一种微波法快速合成cbn磨具用陶瓷结合剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明提供了一种微波法快速合成CBN磨具用陶瓷结合剂的制备方法，属于结合剂制备技术领域。
【背景技术】
[0002]陶瓷结合剂具有可控的气孔率、良好的热稳定性和化学稳定性，广泛应用于高速、高效、高精度磨削的CBN磨具的加工成型。陶瓷结合剂CBN磨具不仅切削锋利、磨削力小、生产效率高、使用寿命长、易于整形与修锐、磨削精度高，而且磨削时工件温度低，能消除残余拉应力。陶瓷结合剂性能的好坏直接关系到CBN磨粒优良性能能否得到充分的发挥，从而最终影响到CBN砂轮的磨削效果。所以，陶瓷结合剂是研究陶瓷结合剂CBN磨具的关键因素之一。
[0003]陶瓷结合剂的强度是影响CBN磨具使用的一个重要因素。结合剂的强度主要包括两方面的内容:一是结合剂本身的强度，二是结合剂和磨粒之间的把持能力。若强度不够，砂轮容易产生回转破裂，使人身和设备安全受到极大的威胁。CBN磨具要求所用的陶瓷结合剂必须能形成十分牢固的结合剂桥梁，且对磨粒有良好的把持能力，否则CBN磨料的高硬度就无从体现。
[0004]陶瓷结合剂的耐火度是结合剂的主要性能指标之一，如结合剂的耐火度太高，烧成时烧结程度差，它与磨粒粘结不牢，影响磨具的硬度及强度，对烧成温度的波动很敏感，使磨具硬度不稳；相反如结合剂耐火度太低，烧成时液相的粘度又小，将引起磨具变形发泡。影响结合剂耐火度的主要因素是化学成分和原料粒度。结合剂粒度越细，分散度越大，反应能力就越强，会引起耐火度的降低。
[0005]传统的常压烧结法制备陶瓷结合剂所需烧结温度高，制得的陶瓷结合剂强度低、抗冲击、抗疲劳性能差，为了改善其性能及避免高温烧结对CBN磨料的伤害，目前大家纷纷研究低温高强陶瓷结合剂，以实现磨具的低温烧成。与常压烧结相比，微波烧结能快速均匀地加热材料而不会引起结合剂开裂或在结合剂内形成热应力，使结合剂内部形成均匀的细晶结构，进而改善陶瓷结合剂的性能，增强CBN磨具的强度，提高磨具的使用和加工性能，达到低温高强CBN磨具陶瓷结合剂的制备目的。另外，采用微波烧结能够降低烧结温度，缩短烧结时间，且制备的陶瓷组织均匀、致密。
[0006]因此，为了更好地提高陶瓷结合剂CBN磨具的性能，获得低温高强陶瓷结合剂CBN磨具，有必要探索一种可实现低温、快速合成陶瓷结合剂的制备方法。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种快速合成CBN磨具用陶瓷结合剂的新方法，以便更好满足陶瓷结合剂在CBN磨具中的应用，使制得的低温高强陶瓷结合剂CBN磨具更容易达到的高速、高效、高精度磨削的条件。该方法具有节约能源、降低生产成本，且工艺简单等特点。
[0009]本发明的CBN磨具用陶瓷结合剂的合成方法包括以下步骤:
a、按质量百分比取45?70%的硅酸或二氧化硅、3?10%的氢氧化铝或三氧化二铝、5?15 %的无水碳酸钠或氧化钠和5?20 %的硼酸或三氧化二硼混匀，研磨后过200?300目筛，制得混合料；
b、将步骤a制得的混合料熔炼后水淬，所用熔炼的条件是:以10°C/min的速率升温到1300?1500 °C后熔炼2?5h ;
C、将步骤b制得的产物于100?150°C下干燥4?8h，研磨，过200?300目筛，制得基础陶瓷结合剂；
d、将步骤c制得的基础陶瓷结合剂用压机压制成毛坯，用微波烧结炉进行烧结，制得本发明的陶瓷结合剂。
[0010]本发明所述混合、球磨是在高能球磨机、滚动球磨机和研磨机中一种设备中进行。
[0011]本发明所述结合剂的熔炼温度为1300?1500°C，熔炼时间为2?5h。
[0012]本发明所述干燥设备为鼓风干燥箱和真空干燥箱中任意一种设备。
[0013]本发明所述结合剂的干燥温度为100?150°C，干燥时间为4?8h。。
[0014]本发明所述所述结合剂的烧结设备为微波烧结炉。
[0015]本发明相比现有制备CBN磨具用陶瓷结合剂的方法，具有如下有益效果:
(I)烧成温度均匀。微波烧结法具有内外同步加热的效果，微波烧结可以快速均匀地加热材料而不会引起结合剂开裂或在结合剂内形成热应力。
[0016](2)反应温度低，反应时间短，节约能源。相对传统常压烧结陶瓷结合剂的方法，本合成方法可以大幅度降低反应温度，缩短反应时间，有效节约能源。
[0017](3)性能优异，应用前景广阔:反应生成的CBN磨具用陶瓷结合剂，抗弯强度大、硬度高、烧成密度大。另外，该法制得的陶瓷结合剂气孔均匀，与磨粒间把持力大，制得的磨具磨削性能好，应用前景广阔。
【具体实施方式】
[0018]本发明以下将结合实施例作进一步描述:
实施例1:
