本發(fā)明涉及一種陶瓷結(jié)合劑、陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料及其制備方法、復(fù)合材料承燒板，屬于超硬材料制品制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超硬材料燒結(jié)工藝分為熱壓燒結(jié)和冷壓燒結(jié)，熱壓燒結(jié)即在燒結(jié)時(shí)升溫和施壓同時(shí)進(jìn)行，熱壓燒結(jié)制品氣孔率少、密度大、性能較穩(wěn)定，但是一次燒結(jié)數(shù)量少、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本較高。冷壓燒結(jié)即在無壓狀態(tài)下自由燒結(jié)，冷壓燒結(jié)制品具有氣孔率高、鋒利度好、一次燒結(jié)數(shù)量多、生產(chǎn)成本較低，適宜于異形制品的生產(chǎn)加工等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到生產(chǎn)廠家的青睞。
但是在冷壓燒結(jié)過程中，配方原料隨著溫度的升高，逐步發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，制品在沒有保護(hù)的情況下，會(huì)發(fā)生一定程度的變形，甚至出現(xiàn)裂紋等燒結(jié)廢品。為提高燒結(jié)的成功率，現(xiàn)有技術(shù)中多采用石墨承燒板、陶瓷承燒板等作為輔助工具來支撐保護(hù)燒結(jié)產(chǎn)品。石墨板導(dǎo)熱性好，但是在高溫下容易氧化，不能保證精度，其使用壽命短，同時(shí)在燒結(jié)爐里面容易產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳等氣體，不利于燒結(jié)。
陶瓷承燒板板目前使用最多的剛玉-莫來石板，其具有不易氧化的優(yōu)點(diǎn)，如公開號(hào)為CN102674864A的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種剛玉莫來石承燒板配方：它是由電熔莫來石、電熔白剛玉、板狀剛玉、a-A12O3微粉、高嶺土、活化劑、結(jié)合劑組成的，但是其導(dǎo)熱性較差，陶瓷承燒板上下溫差較大，使得制品性能不均一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種陶瓷結(jié)合劑，該陶瓷結(jié)合劑選用的原料成分簡(jiǎn)單，配比合理，結(jié)合強(qiáng)度高，高溫下穩(wěn)定。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料，該陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料導(dǎo)熱性較好，在高溫下形狀保持較好，變形量小。
本發(fā)明還提供了上述陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明還提供了使用上述陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料的復(fù)合材料承燒板，該承燒板導(dǎo)熱性較好，作為輔助燒結(jié)工具，能夠提高燒結(jié)制品燒結(jié)成功率。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
一種陶瓷結(jié)合劑，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：50-70％的SiO2、15-25％的Al2O3、5-10％的H3BO3、5-10％的MgO、3-8％的Na2CO3、1-2％的CaF2。上述原料均為市面上所售分析純?cè)稀?/p>
本發(fā)明的陶瓷結(jié)合劑選用的原料成分簡(jiǎn)單，配比合理，原料中的無機(jī)物在高溫下相互作用，形成Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2系列基礎(chǔ)結(jié)合劑，經(jīng)過合適的燒結(jié)曲線，可形成石英固溶體微晶玻璃，此微晶玻璃能使陶瓷結(jié)合劑的結(jié)合強(qiáng)度增強(qiáng)，并且在高溫下較穩(wěn)定。
一種采用上述的陶瓷結(jié)合劑的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料，由以下質(zhì)量百分比的原料制成：25-35％的陶瓷結(jié)合劑、5-10％的金屬結(jié)合劑、55-65％的氧化鋁或白剛玉、1-5％的水玻璃，所述金屬結(jié)合劑為鎳鉻合金或鉻。
本發(fā)明的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料，以氧化鋁作為骨架材料，鎳鉻合金或鉻作為填料加入，鎳鉻合金或鉻在1000℃以下較為穩(wěn)定，抗腐蝕性強(qiáng)，傳熱系數(shù)為12.171w/[m*k]，傳熱性較好，但是單獨(dú)的金屬傳熱太快，而單獨(dú)的陶瓷結(jié)合劑中的無機(jī)物則傳熱效率較慢，陶瓷無機(jī)物與金屬可以很好的匹配，達(dá)到理想的傳熱速度。
一種上述陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
1)備料：將配方量陶瓷結(jié)合劑、金屬結(jié)合劑、氧化鋁或白剛玉、水玻璃混合，壓制成型、干燥，得毛坯；
2)燒結(jié)：將毛坯在1000-1200℃條件下，保溫4-6h，即得。
優(yōu)選的，所述氧化鋁或白剛玉粒度為300-400目，所述金屬結(jié)合劑粒度為300-400目。
優(yōu)選的，在所述壓制成型時(shí)，施加的壓力為50-100kg/cm2，保壓20-40s。
