，加入步骤一得到的预混合细粉，搅拌10min，使物料充分混合均匀；
步骤三，将混合好的物料装入模具，用液压机在200MPa压力下制坯，将成型后的坯体在100℃烘箱中干燥6小时；
步骤四，将干燥后的坯体装入高温炉，使用氩气为保护气体，以3℃/分钟的升温速率升温至350℃，保温2小时后再以2℃/分钟的速率升温至1300℃并保温2小时，然后随炉冷却至室温，即可得到产品。
所得产品的性能指标为：常温耐压强度196.6MPa，常温抗折强度31.0MPa显气孔率为17.3％，体积密度4.04g/cm2。
以上实施仅用于说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明的技术方案的实质和精神的基础上，均应涵盖在本发明的权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：刚玉颗粒45-55份，刚玉细粉5-15份，铁粉20-30份，镍粉1-10份，钛粉1-10份，以及上述原料总重量3-6％的粘结剂。
2.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料，其特征在于：所述刚玉颗粒及刚玉细粉为白刚玉、棕刚玉、板状刚玉和锆刚玉中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料，其特征在于：所述刚玉颗粒粒度小于1mm，刚玉细粉粒度小于0.074mm。
4.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料，其特征在于：所述铁粉、镍粉、钛粉的粒径均小于0.045mm。
5.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料，其特征在于：所述粘结剂为PVB溶液，溶剂为无水乙醇，浓度为10％。
6.根据权利要求1所述的一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，按重量份数取刚玉细粉、铁粉、镍粉、钛粉，放入球磨机中按照研磨球和物料比1:1，在转速为1000～1200rpm下，研磨120-180分钟，得到预混合细粉；
步骤二，按重量份取刚玉颗粒入混碾机中，按比例加入粘结剂并搅拌10-15min，使结合剂均匀粘附在刚玉颗粒表面，加入步骤一得到的预混合细粉，搅拌10-20min，使物料充分混合均匀；
步骤三，将混合好的物料装入模具，用液压机在100-200MPa压力下制坯，然后将成型后的坯体进行干燥；
步骤四，将干燥后的坯体装入高温炉，使用氩气为保护气体，以3-5℃/分钟的升温速率升温至350℃，保温2小时后再以1-3℃/分钟的速率升温至1300℃并保温1-2小时，保温结束后随炉冷却至室温，即可得到产品。
7.根据权利要求6的一种金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，将成型后的坯体在60-100℃烘箱中干燥6-8小时。
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