本發(fā)明涉及一種用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑及其制備方法、超硬復(fù)合材料及其制備方法，屬于超硬復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超硬材料常用的是金剛石和立方氮化硼，這兩種超硬材料的硬度都遠(yuǎn)高于其它材料的硬度。因此，超硬材料適于用來制造加工其它材料的工具，尤其是在加工硬質(zhì)材料方面，具有無可比擬的優(yōu)越性，占有不可替代的重要地位。
超硬復(fù)合材料主要是指以金剛石和立方氮化硼微粉等單晶超硬材料為主要原料，添加金屬或非金屬結(jié)合劑通過超高壓高溫?zé)Y(jié)工藝制成的聚晶復(fù)合材料。超硬復(fù)合材料與硬質(zhì)合金等傳統(tǒng)材料相比具有硬度更高、耐磨性能更好、導(dǎo)熱性能更高、加工性能更好等優(yōu)勢，使其在使用壽命、加工質(zhì)量和加工效率等方面表現(xiàn)優(yōu)異，大大超過傳統(tǒng)硬質(zhì)合金材料，所以它對傳統(tǒng)超硬合金材料替代優(yōu)勢非常明顯。
陶瓷結(jié)合劑的特點是具有高的化學(xué)穩(wěn)定性，幾乎能在各種冷卻介質(zhì)中工作，彈性變形小、脆性大，可以制成各種硬度等級的磨具，以適應(yīng)各種硬度工件的加工，有較好的自銳性。陶瓷結(jié)合劑主要用作各種普通磨具的制造，在超硬磨具中的比例還較小，它可作為cBN磨具的結(jié)合劑。與普通剛玉、碳化硅磨具相比，陶瓷結(jié)合劑磨具的磨削力強(qiáng)，磨削時溫度比較低，磨具磨損比較??；可以適應(yīng)各種冷卻液的作用；磨削時磨具的形狀保持性好，磨出工件的精度高；磨具內(nèi)有較多的氣孔，磨削時有利于排屑容屑和散熱，不易堵塞、不易燒傷工件；磨具的自銳性比較好，修整間隔的時間長，修整比較容易。但是，現(xiàn)有的陶瓷結(jié)合劑由于彈性變形小、脆性大，導(dǎo)致其抗壓能力、抗熱沖擊能力較差，降低磨具使用壽命。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑，能提高陶瓷結(jié)合劑制品的耐高溫性能和耐磨性能，從而增加磨具的使用壽命。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種上述用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑的制備方法，本制備方法簡便，成本低。
本發(fā)明還提供了一種利用上述陶瓷結(jié)合劑制備的超硬復(fù)合材料，該材料具有強(qiáng)度高、耐高溫等優(yōu)點。
本發(fā)明還提供了上述超硬復(fù)合材料的制備方法，本方法工藝簡單、原料成本低，容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
一種用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑，所述陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的原料制成：35-55％的二氧化硅，5-10％的氧化鋁，5-10％的鈉源，5-10％的鉀源，2-4％的碳酸鋰，15-30％的硼酸，5-10％的氧化鎂，5-10％的鈣源，鋁添加劑；所述鈉源為碳酸鈉或氧化鈉，所述鉀源為碳酸鉀或氧化鉀，所述鈣源為碳酸鈣或氧化鈣，所述鋁添加劑為2-4％的鋁或AlF3。
本發(fā)明提供的用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑能提高陶瓷結(jié)合劑制品的耐高溫性能和耐磨性能，從而增加陶瓷結(jié)合劑制品的使用壽命。在保證陶瓷結(jié)合劑的結(jié)合強(qiáng)度的前提下降低了結(jié)合劑的熔點，增大了結(jié)合劑高溫下的流動性。
一種上述用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑的制備方法，包括如下步驟：取配方量的原料混合均勻，在1300-1500℃下預(yù)熔處理1-3h，經(jīng)水淬、干燥，即得。
優(yōu)選的，所述混合均勻是在球磨罐中通過研磨球進(jìn)行干混30-60min。所述研磨球為剛玉球，所述球磨罐中料球質(zhì)量比為1:1.2。
所述水淬為將熔化的結(jié)合劑流入水中進(jìn)行淬冷。
所述干燥為在110-150℃下烘烤24-36h。
在所述干燥后球磨24-36h，然后過150-200目篩網(wǎng)。
優(yōu)選的，將干燥后的原料倒入球磨罐中干磨，料球比為1:2，球磨時間為24-36h。
優(yōu)選的，在球磨后過180目篩網(wǎng)。
本發(fā)明的用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑的制備方法簡便，成本低。
一種超硬復(fù)合材料，主要由超硬顆粒料和結(jié)合劑制成，所述結(jié)合劑為上述的用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑。
本發(fā)明的超硬復(fù)合材料主要由超硬顆粒料和上述陶瓷結(jié)合劑制成，其強(qiáng)度高、耐高溫性優(yōu)良。
所述的超硬復(fù)合材料，由以下質(zhì)量百分比的原料制成：70-80％的超硬顆粒料、15-20％的所述陶瓷結(jié)合劑、5-10％的臨時粘結(jié)劑，所述臨時粘結(jié)劑為糊精水溶液、石蠟或酚醛樹脂。
