一种金属氧化物一维纳米材料添加的纳米陶瓷结合剂及其制备方法

摘要

本发明属于陶瓷纳米复合材料制备领域，涉及一种金属氧化物一维纳米材料添加的纳米陶瓷结合剂及其制备方法。所述的制备方法包括以下步骤：a、获取基础陶瓷结合剂粉末；b、调控制备一种金属氧化物一维纳米材料；c、将步骤b所得一维纳米材料按一定质量比添加到a所制得基础陶瓷结合剂中，充分混合分散均匀，制得纳米陶瓷结合剂。本方法得到的纳米陶瓷结合剂具有强度高、烧结温度低、烧结致密及对磨料的浸润好等特点，易于工业化生产。

说明书

技术领域

本发明属于纳米陶瓷复合材料制备领域，具体涉及一种金属氧化物一维纳米材料添加的纳米陶瓷结合剂及其制备方法。

背景技术

陶瓷磨具具有化学稳定性高，耐腐烛性好，磨削适应范围广，磨具形状保持好，磨削精度高，磨具自锐性好，可以满足难加工材料和一般材料的磨削需要。但是，现代工业科技的发展对磨具磨削加工提出更高要求。在磨具中，结合剂对磨具的影响最大。陶瓷结合剂与其它结合剂相比，具有对磨料的把持力强，硬度高，应用范围广等特点，可以适用于高精度要求的磨削加工。然而，普通的无机陶瓷结合剂由于自身脆性和强度等问题，限制了陶瓷磨具在高精密磨削加工方面的应用。针对此问题，开展了不少研究，其中开发一种金属氧化物一维纳米材料添加的新型纳米陶瓷结合剂是一个很好的解决方法。

纳米陶瓷结合剂是在陶瓷结合剂基体中引入纳米级的颗粒、片晶、晶须和纤维等第二相而形成的一种纳米复合材料。作为一种新型材料，纳米陶瓷结合剂研究大都停留在引入纳米级颗粒的研究，而对于单独一维金属氧化物纳米材料的添加研究还未见报道。

为了更好地满足陶瓷磨具在高精密磨削加工方面的应用，有必要探索一种金属氧化物一维纳米材料添加的纳米陶瓷结合剂及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属氧化物一维纳米材料添加的纳米陶瓷结合剂及其制备方法，以便更好满足陶瓷磨具超高速和超精密等特种磨削加工方面的应用。该方法所得纳米陶瓷结合剂具有强度高、烧结温度低、烧结致密及对磨料的浸润好等特点。

本发明的一种金属氧化物一维纳米材料添加的纳米陶瓷结合剂及其制备方法包括以下步骤：

a、按重量比取得基础陶瓷结合剂；

b、调控制备一种金属氧化物一维纳米材料；

c、将步骤b所得一维纳米材料添加到基础陶瓷结合剂中，通过高频球磨分散均匀，制得纳米陶瓷结合剂。

本发明所述基础陶瓷结合剂主要是K₂O-Al₂O₃-SiO₂系、Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃系、Na₂O-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃系和Na₂O-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃-CaO系中的任意一种。

本发明所述金属氧化物一维纳米材料为TiO₂、ZnO、SnO等纳米线、纳米棒和纳米带任意一种。

本发明所述混料机为行星式球磨机、滚动球磨机、快速研磨机或高速混合机中的任意一种。

本发明所述制得纳米陶瓷结合剂的方法为混合球磨法和溶胶共混法的任意一种。

本发明所述所得纳米陶瓷结合剂可以应用于普通陶瓷磨具和超硬磨具中的任意一种。

本发明与已有的其他的方法相比，具有如下有益效果：

（1）制得纳米陶瓷结合剂强度高。

（2）有效降低了烧结温度和更致密化烧结。

（3）制得的纳米陶瓷结合剂对磨料的浸润好，一定程度上提高了对超硬磨料的把持力，磨削效果显著提高。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例作进一步描述：

实施例1：

以碳酸钠、氢氧化铝、二氧化硅和硼酸为原料，按8:5:72:15配比混合球磨至300 目左右，压制成块体，并用玻璃熔炼炉在1300℃进行玻璃料的制备。将制得的玻璃料干燥、球磨、粉碎至200目以细，得到Na₂O-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃基础陶瓷结合剂粉料。

实施例2：

以碳酸钠、氢氧化铝、二氧化硅、碳酸钙和硼酸为原料，按8:5:67:5:15配比混合球磨至300 目左右，压制成块体，并用玻璃熔炼炉1250℃进行玻璃料的烧制。将制得的玻璃料干燥、球磨、粉碎至200目以细，得到Na₂O-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃-CaO基础陶瓷结合剂。

实施例3：

以氢氧化铝、二氧化硅和硼酸为原料，按8:79:12配比混合球磨至 300 目左右，压制成块体，并用玻璃熔炼炉1300℃下进行玻璃料的制备。将制得的玻璃料干燥、球磨、粉碎至200目以细，得到Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃基础陶瓷结合剂。

实施例4：

将45mL乙醇倒入100mL烧杯中，放在磁力搅拌器上搅拌，缓慢加入15mL钛酸丁酯，再依次加入醋酸。静置2h未出现异常，将溶胶加入到水热反应釜中，180℃保温12h后自然冷却至室温，然后分别用去离子水和无水乙醇充分洗涤，离心，干燥，并在马弗炉中450℃下煅烧2h即可得到二氧化钛纳米纤维。

实施例5：

配置10mol/L的氢氧化钠溶液45mL，置于塑料烧杯中，磁力搅拌，使溶液充分均匀，称取二氧化钛粉末1.5g，溶于氢氧化钠水溶液中，充分搅拌，直到成为均匀的乳白色溶液。将溶胶加入到反应釜中，150℃保温10h后自然冷却至室温，用去离子水充分洗涤，并在1mol/L的HNO₃溶液中浸泡3h（最终PH≤5），然后再经离心、去离子水和无水乙醇洗涤、离心，干燥，并在马弗炉中450℃下煅烧2h即可得到二氧化钛纳米线。

实施例6：

配置10mol/L的氢氧化钠溶液45mL，置于塑料烧杯中，玻璃棒搅拌，使溶液充分均匀，称取钛片2.5g放到反应釜。再将氢氧化钠溶液加入到反应釜中，150℃保温12h后自然冷却至室温，取出钛片用去离子水冲洗，并在超声条件下于1mol/L的HNO₃溶液中浸泡1h（最终PH≤5），然后再经离心、去离子水和无水乙醇洗涤、离心，干燥，并在马弗炉中450℃下煅烧2h即可得到二氧化钛纳米带。

实施例7：

以实施例1得到的Na₂O-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃陶瓷结合剂为基础陶瓷结合剂，依次加入质量比为0％、1％、3％和5％的二氧化钛纳米线（以实施例5得到的），制得纳米陶瓷结合剂。经过一系列分析测试，结果表明：当添加量为3wt％时，其抗折强度达到最大95MPa，烧结温度为705℃，与不添加相比抗折强度提高47%，烧结温度降低150℃。