專利名稱：一種Ti₃SiC₂基陶瓷結合劑金剛石磨削工具及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及陶瓷結合劑金剛石磨削工具的制備技術，尤其涉及Ti3SiC2基陶瓷結 合劑金剛石磨削工具的自蔓延燒結制備方法。
背景技術：
陶瓷結合劑金剛石磨削工具是目前發(fā)展比較迅速一種超硬材料磨具，具有高強 度，耐熱性能好，切削鋒利，磨削效率高，磨削過程中不易發(fā)熱和堵塞，熱膨脹量小等優(yōu)點。目前陶瓷結合劑主要為低溫氧化物，具有如下一些缺點(1)由于生產(chǎn)金剛石磨 具用低溫結合劑，為降低耐火度，結合劑引入大量堿性物料，這樣得到低溫陶瓷結合劑，其 各項性能不易控制，例如耐火度、低熱膨脹系數(shù)、強度等( 生產(chǎn)制造時，結合劑對金剛石 磨粒潤濕粘結能力差，降低了結合劑對磨粒結合強度，磨具磨削加工時，磨粒脫落快，磨耗 大(3)磨削加工時，由于陶瓷脆性大，磨削工具的抗沖擊能力、抗疲勞性能都很差，在使用 過程中容易發(fā)生脆裂現(xiàn)象，從而影響磨具磨削特性，而且陶瓷導熱性能差，磨削區(qū)域局部溫 度高，使磨粒容易熱損耗，也會影響磨具磨削特性?，F(xiàn)有的陶瓷結合劑金剛石磨削工具磨削層制備方法通常都是冷壓以后，高溫燒結 而成的，需要長時間的加熱，生產(chǎn)效率低，能耗高。傳統(tǒng)的陶瓷結合劑特點和制備方法都限制了陶瓷結合劑金剛石磨具的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有陶瓷結合劑的缺點，提出一種新的 Ti3SiC2陶瓷結合劑和該陶瓷結合劑金剛石工具的自蔓延燒結制作方法。為了解決上述技術問題采用以下技術方案一種Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨 削工具，金剛石磨削工具的結合劑為Ti3SiC2基陶瓷。一種Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具的制備方法，采用單質(zhì)的Ti粉、Si粉、 C粉為結合劑原料，和金剛石磨料混合后，利用熱源引燃，依靠自蔓延燒結而成Ti3SiC2為主 相的陶瓷和金剛石的復合體。其具體方法如下(1)選用粒度為200 400目的Ti粉、200 400目的Si粉和200 400目的C 粉，按摩爾比Ti Si C = 2. 9 3.1 0.95 1.05 1. 9 2. 1的比例稱取，在球磨 機中充分球磨混合，得到混合均勻的粉料；(2)將步驟1所得粉料和金剛石磨料混合，得到混合料；(3)將步驟2所得混合料利用金屬模具冷壓成所需磨具形狀，得到冷壓壓坯；(4)將步驟3所得冷壓壓坯利用等離子弧點燃裝置引燃或裝在石墨模具中在放電 等離子熱壓燒結機中引燃，壓坯發(fā)生自蔓延燒結反應，得到以Ti3SiC2為主相的陶瓷和金剛 石的復合體；(5)將步驟4所得復合體修整或組合，得到Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具。
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本發(fā)明中Ti3SiC2結合劑密度較低和熔點高，具有良好的導電和導熱性，優(yōu)良的 抗氧化性和抗熱震性，具有可加工性，相比傳統(tǒng)的氧化物陶瓷結合劑，具有優(yōu)良的抗熱沖擊 性、高耐火度、高斷裂韌性和高強度等，而且原料中含碳化物形成元素，因此會與金剛石表 面的碳形成碳化物過渡層，從而使結合劑與金剛石間具有良好的化學鍵結合，提高對磨料 的把持力。針對該結合劑金剛石工具采用自蔓延燒結制備方法，可以有效地提高制備效率， 降低能耗，并且由于燒結時間短，可以極大地減少對金剛石的熱損傷。Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具采用自蔓延燒結制備方法的原理為一定 化學計量比的Ti粉、Si粉和C粉混合物，在一定溫度下可以被等離子弧或其他熱源引燃， 反應可以生成Ti3SiC2,反應釋放的熱量可以促使試樣整體反應快速進行，發(fā)生自蔓延反應。 期間，Ti粉、Si粉也可以和金剛石起反應，在金剛石表面生成Ti3SiC2、TiC等化合物作為過 渡層，從而使結合劑與金剛石間具有良好的化學鍵結合，提高對磨料的把持力。得到一定形 狀的Ti3SiC2和金剛石復合體。