所述石蠟為市場購買的標(biāo)準(zhǔn)液，所述酚醛樹脂為市場購買的標(biāo)準(zhǔn)液，所述糊精水溶液為根據(jù)需求將一定質(zhì)量比的糊精與水混合所得溶液。
優(yōu)選的，所述糊精水溶液為糊精質(zhì)量百分比為30％的水溶液。
所述超硬顆粒料為金剛石和立方氮化硼的混合物，其中金剛石所占質(zhì)量百分比為10-40％，立方氮化硼所占質(zhì)量百分比為60-90％。
上述的超硬復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：將配方量的超硬顆粒料、陶瓷結(jié)合劑混料后壓制成坯體，將坯體在700-820℃下燒結(jié)2-6h，即得。
優(yōu)選的，上述的超硬復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：將配方量的超硬顆粒料、陶瓷結(jié)合劑混料后壓制成坯體，將坯體在750-820℃下燒結(jié)2-6h，即得。
優(yōu)選的在所述燒結(jié)前將坯體在室溫下養(yǎng)護(hù)24h以提高其坯體強(qiáng)度。
所述壓制成坯體為干壓法壓制，所述干壓法壓制為在25-35MPa壓力下保壓5-15s。
本發(fā)明提供的超硬復(fù)合材料制備方法工藝簡單、原料成本低，容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，能得到一種強(qiáng)度高、耐熱性和耐磨性更加優(yōu)良的超硬復(fù)合材料。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
實施例1
本實施例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的原料制成：35％的二氧化硅、10％的氧化鋁、5％的碳酸鈉、10％的碳酸鉀、3％的碳酸鋰、25％的硼酸、5％的氧化鎂、5％的碳酸鈣和2％的金屬Al粉。
本實施例的用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑的制備方法包括如下步驟：
1)按照上述比例配料，將原料置于球磨罐中通過研磨球進(jìn)行干混30min。所述研磨球為剛玉球，所述球磨罐中料球質(zhì)量比為1:1.2；
2)然后在1350℃下高溫預(yù)熔處理2h；在120℃下烘烤24h；
3)將干燥后的原料倒入球磨罐中干磨，料球比為1:2，球磨時間為36h；
4)過180目篩后，即得。
本實施例的超硬復(fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的原料制成：80％的超硬顆粒料、15％的上述陶瓷結(jié)合劑、5％的酚醛樹脂。
所述超硬顆粒料為金剛石和立方氮化硼的混合物，其中金剛石所占質(zhì)量比為10％，立方氮化硼為90％。
本實施例的超硬復(fù)合材料制備方法包括如下步驟：
將配方量的超硬顆粒料、陶瓷結(jié)合劑和臨時粘結(jié)劑配料、混料，將粉料在30MPa壓力下壓制10s壓制成坯體，將坯體在室溫下養(yǎng)護(hù)24h以提高其坯體強(qiáng)度，再將坯體在780℃燒結(jié)4h，制得30*7.5*7.5的長條超硬復(fù)合材料。
實施例2
本實施例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的原料制成：44％的二氧化硅、5％的氧化鋁、5％的碳酸鈉、5％的碳酸鉀、4％的碳酸鋰、15％的硼酸、10％的氧化鎂、10％的碳酸鈣和2％的AlF3。
本實施例的用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑的制備方法包括如下步驟：
1)按照上述比例配料，將原料置于球磨罐中通過研磨球進(jìn)行干混40min。所述研磨球為剛玉球，所述球磨罐中料球質(zhì)量比為1:1.2；
2)然后在1300℃下高溫預(yù)熔處理3h；在150℃下烘烤36h；
3)將干燥后的原料倒入球磨罐中干磨，料球比為1:2，球磨時間為24h；
4)過200目篩后，即得。
本實施例的超硬復(fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的原料制成：70％的超硬顆粒料、20％的上述陶瓷結(jié)合劑、10％的糊精水溶液。所述糊精水溶液為糊精質(zhì)量百分比為30％的水溶液。
所述超硬顆粒料為金剛石和立方氮化硼的混合物，其中金剛石所占質(zhì)量比為25％，立方氮化硼為75％。
本實施例的超硬復(fù)合材料制備方法包括如下步驟：
將配方量的超硬顆粒料、陶瓷結(jié)合劑和臨時粘結(jié)劑配料、混料，將粉料在35MPa壓力下壓制5s壓制成坯體，將坯體在室溫下養(yǎng)護(hù)24h以提高其坯體強(qiáng)度，再將坯體在750℃燒結(jié)6h，制得30*7.5*7.5的長條超硬復(fù)合材料。
實施例3
本實施例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的原料制成：55％的二氧化硅、5％的氧化鋁、5％的氧化鈉、5％的氧化鉀、2％的碳酸鋰、15％的硼酸、5％的氧化鎂、5％的氧化鈣和3％的AlF3。
本實施例的用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑的制備方法包括如下步驟：
