專利名稱：低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于金剛石和立方氮化硼超硬材料磨削工具的，尤其涉及制備金剛石和立方氮 化硼超硬材料磨削工具用的結(jié)合劑。
背景技術(shù)：
任何工件或制品的形狀和精度幾乎都需要通過加工來完成和保證，區(qū)別只是加工方式而 己。任何加工工具的硬度必大于被加工工件的硬度，才能有效完成其使命。金剛石和立方氮 化硼是目前世界上最硬的兩種材料，統(tǒng)稱為超硬材料，基于其超硬特點，二者作為加工工具， 可大大提高加工工具的形狀保持性、耐用度、加工效率、加工精度、加工工具壽命等，并進(jìn) 而降低工件的加工成本，因此其應(yīng)用不斷擴(kuò)大，已從金屬加工發(fā)展到了光學(xué)玻璃加工、石材 加工、陶瓷加工、硬質(zhì)合金等傳統(tǒng)加工難以進(jìn)行的領(lǐng)域，大有取代傳統(tǒng)普通加工工具之勢。
在超硬材料的結(jié)合劑中，以陶瓷結(jié)合劑發(fā)展最快。在世界范圍內(nèi)，陶瓷結(jié)合劑超硬材料 工具的比例己上升到50%以上，呈迅速增長之勢。這是由于陶瓷結(jié)合劑超硬材料工具加工效 率高，形狀保持性好，耐用度高，易于修整，使用壽命長，因而成為高效、高精度加工的首 選工具。
由于超硬材料在高溫下易氧化分解，所以其燒結(jié)溫度不能超過100(TC，否則會影響超硬 材料的超硬特性發(fā)揮，而且燒結(jié)溫度越低越有利于超硬材料超硬特性的保持。而一般陶瓷材 料在這樣的溫度下難以燒結(jié)，因此不能作為超硬材料的結(jié)合劑。我們通常所說的"陶瓷結(jié)合 劑"實為一種玻璃結(jié)合劑。
微晶玻璃是指通過玻璃熱處理來控制晶體的生長發(fā)育而獲得的一種多晶材料。它既具有 玻璃的基本性能也具有陶瓷多晶體的特征，所以又稱為玻璃陶瓷。玻璃陶瓷可以通過控制玻 璃的析晶過程而控制析出晶體的組成、含量，從而調(diào)節(jié)材料的性能。 一般玻璃陶瓷的強(qiáng)度遠(yuǎn) 高于母體玻璃，并具有可調(diào)的熱膨脹系數(shù)，更好的耐腐蝕性等性能，是一類性能優(yōu)良并有挖 掘潛力的材料。低溫微晶玻璃作金剛石或立方氮化硼的結(jié)合劑，不僅在熱膨脹系數(shù)上與金剛 石或立方氮化硼能夠更好的匹配，相對普通陶瓷結(jié)合劑(玻璃)結(jié)合金剛石或立方氮化硼磨
削工具也是提高強(qiáng)度的有效途徑，同時還可以改善磨削工具在使用中耐磨削液的腐蝕性，增 加其耐用度。因此，采用微晶玻璃作為陶瓷結(jié)合劑制備磨削工具是進(jìn)一步滿足高速、高效、 長壽命磨削工具之市場所需的有效途徑。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種燒結(jié)溫度低、熱膨脹系數(shù)低、強(qiáng)度高的 微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑。
本發(fā)明的微晶高強(qiáng)玻璃陶瓷結(jié)合劑其原料組分及重量百分比含量為40 70%Si02， 5 25%B203， 2 5%A1203， 2 15%Na20， 2 5%K20， 2 4%MgO， 2 4%Ca0, l 10%Li20, 2 5 %Zr02， 2 5%Sb203 。
采用粉末燒結(jié)的方法而獲得微晶玻璃，其燒結(jié)析晶溫度為700 920'C，熱膨脹系數(shù)為4 10X10—V。C，抗彎強(qiáng)度+9達(dá)160 200MPa。
所述結(jié)合劑與立方氮化硼和金剛石粉料而制備的磨削工具可以滿足160m/s及以上的使 用速度。
本發(fā)明的有益效果是，提供了一種燒結(jié)溫度低(低于92(TC)、熱膨脹系數(shù)低、強(qiáng)度高的 微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑。
具體實施例方式
下面結(jié)合本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 隨著加工技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步和新材料的不斷涌現(xiàn)，對加工工具的要求也越來越 高，尤其是對工具的加工效率、使用速度、使用壽命的要求越來越高，因此，要求加工工具
的磨粒鋒利度、強(qiáng)度、耐加工冷卻液的侵蝕性也越來越高，而這些因素除了與磨料本身的性 能有關(guān)外，更與工具中結(jié)合劑本身的性能有關(guān)。對于微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑來說，微晶玻璃不 僅強(qiáng)度遠(yuǎn)高于一般玻璃和母體玻璃，耐蝕性也遠(yuǎn)高于一般玻璃，而且一般來說隨著微晶玻璃 中晶體含量的增加，各項指標(biāo)亦有所提高。 _
