本發(fā)明涉及一種微晶玻璃結(jié)合劑及其制備方法，超硬材料磨具及其制備方法，屬于超硬材料工具技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

超硬磨料(如金剛石、立方氮化硼等)具有硬度高、耐磨性好、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，已在磨削加工和磨削工具中得到了廣泛應用。在各類超硬磨料磨具結(jié)合劑中，由于陶瓷結(jié)合劑具有熱穩(wěn)定性好，剛性較高，耐磨性好以及氣孔率可控等優(yōu)點，使陶瓷結(jié)合劑超硬材料磨具在機械加工領(lǐng)域有著廣泛的應用。隨著現(xiàn)代磨削技術(shù)的不斷創(chuàng)新和提高，現(xiàn)有陶瓷結(jié)合劑磨具的性能不再能夠滿足高質(zhì)、高效、高精加工技術(shù)的需求。

微晶玻璃結(jié)合劑作為陶瓷結(jié)合劑的一種，是將特定組成的基礎(chǔ)玻璃，通過對晶化工藝的嚴格控制，制得出含有大量微晶相及玻璃相的一種材料。玻璃相中產(chǎn)生了大量均勻的微小晶體，可大大提高磨具的強度、韌性和耐磨性。

現(xiàn)有技術(shù)中微晶玻璃結(jié)合劑成分復雜，制備成本高。公布號為CN102729156A的中國發(fā)明專利公開了一種低融高強微晶氧化鋁陶瓷磨具用結(jié)合劑，由SiO₂ 45～65％，Al₂O₃ 5～20％，B₂O₃ 10～30％，(Ml)₂O 8～20％，(M2)₂O 0～8％，ZnO 1.5～2.5％，XF 1.5～2.5％組成，其中M1、M2代表兩種堿金屬，XF代表一種氟化物。公布號為CN106078537A的中國發(fā)明專利公開了一種用于超硬材料砂輪的微晶玻璃結(jié)合劑，由基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑和添加劑組成；基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑為55～65％SiO₂、2～10％Al₂O₃、5～20％B₂O₃、0～5％CaO、0～5％K₂O、5～15％Na₂O、0～5％Li₂O、0～5％BaO、0～8％ZnO；添加劑為ZnO、Y₂O₃、ZrO₂、CaF2、Na₃AlF₆、Na₂SiF₆中的一種或多種。由此可知，現(xiàn)有技術(shù)微晶玻璃結(jié)合劑成分復雜，制備成本高，并且其微晶相結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，使得磨具的使用壽命降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種微晶玻璃結(jié)合劑，該微晶玻璃結(jié)合劑制得的超硬材料磨具中的微晶相中存在板條狀各向異性的晶體，且呈交錯分布。

本發(fā)明第二個目的是提供了上述微晶玻璃結(jié)合劑的制備方法，該制備方能提高微晶玻璃結(jié)合劑的強度及韌性。

本發(fā)明第三個目的是提供了使用上述微晶玻璃結(jié)合劑的超硬材料磨具。

本發(fā)明還提供了上述超硬材料磨具的制備方法。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種微晶玻璃結(jié)合劑，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：55～65％的SiO₂、5～15％的CaO、1～10％的K₂O、5～15％的Na₂O、5～20％的CaF₂。

本發(fā)明的微晶玻璃結(jié)合劑，成分簡單，制備成本低。在使用其制備所得的超硬材料磨具中其微晶相中存在板條狀各向異性的晶體，且呈交錯分布，是一種顯微結(jié)構(gòu)特殊，力學性能優(yōu)異的微晶玻璃結(jié)合劑。