按重量比称取二氧化硅34.8g、氢氧化铝9.36g、氧化钠12.4g和硼酸19.8g分析纯，经充分混合后，过200目筛，然后将混合料按一定升温速率升高到150(TC，并保温2~5h。经水冷、干燥、破碎、球磨后，制得基础陶瓷结合剂。经压制、干燥、微波烧成等工艺，分别测定结合剂的耐火度和抗折强度。结果显示:结合剂的耐火度为500~600°C，抗折强度为55-11MPa0
[0019]实施例2:
按重量比称取硅酸61.8g、氢氧化铝11.5g、无水碳酸钠17.0g和三氧化二硼27.5g分析纯，经充分混合后，过300目筛，然后将混合料按一定升温速率升高到140(TC，并保温2~5h0经水冷、干燥、破碎、球磨后，制得基础陶瓷结合剂。经压制、干燥、微波烧成等工艺，分别测定结合剂的耐火度和抗折强度。结果显示:结合剂的耐火度为500~600°C，抗折强度为 55~110MPa。
[0020]实施例3:
按重量比称取二氧化硅53.65g、三氧化二铝7.66g、氧化钠12.25g和硼酸20.86g分析纯，经充分混合后，过200目筛，然后将混合料按一定升温速率升高到130(TC，并保温2~5h。经水冷、干燥、破碎、球磨后，制得基础陶瓷结合剂。经压制、干燥、微波烧成等工艺，分别测定结合剂的耐火度和抗折强度。结果显示:结合剂的耐火度为500~600°C，抗折强度为55-11MPa0
[0021]实施例4:
按重量比称取娃酸42.9g、氢氧化铝7.0g、无水碳酸钠19.2g和硼酸40.8g分析纯，经充分混合后，过300目筛，然后将混合料按一定升温速率升高到1300°C，并保温2~5h。经水冷、干燥、破碎、球磨后，制得基础陶瓷结合剂。经压制、干燥、烧成等工艺，分别测定结合剂的耐火度、流动性和抗折强度。结果显示结合剂的耐火度为500~600°C，抗折强度为55-11MPa0
【主权项】
1.一种微波法快速合成CBN磨具用陶瓷结合剂的制备方法，其特征在于:所述合成方法包括以下步骤: a、按质量百分比取45?70%的硅酸或二氧化硅、3?10%的氢氧化铝或三氧化二铝、5?15 %的无水碳酸钠或氧化钠和5?20 %的硼酸或三氧化二硼混匀，研磨后过200?300目筛，制得混合料； b、将步骤a制得的混合料熔炼后水淬，所用熔炼的条件是:以10°C/min的速率升温到1300?1500 °C后熔炼2?5h ; C、将步骤b制得的产物于100?150°C下干燥4?8h，研磨，过200?300目筛，制得基础陶瓷结合剂； d、将步骤c制得的基础陶瓷结合剂用压机压制成毛坯，用微波烧结炉进行烧结，制得本发明的陶瓷结合剂。2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于:所述混合、球磨是在高能球磨机、滚动球磨机和研磨机中一种设备中进行。3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于:所述结合剂的熔炼温度为1300?1500 °C，熔炼时间为2?5h。4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于:所述干燥设备为鼓风干燥箱和真空干燥箱中任意一种设备。5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于:所述结合剂的干燥温度为100?150°C，干燥时间为4?8h。6.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于:所述结合剂的烧结设备为微波烧结炉。
【专利摘要】本发明属于结合剂制备领域，涉及一种CBN用陶瓷结合剂的制备方法。所述的制备方法包括以下步骤：a、按质量百分比取45～70％的硅酸或二氧化硅、3～10％的氢氧化铝或三氧化二铝、5～15％的无水碳酸钠或氧化钠和5～20％的硼酸或三氧化二硼混匀，研磨后过200～300目筛，制得混合料；b、将步骤a制得的混合料熔炼后水淬，所用熔炼的条件是：以10℃/min的速率升温到1300～1500℃后熔炼2～5h；c、将步骤b制得的产物于100～150℃下干燥4～8h，研磨，过200～300目筛，制得基础陶瓷结合剂；d、将步骤c制得的基础陶瓷结合剂用压机压制成毛坯，用微波烧结炉进行烧结，制得本发明的陶瓷结合剂。本方法具有反应温度低、反应时间短、生产成本低、节约能源等特点，易于工业化生产。
【IPC分类】C04B35/622, C04B35/14
【公开号】CN105084877
【申请号】CN201510402910
【发明人】赵志伟, 陈飞晓, 胡文萌, 黄庆飞, 申皓
【申请人】河南工业大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年7月10日