具體實施例方式實施例1 一種Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具，金剛石磨削工具的結合劑 為Ti3SiC2基陶瓷。其制備方法為采用單質(zhì)的Ti粉、Si粉、C粉為結合劑原料，和金剛石磨 料混合后，利用熱源引燃，依靠自蔓延燒結而成Ti3SiC2為主相的陶瓷和金剛石的復合體。Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具采用自蔓延燒結制備方法的原理為一定 化學計量比的Ti粉、Si粉和C粉混合物，在一定溫度下可以被等離子弧或其他熱源引燃， 反應可以生成Ti3SiC2,反應釋放的熱量可以促使試樣整體反應快速進行，發(fā)生自蔓延反應。 期間，Ti粉、Si粉也可以和金剛石起反應，在金剛石表面生成Ti3SiC2、TiC等化合物作為過 渡層，從而使結合劑與金剛石間具有良好的化學鍵結合，提高對磨料的把持力。得到一定形 狀的Ti3SiC2和金剛石復合體。實施例2 —種Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具的制備方法，其具體方法如 下(1)選用粒度為200 400目的Ti粉、200 400目的Si粉和200 400目的C 粉，按摩爾比Ti Si C = 2. 9 3.1 0.95 1.05 1. 9 2. 1的比例稱取，在球磨 機中充分球磨混合，得到混合均勻的粉料；(2)將步驟1所得粉料和金剛石磨料混合，得到混合料；(3)將步驟2所得混合料利用金屬模具冷壓成所需磨具形狀，得到冷壓壓坯；(4)將步驟3所得冷壓壓坯利用等離子弧點燃裝置引燃或裝在石墨模具中在放電 等離子熱壓燒結機中引燃，壓坯發(fā)生自蔓延燒結反應，得到以Ti3SiC2為主相的陶瓷和金剛 石的復合體；(5)將步驟4所得復合體修整或組合，得到Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具。在上述制造方法中，金剛石的粒度、型號、濃度，根據(jù)加工對象的材質(zhì)和加工要求 選定。實施例3 —種Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具的制備方法，其具體方法如 下(1)選用粒度為300目的Ti粉、Si粉和C粉，按摩爾比3 1 2的比例稱取，在行星式球磨機中球磨8小時，得到混合均勻的粉料；(2)將步驟1所得粉料和粒度為140/170金剛石磨料按金剛石濃度60% (每1立 方厘米坯體中金剛石含量為4. 4克拉為濃度100% )充分混合；(3)將步驟2所得混合料利用金屬模具冷壓成直徑30mm，長度為40mm的壓坯；(4)將步驟3所得冷壓壓坯利用等離子弧點燃裝置引燃，壓坯發(fā)生自蔓延反應，得 到Ti3SiC2為主相的陶瓷和金剛石的復合體；(5)將步驟4所得復合體修圓，得到Ti3SiC2基陶瓷陶瓷結合劑金剛石磨頭。實施例4 一種Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具的制備方法，其具體方法如 下(1)選用粒度為300目的Ti粉、Si粉和C粉，按摩爾比3 1 2的比例稱取，在 行星式球磨機中球磨8小時，得到混合均勻的粉料；(2)將步驟1所得粉料和粒度為100/120金剛石磨料按金剛石濃度50% (每1立 方厘米坯體中金剛石含量為4. 4克拉為濃度100% )充分混合；(3)將步驟2所得混合料利用金屬模具冷壓成外圓直徑100mm，內(nèi)圓直徑23mm，厚 度12mm的壓坯；(4)將步驟3所得冷壓壓坯裝在石墨模具中，在放電等離子燒結壓機中利用放電 等離子引燃，壓坯發(fā)生自蔓延反應，得到Ti3SiC2為主相的陶瓷和金剛石的復合體；(5)將步驟4所得復合體修整，得到Ti3SiC2基陶瓷陶瓷結合劑金剛石砂輪。