一種上述的微晶玻璃結(jié)合劑的制備方法，包括如下步驟：

1)取配方量的組分原料混合，得混合料；

2)將步驟1)所得的混合料，于1350～1380℃高溫下保溫2～3h后，得到熔融玻璃液；

3)將步驟2)所得的熔融玻璃液水淬，經(jīng)球磨、干燥、研磨，過篩即得。

所述球磨為濕法球磨，球磨時間為4～6h。

所述干燥是將球磨得到的料漿在95～105℃條件下干燥。

所述過篩使用的篩網(wǎng)為400目。

本發(fā)明的微晶玻璃結(jié)合劑采用傳統(tǒng)高溫熔融法制得熔融玻璃液，將熔融玻璃液水淬，經(jīng)球磨、干燥、研磨，過篩即得。該制備方法能提高微晶玻璃結(jié)合劑的強度及韌性，工藝簡單，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

一種使用上述微晶玻璃結(jié)合劑的超硬材料磨具。

所述超硬材料磨具為立方氮化硼磨具。

本發(fā)明的超硬材料磨具中其微晶相中存在板條狀各向異性的晶體，且呈交錯分布。本發(fā)明的超硬材料磨具的抗折強度明顯提高，其使用壽命延長。

一種上述的超硬材料磨具的制備方法，包括將超硬磨料與所述微晶玻璃結(jié)合劑混合，壓制成型，干燥，燒結(jié)，即得；所述燒結(jié)是指在600～750℃溫度下保溫1～3h，然后升溫至830～950℃保溫2～4h。

所述超硬磨料與所述微晶玻璃結(jié)合劑的質(zhì)量比為55～65：35～45。

優(yōu)選的，所述燒結(jié)是指以2～4℃/min的升溫速率升溫至600～750℃，保溫1～3h，然后以4～6℃/min的升溫速率升溫至830～950℃保溫2～4h。

所述壓制成型是在550～600MPa壓力下壓制成坯體。

所述干燥是在將坯體在95～105℃干燥12～16h。

本發(fā)明提供的超硬材料磨具的制備方法通過對燒結(jié)后晶化溫度的控制，使得其微晶相中存在板條狀各向異性的晶體，且呈交錯分布。該制備方法簡便，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1所得超硬材料磨具中微晶玻璃結(jié)合劑經(jīng)過燒結(jié)后的SEM圖；

圖2為本發(fā)明實施例3所得超硬材料磨具中微晶玻璃結(jié)合劑經(jīng)過燒結(jié)后的SEM圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明。

實施例1

本實施例中微晶玻璃結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的組分組成：55％的SiO₂、15％的CaO、10％的K₂O、5％的Na₂O、15％的CaF₂。

本實施例中微晶玻璃結(jié)合劑的制備方法，包括如下步驟：

1)取配方量的組分原料混合，得混合料；

2)將步驟1)所得的混合料，于1350℃高溫下保溫2h后，得到熔融玻璃液；

3)將步驟2)所得的熔融玻璃液水淬，濕法球磨4h，將料漿在95℃條件下干燥，再研磨、過400目篩，即得微晶玻璃結(jié)合劑。

本實施例中使用上述微晶玻璃結(jié)合劑制得的超硬材料磨具為立方氮化硼磨具，其制備方法為：取60重量份的超硬磨料立方氮化硼與40重量份的微晶玻璃結(jié)合劑混合，經(jīng)580MPa壓制成40mm×5mm×5mm的坯體；將坯體在100℃干燥12h；將干燥后的坯體放入馬弗爐內(nèi)，以3℃/min的升溫速率升溫至600℃，晶化保溫1h；然后以5℃/min的升溫速率升溫至850℃保溫3h，即得。

本實施例的立方氮化硼磨具的抗折強度為55.4～70.2MPa。本實施例所得超硬材料磨具中微晶玻璃結(jié)合劑經(jīng)過燒結(jié)后的SEM圖如圖1所示。從圖1可以看出其微晶相中存在板條狀各向異性的晶體，且呈交錯分布。

實施例2

本實施例中微晶玻璃結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的組分組成：65％的SiO₂、5％的CaO、10％的K₂O、15％的Na₂O、5％的CaF₂。