1)按照上述比例配料，將原料置于球磨罐中通過研磨球進(jìn)行干混60min。所述研磨球為剛玉球，所述球磨罐中料球質(zhì)量比為1:1.2；
2)然后在1500℃下高溫預(yù)熔處理1h；在110℃下烘烤30h；
3)將干燥后的原料倒入球磨罐中干磨，料球比為1:2，球磨時間為30h；
4)過150目篩后，即得。
本實施例的超硬復(fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的原料制成：75％的超硬顆粒料、17％的上述陶瓷結(jié)合劑、8％的石蠟。
所述超硬顆粒料為金剛石和立方氮化硼的混合物，其中金剛石所占質(zhì)量比為40％，立方氮化硼為60％。
本實施例的超硬復(fù)合材料制備方法包括如下步驟：
將配方量的超硬顆粒料、陶瓷結(jié)合劑和臨時粘結(jié)劑配料、混料，將粉料在25MPa壓力下壓制15s壓制成坯體，將坯體在室溫下養(yǎng)護(hù)24h以提高其坯體強(qiáng)度，再將坯體在820℃燒結(jié)2h，制得30*7.5*7.5的長條超硬復(fù)合材料。
實施例4
本實施例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的原料制成：35％的二氧化硅、5％的氧化鋁、10％的碳酸鈉、5％的碳酸鉀、2％的碳酸鋰、29％的硼酸、5％的氧化鎂、5％的碳酸鈣和4％的AlF3。
本實施例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑制備方法、超硬復(fù)合材料及其制備方法同實施例1。
實施例5
本實施例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的原料制成：35％的二氧化硅、5％的氧化鋁、10％的碳酸鈉、5％的碳酸鉀、2％的碳酸鋰、30％的硼酸、5％的氧化鎂、5％的碳酸鈣和3％的AlF3。
本實施例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑制備方法、超硬復(fù)合材料及其制備方法同實施例1。
實施例6
本實施例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的原料制成：42％的二氧化硅、7％的氧化鋁、7％的碳酸鈉、7％的碳酸鉀、4％的碳酸鋰、15％的硼酸、7％的氧化鎂、7％的碳酸鈣和4％的金屬Al粉。
本實施例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑制備方法、超硬復(fù)合材料及其制備方法同實施例1。
實施例7
本實施例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的原料制成：35％的二氧化硅、5％的氧化鋁、10％的氧化鈉、10％的氧化鉀、3％的碳酸鋰、25％的硼酸、5％的氧化鎂、5％的氧化鈣和2％的金屬Al粉。
本實施例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑制備方法、超硬復(fù)合材料及其制備方法同實施例1。
實施例8
本實施例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的原料制成：35％的二氧化硅、5％的氧化鋁、5％的氧化鈉、10％的氧化鉀、3％的碳酸鋰、25％的硼酸、5％的氧化鎂、10％的氧化鈣和2％的金屬Al粉。
本實施例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑制備方法、超硬復(fù)合材料及其制備方法同實施例1。
實施例9
本實施例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的原料制成：42％的二氧化硅、7％的氧化鋁、7％的氧化鈉、7％的氧化鉀、4％的碳酸鋰、15％的硼酸、7％的氧化鎂、7％的氧化鈣和4％的金屬Al粉。
本實施例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑制備方法、超硬復(fù)合材料及其制備方法同實施例1。
對比例
本對比例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑由以下原料制成：35份二氧化硅、10份氧化鋁、5份碳酸鈉、10份碳酸鉀、3份碳酸鋰、25份硼酸、5份氧化鎂、5份碳酸鈣。
本對比例中用于超硬復(fù)合材料的陶瓷結(jié)合劑制備方法、超硬復(fù)合材料及其制備方法同實施例1。
試驗例1
用三點彎曲法對對實施例1-9所得的超硬復(fù)合材料及對比例中的長條超硬復(fù)合材料進(jìn)行常溫抗折強(qiáng)度檢測，每個取三條超硬復(fù)合材料進(jìn)行檢測，取其平均值作為該組試樣的抗折強(qiáng)度。檢測結(jié)果如表1所示。
試驗例2
將實施例1-9及對比例陶瓷結(jié)合劑與臨時結(jié)合劑調(diào)和后制成三角錐，錐高30mm、上底等邊長2mm，下底等邊長8mm。三角錐自然干燥后固定在一個陶瓷錐臺上，然后放入燒結(jié)爐，記錄錐體尖部水平時的溫度作為陶瓷結(jié)合劑的耐火度。檢測結(jié)果如表1所示。
表1實施例與對比例常溫抗折強(qiáng)度及耐火度檢測結(jié)果
根據(jù)表1中的內(nèi)容可知，本發(fā)明制得的超硬復(fù)合材料與對比例相比具有強(qiáng)度高的優(yōu)點。本發(fā)明的陶瓷結(jié)合劑與對比例相比具有耐高溫性優(yōu)良的特點。