本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種納米陶瓷結(jié)合劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

高速、高效和高精是現(xiàn)代磨削加工的基本要求。陶瓷結(jié)合劑超硬磨具是用陶瓷結(jié)合劑(玻璃相)作為橋相將超硬磨料結(jié)合起來的一類磨具，它結(jié)合了超硬磨料與陶瓷的優(yōu)點(diǎn)，具有硬度高、耐熱性好、形狀保持性好、氣孔率大、易排屑、不易燒傷工件、容易修整、磨削過程中自銳性好,使用壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn)，近些年來日益成為現(xiàn)代磨削加工所需磨具產(chǎn)品研究開發(fā)的熱點(diǎn)。其中，開發(fā)高性能的陶瓷結(jié)合劑是重點(diǎn)。

現(xiàn)有陶瓷結(jié)合劑除了普遍存在強(qiáng)度較低、燒結(jié)溫度較高和自身脆性等不足外，還存在著制備方法麻煩、配方優(yōu)化手段不夠科學(xué)，根據(jù)具體磨料和磨削對象進(jìn)行性能調(diào)整的規(guī)律不夠明晰等突出問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明在傳統(tǒng)陶瓷結(jié)合劑的基礎(chǔ)上通過不改變配方的物質(zhì)組成，通過調(diào)整至少一種原料內(nèi)常規(guī)顆粒和納米級粉末的比例，從而實現(xiàn)高性能納米陶瓷結(jié)合劑的可控制備。

具體的，本發(fā)明提供的納米陶瓷結(jié)合劑，由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制備而成：

CaO 3～8％，R₂O 8～20％，Al₂O₃15～20％，SiO₂45～60％，B₂O₃15～25％，其中CaO、Al₂O₃、SiO₂和B₂O₃中的至少一種由常規(guī)顆粒和納米級粉末混合而成，且每種原料中納米級粉末的質(zhì)量占比為0.2～8％，其中R₂O代表Na₂O和/或K₂O。

優(yōu)選地，CaO、Al₂O₃、SiO₂和B₂O₃均由常規(guī)顆粒和納米級粉末混合而成。

優(yōu)選地，由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制備而成：

CaO 6％，Na₂O 6％，K₂O 7％，Al₂O₃16％，SiO₂48％，B₂O₃17％。

更優(yōu)選地，所述納米級粉末為納米顆粒、納米線、納米棒、納米帶中的任意一種。

更優(yōu)選地，所述納米顆粒的粒徑為15～100nm。

優(yōu)選地，本發(fā)明提供的納米陶瓷結(jié)合劑，在普通陶瓷磨具制備中的應(yīng)用。

優(yōu)選地，本發(fā)明提供的納米陶瓷結(jié)合劑，在超硬磨具制備中的應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明在傳統(tǒng)陶瓷結(jié)合劑原料的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整至少一種原料內(nèi)常規(guī)顆粒和納米級粉末的比例，控制納米級粉末重量占比為0.2～8％，不僅大大降低了結(jié)合劑的燒結(jié)溫度，節(jié)省了能源，還顯著提高了陶瓷結(jié)合劑的強(qiáng)度；

(2)制得的納米陶瓷結(jié)合劑對磨料的浸潤好，很大程度上提高了對超硬磨料的把持力，磨削效果顯著提高。

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實施，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。

當(dāng)實施例給出數(shù)值范圍時，應(yīng)理解，除非本發(fā)明另有說明，每個數(shù)值范圍的兩個端點(diǎn)以及兩個端點(diǎn)之間任何一個數(shù)值均可選用。除非另外定義，本發(fā)明中使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的意義相同。除實施例中使用的具體方法、設(shè)備、材料外，根據(jù)本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對現(xiàn)有技術(shù)的掌握及本發(fā)明的記載，還可以使用與本發(fā)明實施例中所述的方法、設(shè)備、材料相似或等同的現(xiàn)有技術(shù)的任何方法、設(shè)備和材料來實現(xiàn)本發(fā)明。

本發(fā)明一種納米陶瓷結(jié)合劑，由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制備而成：

CaO 3～8％，R₂O 8～20％，Al₂O₃15～20％，SiO₂45～60％，B₂O₃15～25％，其中CaO、Al₂O₃、SiO₂和B₂O₃中的至少一種由常規(guī)顆粒和納米級粉末混合而成，且每種原料中納米級粉末的質(zhì)量占比為0.2～8％，其中R₂O代表Na₂O和/或K₂O。

需要說明的是，CaO、Al₂O₃、SiO₂和B₂O₃這四種原料，可以一種是由常規(guī)顆粒和納米級粉末混合而成，也可以是兩種及兩種以上都包含相應(yīng)的納米級粉末，考慮到結(jié)合強(qiáng)度，限定每種原料中納米級粉末的質(zhì)量占比為0.2～8％，以2～6％為最佳。

