[發明專利]低溫高強陶瓷結合劑金剛石磨具

無效

• 申請號: 201210554537.3
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN102976723A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 朱玉梅;趙加碩;李志宏
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B35/14
• 分類號: C04B35/14;C04B38/08;C04B35/622
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張宏祥

技術領域

本發明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，尤其涉及一種采用低溫高強陶瓷結合劑制備的金剛石磨具及其制備方法。

背景技術

金剛石具有很多優異的性能，例如超高的硬度、高的熱導率以及優異的磨削性能，采用金剛石制作的磨具是一種高性能的超硬復合材料，在目前社會的高速、高效、高精的機械加工行業有著廣泛應用。雖然金剛石磨料具有很多優越性能，但是其晶體表面有一個空余的鍵未被利用，容易與外來缺電子的原子發生反應。高溫條件下（空氣中為800℃），當氧與金剛石表面上的碳原子相接觸時，就容易吸收碳原子多余的電子而相互結合成鍵，形成CO氣體跑掉，使金剛石氧化損耗，甚至喪失加工功能。

磨具是由金剛石磨料和結合劑制成的，結合劑的種類主要包括金屬結合劑、樹脂結合劑和陶瓷結合劑。在某種程度上，金剛石磨具的性能是由結合劑的性質決定的。與其它種類的磨具相比，陶瓷結合劑金剛石磨具具有十分獨特的性能，比如低的斷裂韌性、高的強度及彈性模量、可控的氣孔率、好的自銳性及高的保持磨具形狀的能力。目前，金剛石磨具用陶瓷結合劑的發展還不能滿足高的磨削性能的需要，所制備的陶瓷結合劑金剛石磨具的均一性及耐用性還不能達到高標準要求。因此，為了迎合現代精密機械加工工業的需要，只有通過提高所用的陶瓷結合劑的性能才能保證金剛石磨料的優異性能。

近幾年，科研工作者已經對如何提高陶瓷結合劑的性能做了大量的研究。例如含鉛(Pb)的陶瓷結合劑具有比較優異的性能，具有高的結合劑強度和低的熔融溫度，并且廣泛地應用在金剛石磨具中。Bi和Pb位于元素周期表中的相鄰位置，并且Bi³⁺和Pb²⁺具有相同的6s²電子層，已經證明了Bi和Pb具有的一系列相似性；但是對于毒性，Bi相對于Pb來說是比較安全的，因此，含Bi材料被認為是最能取代含Pb材料的優異材料。在現代社會中隨著人們環保意識的增強，含Pb材料將會逐步被少用直到禁用。基于以上原因，研究取代含Pb的金剛石磨具用陶瓷結合劑是迫在眉睫的，含Bi的陶瓷結合劑是一個比較有前景的金剛石用陶瓷結合劑。

發明內容

本發明的目的，是提供一種熔融溫度低、強度高、熱膨脹系數低、適合金剛石磨具的含Bi陶瓷結合劑，用來取代含Pb的陶瓷結合劑，以便使金剛石磨具的性能更加優越。

本發明通過如下技術方案予以實現。

一種低溫高強陶瓷結合劑金剛石磨具，其原料組成及其質量分數比為：磨料100份，低溫陶瓷結合劑10～30份，臨時粘結劑3～15份，成孔劑5～10份；

所述低溫陶瓷結合劑的原料組分及其質量百分比含量為：43～57%SiO₂，2～13%Al₂O₃，12～25%B₂O₃，2～10%Na₂O，5～12%K₂O，1～8%Li₂O，1～10%Bi₂O₃，2～8%MgO。

所述磨料為金剛石；

所述成孔劑為活性炭；

所述臨時粘結劑為糊精、石蠟、水玻璃或者硬脂酸；

該低溫高強陶瓷結合劑金剛石磨具的制備方法如下：

(1)按低溫陶瓷結合劑的原料組分及其質量百分比43～57%SiO₂，2～13%Al₂O₃，12～25%B₂O₃，2～10%Na₂O，5～12%K₂O，1～8%Li₂O，1～10%Bi₂O₃，2～8%MgO；稱取原料，經過72h球磨混合均勻后，在1000～1300℃下熔融成玻璃熔液，水淬、干燥，再粉碎成玻璃粉，過250目篩，得到低溫陶瓷結合劑，備用；

(2)按照磨料100份，低溫陶瓷結合劑10～30份，臨時粘結劑3～15份，成孔劑5～10份的質量分數比稱量、配料，然后過篩混合、造粒、再次過篩得到所需的混合原料，備用；

(3)將步驟(2)的混合原料用壓機壓制成磨具毛坯；

(4)將步驟(3)的磨具毛坯于780℃燒成，保溫時間為2h，升溫速率為3℃/min；

(5)隨爐冷卻至室溫，將燒成的磨具進行清理及修整；

(6)進行性能測試。

所述金剛石的粒度為80～300目。