新型陶瓷刚玉磨具低温陶瓷结合剂的研究与制备

摘要

随着高精、高速、高效磨削加工技术的发展以及难加工材料的广泛应用,传统的电熔刚玉、碳化硅磨具已经很难满足现代磨削的发展需求。新型陶瓷刚玉磨具具有极佳的磨削特性和性价比,应用前景十分广阔。本课题针对新型陶瓷刚玉磨具用低温陶瓷结合剂展开了研究。先后制备了传统陶瓷结合剂以及微晶玻璃陶瓷结合剂,并探讨了陶瓷结合剂组成以及烧结制度对陶瓷结合剂及陶瓷刚玉磨具性能的影响。研究表明:
　　(1)粘土-长石-硼玻璃体系传统陶瓷结合剂
　　随着铝硅比的增加,陶瓷结合剂的耐火度显著增加。当硼玻璃含量达到58.17％wt时,磨具耐腐蚀性能最好,随着硼玻璃含量的进一步增大,磨具耐腐蚀性能下降明显。
　　当向基础陶瓷结合剂中引入冰晶石时,陶瓷结合剂的耐火度迅速下降。结合剂的流动性随着冰晶石添加量的增加呈现先增大后降低的趋势,当冰晶石含量为6%wt时达到最大值。当冰晶石在结合剂中的含量为15%wt,烧结温度在930℃时,陶瓷刚玉磨具试条的强度达到最大值55.19MPa,且此时磨具的耐腐蚀性能良好。
　　当向基础陶瓷结合剂中引入MgO时,陶瓷结合剂的耐火度和流动性都略有上升。当MgO添加量为2%wt时,陶瓷刚玉磨具试条的抗折强度达到最大值。此外,向基础陶瓷结合剂中引入MgO后,磨具的耐腐蚀性能较未添加MgO时均有所提升。
　　(2)Al2O3-SiO2-B2O3-R2O-MgO-F体系微晶玻璃陶瓷结合剂
　　在基础体系中引入7.17%wt Na3AlF6和3% wtCeO2均有助于降低结合剂的耐火度、Tg以及Tp,同时增强结合剂的析晶能力。改性后的结合剂具有较高的流动性和润湿能力,其热膨胀系数也更接近于陶瓷刚玉磨料。此外,与CaF2相比,Na3AlF6在此基础体系中是一种更好的低温助熔剂和成核剂。Fe2O3的添加量也应控制在一定的范围内,防止其抑制云母晶体的生长。
　　以引入7.17%wt Na3AlF6和3%wt CeO2进行改性后的微晶玻璃结合剂制备的陶瓷刚玉磨具试条抗折强度达到最大值。同时,其显微结构致密,气孔较少,且界面结合状态较好,磨粒之间结合牢固。此外,改性后的陶瓷刚玉磨具耐腐蚀性能较好。

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第一章 绪 论

1.1 磨具

1.2 新型陶瓷刚玉磨料

1.3 陶瓷刚玉磨具用陶瓷结合剂

1.4 陶瓷刚玉磨具概况

1.5 课题的意义和研究内容

第二章 实验设计和研究方法

2.1 实验研究思路

2.2 实验原料及设备

2.3 实验工艺

2.4 实验方法和性能测试

第三章 传统陶瓷结合剂的组成及添加剂种类对陶瓷结合剂性能的影响

3.1 基础体系结合剂的组成设计及组成对陶瓷结合剂性能的影响

3.2 冰晶石添加剂对粘土-长石-硼玻璃陶瓷结合剂性能的影响

3.3 MgO添加剂对粘土-长石-硼玻璃陶瓷结合剂性能的影响

3.4 本章结论

第四章 微晶玻璃结合剂的组成及添加剂种类对陶瓷结合剂性能的影响

4.1 微晶玻璃的组成对陶瓷结合剂耐火度和热学特性的影响

4.2 微晶玻璃的组成对陶瓷结合剂流动性的影响

4.3 微晶玻璃的组成对陶瓷结合剂析晶性能的影响

4.4 微晶玻璃的组成对陶瓷结合剂热膨胀系数的影响

4.5 微晶玻璃的组成对磨具抗折强度的影响

4.6 微晶玻璃的组成对磨具显微结构的影响

4.7 微晶玻璃的组成对磨具耐腐蚀性能的影响

4.8 本章结论

第五章 结论

参考文献

研究成果

致谢