需要進(jìn)一步說明的是，上述納米級粉末為納米顆粒、納米線、納米棒、納米帶中的任意一種，尺寸為15～100nm，這里所指的尺寸為粒徑或長度。

下面就本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體的舉例說明。

對比例1

一種CaO-Na₂O+K₂O-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃陶瓷結(jié)合劑，由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制備而成：CaO 6％，Na₂O 6％，K₂O 7％，Al₂O₃16％，SiO₂48％，B₂O₃17％，其中每一種原料均為化學(xué)純，粒度200目。

具體制備方法為：按上述配方稱量100g陶瓷結(jié)合劑所需的各原料的量，分別稱取6g CaO，6gNa₂O，7gK₂O，16gAl₂O₃，48g SiO₂和17g B₂O₃，充分混合后倒入裝有50ml無水乙醇的研磨罐中進(jìn)行球磨，球磨8h后，進(jìn)行干燥并過600目篩，即得到所述陶瓷結(jié)合劑。

將對比例1制得的陶瓷結(jié)合劑模壓成型，對模壓成型后的陶瓷結(jié)合劑的性能進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)耐火度約870℃，抗折強(qiáng)度48MPa，熱膨脹系數(shù)約7.3×10^-6m/℃。

實施例1

一種納米陶瓷結(jié)合劑，由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制備而成：CaO 6％，Na₂O 6％，K₂O 7％，Al₂O₃16％，SiO₂48％，B₂O₃17％，其中，CaO由2％的納米顆粒和98％的常規(guī)顆粒組成，Al₂O₃由4％的納米顆粒和96％的常規(guī)顆粒組成，SiO₂由4％的納米顆粒和96％的常規(guī)顆粒組成，B₂O₃由4％的納米顆粒和96％的常規(guī)顆粒組成。

需要說明的是，上述納米顆粒的粒徑在15～100nm之間。

具體制備方法為：按上述配方稱量100g陶瓷結(jié)合劑所需的各原料的量，充分混合后倒入裝有50ml無水乙醇的研磨罐中進(jìn)行球磨，球磨8h后，進(jìn)行干燥并過600目篩，即得到所述納米陶瓷結(jié)合劑。

對上述制得的納米陶瓷結(jié)合劑的性能進(jìn)行測試，經(jīng)測量耐火度約690℃，抗折強(qiáng)度95MPa，熱膨脹系數(shù)約4.1×10^-6m/℃。

實施例2

一種納米陶瓷結(jié)合劑，由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制備而成：CaO 6％，Na₂O 6％，K₂O 7％，Al₂O₃16％，SiO₂48％，B₂O₃17％，其中，CaO由4％的納米顆粒和96％的常規(guī)顆粒組成，Al₂O₃由4％的納米顆粒和96％的常規(guī)顆粒組成，SiO₂由4％的納米顆粒和96％的常規(guī)顆粒組成，B₂O₃由4％的納米顆粒和96％的常規(guī)顆粒組成。

具體制備方法和實施例1相同，這里就不做具體的闡述。

對上述制得的納米陶瓷結(jié)合劑的性能進(jìn)行測試，經(jīng)測量耐火度約675℃，抗折強(qiáng)度101MPa，熱膨脹系數(shù)約3.8×10^-6m/℃。

實施例3

一種納米陶瓷結(jié)合劑，由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制備而成：CaO 6％，Na₂O 6％，K₂O 7％，Al₂O₃16％，SiO₂48％，B₂O₃17％，其中，CaO由2％的納米顆粒和98％的常規(guī)顆粒組成，Al₂O₃由2％的納米顆粒和98％的常規(guī)顆粒組成，SiO₂由8％的納米顆粒和92％的常規(guī)顆粒組成，B₂O₃由2％的納米顆粒和98％的常規(guī)顆粒組成。

具體制備方法和實施例1相同，這里就不做具體的闡述。

對上述制得的納米陶瓷結(jié)合劑的性能進(jìn)行測試，經(jīng)測量耐火度約715℃，抗折強(qiáng)度90MPa，熱膨脹系數(shù)約4.5×10^-6m/℃。

由此可見，實施例1～實施例3制得的納米陶瓷結(jié)合劑的耐火度均有所降低，強(qiáng)度有所提高，熱膨脹系數(shù)有所降低。

實施例4

一種納米陶瓷結(jié)合劑，由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制備而成：CaO 6％，Na₂O 6％，K₂O 7％，Al₂O₃16％，SiO₂48％，B₂O₃17％，其中，CaO由2％的納米顆粒和98％的常規(guī)顆粒組成，Al₂O₃由8％的納米顆粒和92％的常規(guī)顆粒組成，SiO₂由8％的納米顆粒和92％的常規(guī)顆粒組成，B₂O₃由8％的納米顆粒和92％的常規(guī)顆粒組成。