本實施例中微晶玻璃結(jié)合劑的制備方法，包括如下步驟：

1)取配方量的組分原料混合，得混合料；

2)將步驟1)所得的混合料，于1365℃高溫下保溫2.5h后，得到熔融玻璃液；

3)將步驟2)所得的熔融玻璃液水淬，濕法球磨6h，將料漿在105℃條件下干燥，再研磨、過400目篩，即得微晶玻璃結(jié)合劑。

本實施例中使用上述微晶玻璃結(jié)合劑制得的超硬材料磨具為立方氮化硼磨具，其制備方法為：取55重量份的超硬磨料立方氮化硼與45重量份的微晶玻璃結(jié)合劑混合，經(jīng)550MPa壓制成40mm×5mm×5mm的坯體；將坯體在95℃干燥14h；將干燥后的坯體放入馬弗爐內(nèi)，以2℃/min的升溫速率升溫至700℃，晶化保溫2h；然后以4℃/min的升溫速率升溫至830℃保溫2h，即得。

本實施例的立方氮化硼磨具的抗折強度為65.5～80.2MPa。

實施例3

本實施例中微晶玻璃結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的組分組成：60％的SiO₂、10％的CaO、1％的K₂O、9％的Na₂O、20％的CaF₂。

本實施例中微晶玻璃結(jié)合劑的制備方法，包括如下步驟：

1)取配方量的組分原料混合，得混合料；

2)將步驟1)所得的混合料，于1380℃高溫下保溫3h后，得到熔融玻璃液；

3)將步驟2)所得的熔融玻璃液水淬，濕法球磨5h，將料漿在100℃條件下干燥，再研磨、過400目篩，即得微晶玻璃結(jié)合劑。

本實施例中使用上述微晶玻璃結(jié)合劑制得的超硬材料磨具為立方氮化硼磨具，其制備方法為：取65重量份的超硬磨料立方氮化硼與35重量份的微晶玻璃結(jié)合劑混合，經(jīng)600MPa壓制成40mm×5mm×5mm的坯體；將坯體在105℃干燥16h；將干燥后的坯體放入馬弗爐內(nèi)，以4℃/min的升溫速率升溫至750℃，晶化保溫3h；然后以6℃/min的升溫速率升溫至950℃保溫4h，即得。

本實施例的立方氮化硼磨具的抗折強度為90.5～110.4MPa。本實施例所得超硬材料磨具中微晶玻璃結(jié)合劑經(jīng)過燒結(jié)后的SEM圖如圖2所示。從圖2可以看出其微晶相中存在板條狀各向異性的晶體，且呈交錯分布。

實施例4

本實施例中微晶玻璃結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的組分組成：60％SiO₂、10％CaO、5％K₂O、5％Na₂O、20％CaF₂。

本實施例中微晶玻璃結(jié)合劑的制備方法，包括如下步驟：

1)取配方量的組分原料混合，得混合料；

2)將步驟1)所得的混合料，于1350℃高溫下保溫2h后，得到熔融玻璃液；

3)將步驟2)所得的熔融玻璃液水淬，濕法球磨4h，將料漿在95℃條件下干燥，再研磨、過400目篩，即得微晶玻璃結(jié)合劑。

本實施例中使用上述微晶玻璃結(jié)合劑制得的超硬材料磨具為立方氮化硼磨具，其制備方法為：取60重量份的超硬磨料立方氮化硼與40重量份的微晶玻璃結(jié)合劑混合，經(jīng)580MPa壓制成40mm×5mm×5mm的坯體；將坯體在100℃干燥12h；將干燥后的坯體放入馬弗爐內(nèi)，以3℃/min的升溫速率升溫至750℃，晶化保溫1h；然后以5℃/min的升溫速率升溫至940℃保溫3h，即得。

本實施例的立方氮化硼磨具的抗折強度為77.3～89.6MPa。