實施例5 —種Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具的制備方法，其具體方法如 下(1)選用粒度為300目的Ti粉、Si粉和C粉，按摩爾比3 1 2的比例稱取，在 行星式球磨機中球磨8小時，得到混合均勻的粉料；(2)將步驟1所得粉料和粒度為200/230金剛石磨料按金剛石濃度80 % (每1立 方厘米坯體中金剛石含量為4. 4克拉為濃度100% )充分混合；(3)將步驟2所得混合料利用金屬模具冷壓成50X IOX 10的壓坯；(4)將步驟3所得冷壓壓坯利用等離子弧點燃裝置引燃，壓坯發(fā)生自蔓延反應，得 到Ti3SiC2為主相的陶瓷和金剛石的復合體；(5)將步驟4所得復合體修整，得到Ti3SiC2基陶瓷陶瓷結合劑金剛石珩磨油石。實施例6 —種Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具的制備方法，其具體方法如 下(1)選用粒度為300目的Ti粉、Si粉和C粉，按摩爾比3 1 2的比例稱取，在 行星式球磨機中球磨8小時，得到混合均勻的粉料；(2)將步驟1所得粉料和粒度為120/140金剛石磨料按金剛石濃度80% (每1立 方厘米坯體中金剛石含量為4. 4克拉為濃度100% )充分混合；(3)將步驟2所得混合料利用金屬模具冷壓成外圓半徑為400mm，內(nèi)圓半徑為 380mm,高25mm，寬40mm的冷壓節(jié)塊(4)將步驟3所得冷壓壓坯利用等離子弧點燃裝置引燃，壓坯發(fā)生自蔓延反應，得 到Ti3SiC2為主相的陶瓷和金剛石的復合體；(5)將步驟4所得復合體修整，組合膠粘于外 徑380mm，厚度25mm的鋁基體上，得到Ti3SiC2基陶瓷陶瓷結合劑金剛石節(jié)塊砂輪。
權利要求
1.一種Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具，其特征是金剛石磨削工具的結合劑為 Ti3SiC2基陶瓷。
2.—種Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具的制備方法，其特征是采用單質(zhì)的Ti 粉、Si粉、C粉為結合劑原料，和金剛石磨料混合后，利用熱源引燃，依靠自蔓延燒結而成 Ti3SiC2為主相的陶瓷和金剛石的復合體。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具的制備方法，其 特征是具體方法如下(1)選用粒度為200 400目的Ti粉、200 400目的Si粉和200 400目的C粉， 按摩爾比Ti Si C = 2. 9 3.1 0.95 1.05 1. 9 2. 1的比例稱取，在球磨機 中充分球磨混合，得到混合均勻的粉料；(2)將步驟1所得粉料和金剛石磨料混合，得到混合料；(3)將步驟2所得混合料利用金屬模具冷壓成所需磨具形狀，得到冷壓壓坯；(4)將步驟3所得冷壓壓坯利用等離子弧點燃裝置引燃或裝在石墨模具中在放電等離 子熱壓燒結機中引燃，壓坯發(fā)生自蔓延燒結反應，得到以Ti3SiC2為主相的陶瓷和金剛石的 復合體；(5)將步驟4所得復合體修整或組合，得到Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具。
全文摘要
一種Ti3SiC2基陶瓷結合劑金剛石磨削工具的制備方法，采用單質(zhì)的Ti粉、Si粉、C粉為結合劑原料，和金剛石磨料混合后，利用熱源引燃，依靠自蔓延燒結而成Ti3SiC2為主相的陶瓷和金剛石的復合體。Ti3SiC2結合劑密度較低和熔點高，具有良好的導電和導熱性，優(yōu)良的抗氧化性和抗熱震性，會與金剛石表面的碳形成碳化物過渡層，從而使結合劑與金剛石間具有良好的化學鍵結合，提高對磨料的把持力。采用自蔓延燒結制備方法，可以有效地提高制備效率，降低能耗。
文檔編號B24D18/00GK102114617SQ20101057420
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權日2010年12月6日
發(fā)明者劉 英, 盧金斌, 彭竹琴, 梁寶巖, 穆云超, 郭基鳳, 郭建 申請人:中原工學院