本發(fā)明采用常規(guī)的化工原料和常規(guī)的粉末燒結(jié)的制備方法，將按配比稱取的原料，經(jīng)混 合、熔煉、淬冷、粉碎而制得玻璃粉,這種玻璃粉低溫下(低于92(TC)經(jīng)熱處理而析晶，當(dāng) 其作為超硬材料工具的結(jié)合劑時，在合適的燒結(jié)溫度下即可經(jīng)保溫?zé)崽幚矶鼍В蔀橐?種微晶玻璃結(jié)合劑。
結(jié)合劑的具體實施例詳見見表1。
表l
<formula>complex formula see original document page 5</formula>
實施例1 6的具體析晶溫度即為結(jié)合劑的燒結(jié)溫度?？筛鶕?jù)超硬材料和具體性能要求 的不同而設(shè)計和制備不同析晶溫度的結(jié)合劑。
以實施例6為例，本發(fā)明的低溫微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑的具體制備過程為
首先按質(zhì)量百分比稱取各組分，經(jīng)均勻混合后，放入高溫爐中在130(TC下進(jìn)行充分的熔 煉，再淬冷、烘干、研磨，過180目篩，制成可在低溫下經(jīng)熱處理而析晶的玻璃粉。這種玻 璃粉，當(dāng)其作為超硬材料工具結(jié)合劑時，可經(jīng)920'C燒成、保溫?zé)崽幚恚共ＡХ畚鼍ФD(zhuǎn) 變?yōu)槲⒕РＡ?，而成為一種微晶玻璃結(jié)合劑。采用此微晶玻璃結(jié)合劑制備的立方氮化硼磨削 工具強(qiáng)度相對于普通陶瓷結(jié)合劑結(jié)合的立方氮化硼磨削工具強(qiáng)度可提高60%以上，耐磨削冷 卻液的侵蝕性提高20%以上。
本發(fā)明是一種可低溫析晶的微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑，其作為超硬材料工具的結(jié)合劑不僅可 提高這類工具的加工效率以及使用速率，還可以增加結(jié)合劑本身的耐蝕性，使加工工具適應(yīng) 更寬廣的加工冷卻液，同時提高了工具的耐用度。
本發(fā)明并不局限于上述實施例，很多細(xì)節(jié)的變化是可能的，但這并不因此違背本發(fā)明的 范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑，其特征在于，其原料組分及重量百分比含量為40～70％SiO2，5～25％B2O3，2～5％Al2O3，2～15％Na2O，2～5％K2O，2～4％MgO，2～4％CaO，1～10％Li2O，2～5％ZrO2，2～5％Sb2O3。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑，其特征在于，采用粉末燒結(jié)的方法 而獲得微晶玻璃，其燒結(jié)析晶溫度為700 92(TC，熱膨脹系數(shù)為4 10X10—7°C，抗彎強(qiáng)度 達(dá)160 200MPa。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑，其特征在于，所述結(jié)合劑與立 方氮化硼和金剛石粉料而制備的磨削工具可以滿足160ra/s及以上的使用速度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于制備金剛石和立方氮化硼超硬材料磨削工具的低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑，其原料組分及重量百分比含量為40～70％SiO<sub>2</sub>，5～25％B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，2～5％Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，2～15％Na<sub>2</sub>O，2～5％K<sub>2</sub>O，2～4％MgO，2～4％CaO，1～10％Li<sub>2</sub>O，2～5％ZrO<sub>2</sub>，2～5％Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>。采用粉末燒結(jié)的方法獲得微晶玻璃，其燒結(jié)析晶溫度為700～920℃，熱膨脹系數(shù)為4～10×10<sup>-6</sup>/℃，抗彎強(qiáng)度可達(dá)160～200MPa，與立方氮化硼和金剛石粉料結(jié)合而制備的磨削工具可以滿足160m/s及以上的使用速度。本發(fā)明的有益效果是，結(jié)合劑的燒結(jié)溫度低、熱膨脹系數(shù)低、強(qiáng)度高。
文檔編號C03C10/00GK101195517SQ20071015075
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
發(fā)明者朱玉梅, 李志宏 申請人:天津大學(xué)