立方氮化硼基陶瓷复合材料的研究

摘要

立方氮化硼基陶瓷复合材料以其特有的性能，在铁族元素及黑色金属材料的加工方面获得了愈来愈广泛的应用。本文系统研究了组成、原料及制备工艺对CBN基复合材料用结合剂性能和结构的影响，研究了表面处理状态对CBN材料本身性能的影响和对CBN复合材料结构性能的影响。并探索了用陶瓷结合剂CBN粉体制备微晶结构CBN磨料的工艺和磨料性能。
　　 研究结果表明：Li2O对陶瓷结合剂耐火度降低的作用最强，其次是CaF2、ZnO，MnO2对耐火度的改变程度不大，而Fe2O3可以提高结合剂的耐火度。原料类型对陶瓷结合剂的性能具有明显影响。与氧化物原料相比，碳酸盐原料的添加可以降低陶瓷结合剂的耐火度；当添加原料的碳酸盐分解温度较低时，引入碳酸盐与引入氧化物的样品性能差别不大；当碳酸盐的分解温度在试样烧成温度附近时，碳酸盐原料向结合剂相引入气孔，使其性能下降；对比氢氧化物和碳酸盐原料，发现当氢氧化物的分解温度较低时，引入氢氧化物原料的样品性能较好。陶瓷结合剂制备工艺对其性能也有一定的影响。对于添加碳酸盐的陶瓷结合剂体系，预熔处理可以减少结合剂相中气孔的含量，提高试样的强度。对于添加氧化物的陶瓷结合剂体系，预熔处理是不必要的。
　　 对CBN磨料进行酸处理、碱处理及低温玻璃涂层处理。酸处理有利于提高CBN磨料的单颗粒抗压强度、冲击韧性及热稳定性，而碱处理使CBN磨料表面的缺陷暴露出来，降低CBN磨料的性能。选择已有的Ti镀层和刚玉涂层的CBN磨料与本实验中制备的涂覆玻璃相的CBN磨料进行对比，发现溶胶一凝胶法制备的低温玻璃涂层不仅提高CBN磨料的力学性能，还显著提高其耐热性，使其起始氧化的温度点提高了近100℃。同时玻璃涂层使CBN与陶瓷结合剂之间达到化学结合，显著改善了CBN基陶瓷复合材料的界面结合状态。
　　 以CBN超细粉为原料，以陶瓷结合剂为粘结相，采用无压烧结工艺制备出微晶CBN磨料。实验结果表明，试样结构致密、强度较高，其性能与单晶磨料接近。

目录

文摘

英文文摘

声明

前 言

第一章文献综述

1.1 CBN磨料

1.1.1 CBN磨料发展简介

1.1.2 CBN晶体结构及特性

1.2陶瓷结合剂

1.2.1陶瓷结合剂性能指标

1.2.2陶瓷结合剂基本理论

1.3 CBN复合材料用陶瓷结合剂研究进展

1.3.1国外研究进展

1.3.2国内研究进展

1.4 CBN磨料表面处理

1.4.1表面处理方法及特点

1.4.2 CBN磨料表面处理研究现状

1.5微晶CBN材料合成现状

1.6本课题研究内容和意义

第二章实验设计和工艺过程

2.1研究思路

2.2工艺过程

2.2.1陶瓷结合剂制备工艺

2.2.2 CBN磨料酸碱处理工艺

2.2.3玻璃涂覆CBN磨料制备工艺

2.2.4微晶CBN磨料制备工艺

2.3研究方法

2.3.1陶瓷结合剂性能测试及分析

2.3.2 CBN磨料性能测试及分析

2.3.3物相分析及微观结构

第三章添加剂种类和添加量对陶瓷结合剂的影响

3.1引言

3.2基础陶瓷结合剂特性

3.3不同添加剂及添加量对陶瓷结合剂性能的影响

3.3.1耐火度及流动性

3.3.2热膨胀系数

3.3.3机械强度

3.3.4显微结构

3.4本章小结

第四章同种组分的不同原料对陶瓷结合剂的影响

4.1引言

4.2 MgO和MgCO3对结合剂性能的影响

4.3 CaO和CaCO3对结合剂性能的影响

4.4 Ba(OH)2·8H2O和BaCO3对结合剂性能的影响

4.5本章小结

第五章制备工艺对陶瓷结合剂性能的影响

5.1引言

5.2制备工艺对添加碳酸盐结合剂性能的影响

5.2.1制备工艺对添加碳酸盐结合剂耐火度的影响

5.2.2制备工艺对添加碳酸盐结合剂流动性的影响

5.2.3制备工艺对添加碳酸盐复合材料试样抗弯强度的影响

5.2.4制备工艺对添加碳酸盐复合材料试样显微结构的影响

5.3制备工艺对添加氧化物结合剂性能的影响

5.3.1制备工艺对添加氧化物结合剂耐火度的影响

5.3.2制备工艺对添加氧化物结合剂流动性的影响

5.3.3制备工艺对添加氧化物复合材料试样抗弯强度的影响

5.3.4制备工艺对添加氧化物复合材料试样显微结构的影响

5.4本章小结

第六章CBN材料表面状态对其本身性能的影响

6.1引言

6.2 CBN磨料表面涂覆处理

6.2.1溶胶-凝胶工艺参数优化

6.2.2涂层玻璃的特性

6.3 CBN材料不同表面处理状态对其性能的影响

6.3.1表面处理后CBN磨料的表面形貌及表面成分

6.3.2表面处理后CBN磨料的强度及韧性

6.3.3表面处理后CBN磨料的热稳定性

6.4本章小结

第七章CBN材料表面状态对CBN复合材料性能的影响

7.1引言

7.2酸碱处理后CBN磨料与陶瓷结合剂之间的界面特征

7.2.1酸碱处理后CBN磨料与陶瓷结合剂的结合强度

7.2.2酸碱处理后CBN磨料与陶瓷结合剂的结合状态

7.3不同种类涂层CBN磨料与陶瓷结合剂之间的界面特征

7.3.1不同种类涂层CBN磨料与陶瓷结合剂的结合强度

7.3.2不同种类涂层CBN磨料与陶瓷结合剂结合状态

7.4本章小结

第八章微晶CBN磨料的制备及特性

8.1引言

8.2成型工艺

8.3初始CBN原料的粒度

8.4粘结相的含量

8.5本章小结

第九章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