具體制備方法和實施例1相同，這里就不做具體的闡述。

對上述制得的納米陶瓷結(jié)合劑的性能進(jìn)行測試，經(jīng)測量耐火度約670℃，抗折強(qiáng)度93MPa，熱膨脹系數(shù)約4.6×10^-6m/℃。

實施例5

一種納米陶瓷結(jié)合劑，由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制備而成：CaO 6％，Na₂O 6％，K₂O 7％，Al₂O₃16％，SiO₂48％，B₂O₃17％，其中，CaO由2％的納米顆粒和98％的常規(guī)顆粒組成，Al₂O₃由5％的納米顆粒和95％的常規(guī)顆粒組成，SiO₂由8％的納米顆粒和92％的常規(guī)顆粒組成，B₂O₃由8％的納米顆粒和92％的常規(guī)顆粒組成。

具體制備方法和實施例1相同，這里就不做具體的闡述。

對上述制得的納米陶瓷結(jié)合劑的性能進(jìn)行測試，經(jīng)測量耐火度約685℃，抗折強(qiáng)度103MPa，熱膨脹系數(shù)約3.9×10^-6m/℃。

實施例6

一種納米陶瓷結(jié)合劑，由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制備而成：CaO 6％，Na₂O 6％，K₂O 7％，Al₂O₃16％，SiO₂48％，B₂O₃17％，其中，CaO由2％的納米顆粒和98％的常規(guī)顆粒組成，Al₂O₃由5％的納米顆粒和95％的常規(guī)顆粒組成，SiO₂由8％的納米顆粒和92％的常規(guī)顆粒組成，B₂O₃由5％的納米顆粒和95％的常規(guī)顆粒組成。

具體制備方法和實施例1相同，這里就不做具體的闡述。

對上述制得的納米陶瓷結(jié)合劑的性能進(jìn)行測試，經(jīng)測量耐火度約690℃，抗折強(qiáng)度97MPa，熱膨脹系數(shù)約3.5×10^-6m/℃。

實施例7

一種納米陶瓷結(jié)合劑，由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制備而成：CaO 6％，Na₂O 6％，K₂O 7％，Al₂O₃16％，SiO₂48％，B₂O₃17％，其中，CaO由2％的納米顆粒和98％的常規(guī)顆粒組成，Al₂O₃由5％的納米顆粒和95％的常規(guī)顆粒組成，SiO₂由8％的納米顆粒和92％的常規(guī)顆粒組成，B₂O₃由2％的納米顆粒和98％的常規(guī)顆粒組成。

具體制備方法和實施例1相同，這里就不做具體的闡述。

對上述制得的納米陶瓷結(jié)合劑的性能進(jìn)行測試，經(jīng)測量耐火度約703℃，抗折強(qiáng)度102MPa，熱膨脹系數(shù)約3.7×10^-6m/℃。

實施例8

一種納米陶瓷結(jié)合劑，由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制備而成：CaO 6％，Na₂O 6％，K₂O 7％，Al₂O₃16％，SiO₂48％，B₂O₃17％，其中，CaO由2％的納米顆粒和98％的常規(guī)顆粒組成，Al₂O₃由5％的納米顆粒和95％的常規(guī)顆粒組成，SiO₂由8％的納米顆粒和92％的常規(guī)顆粒組成，B₂O₃由8％的納米顆粒和88％的常規(guī)顆粒組成。

具體制備方法和實施例1相同，這里就不做具體的闡述。

對上述制得的納米陶瓷結(jié)合劑的性能進(jìn)行測試，經(jīng)測量耐火度約665℃，抗折強(qiáng)度105MPa，熱膨脹系數(shù)約3.7×10^-6m/℃。

在這里，需要說明的是，納米陶瓷結(jié)合劑原料組分CaO，Al₂O₃，SiO₂和B₂O₃中，相應(yīng)組分的納米級粉末的比例控制在0.2～8％范圍內(nèi)，不僅很好的滿足了強(qiáng)度要求，還可以對陶瓷結(jié)合劑的耐火度、強(qiáng)度和熱膨脹系數(shù)都有很大的改善。當(dāng)然，其中一個組分單獨(dú)采用常規(guī)顆粒和納米級粉末混合的方案，也是能夠改善納米陶瓷結(jié)合劑的性能，但是以上述四種原料組分均包含納米級粉末的方案為優(yōu)選。實施例1～實施例8所制備的納米陶瓷結(jié)合劑能夠很好的應(yīng)用于普通陶瓷磨具和超硬磨具產(chǎn)品的開發(fā)中。

以上所述實施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實施例，其保護(hù)范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。