進(jìn)一步優(yōu)選的，所述干燥是在80-100℃條件下干燥20-24h。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選燒結(jié)方式，所述燒結(jié)包括如下步驟：將毛坯在650-700℃下保溫60-90min；再升溫至800-900℃，保溫60-90min；再升溫至1000-1200℃條件下，保溫4-6h，即得。使用梯度溫度燒結(jié)，可以更好地完成陶瓷結(jié)合劑晶相的成形和長(zhǎng)大。
作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選燒結(jié)方式，所述燒結(jié)包括如下步驟：將毛坯以2-3℃/min的速度升到650-700℃，保溫60-90min；再以1-2℃/min的速度升溫至800-900℃，保溫60-90min；再以1-2℃/min的速度升溫至1000-1200℃，保溫4-6h；隨爐冷卻，冷卻至80℃以下出爐，即得。
本發(fā)明的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，使得陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料經(jīng)過1000-1200℃的煅燒，其在850℃以下形狀保持性較好，變形量小。
本發(fā)明還提供了一種采用上述陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料的復(fù)合材料承燒板。
優(yōu)選的，本發(fā)明的復(fù)合材料承燒板使用上述陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法制備。
本發(fā)明的復(fù)合材料承燒板，以氧化鋁作為骨架材料，鎳鉻合金或鉻作為填料加入，與上述陶瓷結(jié)合劑結(jié)合后能達(dá)到理想的傳熱速度，能夠使承燒板上下溫度一致，穩(wěn)定承燒板的性能，還能提高復(fù)合材料承燒板的強(qiáng)度及硬度，使該復(fù)合材料承燒板在高溫下不易變形。該復(fù)合材料承燒板中陶瓷無機(jī)物與金屬可以很好的匹配，達(dá)到理想的傳熱速度，能夠制品上下溫度一致，穩(wěn)定燒結(jié)制品的性能。
超硬燒結(jié)制品的燒制溫度一般都在850℃以下，而本發(fā)明的復(fù)合材料承燒板經(jīng)過1000-1200℃的煅燒，其在850℃以下形狀保持性較好，變形量小，可提高超硬燒結(jié)制品的精度。本發(fā)明的復(fù)合材料承燒板在高溫下不易氧化變形，導(dǎo)熱性較好，制作方便，且能根據(jù)制品的形狀制成相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，使用周期長(zhǎng)，可提高超硬制品的燒結(jié)成功率。
附圖說明
圖1實(shí)施例1中的杯型砂輪復(fù)合材料承燒板的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1
本實(shí)施例中的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的組分組成：60％的SiO2、20％的Al2O3、7％的H3BO3、8％的MgO、4％的Na2CO3、1％的CaF2。
本實(shí)施例中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的原料制成：32％的上述陶瓷結(jié)合劑、8％的鎳鉻合金、58％的白剛玉、2％的水玻璃。
所述陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料為復(fù)合材料承燒板。
本實(shí)施例中的復(fù)合材料承燒板的制備方法：包括如下步驟：
1)將配方量的陶瓷結(jié)合劑、鎳鉻合金、白剛玉、水玻璃混合得混合料，將混合料放進(jìn)模具，以100kg/cm2的壓力保壓30s壓制成型，脫模后放進(jìn)烘箱里80℃干燥24h，得毛坯；所述鎳鉻合金粒度為320目，白剛玉粒度為325目；
2)將步驟1)所得毛坯放進(jìn)高溫爐里燒結(jié)，以3℃/min的速度升到700℃保溫90min，以2℃/min的速度升到850℃保溫90min，完成晶核成形和長(zhǎng)大，以2℃/min的速度升到1000℃保溫5h，隨爐冷卻，低于80℃出爐，即得復(fù)合材料承燒板半成品。
將所得復(fù)合材料承燒板粗品進(jìn)行后續(xù)加工；所述后續(xù)加工是將承燒板粗品的上下面磨平，使平行度≤0.02，即得復(fù)合材料承燒板。所得復(fù)合材料承燒板的結(jié)構(gòu)如圖1所示，為杯型砂輪復(fù)合材料承燒板1，其為外徑350mm、內(nèi)徑320mm、厚度10mm的環(huán)形。
實(shí)施例2
本實(shí)施例中的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的組分組成：50％的SiO2、25％的Al2O3、10％的H3BO3、6％的MgO、8％的Na2CO3、1％的CaF2。
本實(shí)施例中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的原料制成：25％的上述陶瓷結(jié)合劑、10％的鎳鉻合金、60％的氧化鋁、5％的水玻璃。
本實(shí)施例中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法：包括如下步驟：
1)將配方量的陶瓷結(jié)合劑、鎳鉻合金、氧化鋁、水玻璃混合得混合料，將混合料放進(jìn)模具，以50kg/cm2的壓力保壓20s壓制成型，脫模后放進(jìn)烘箱里100℃干燥20h，得毛坯；所述鎳鉻合金粒度為300目，氧化鋁粒度為300目；
2)將步驟1)所得毛坯放進(jìn)高溫爐里燒結(jié)，以2℃/min的速度升到650℃保溫60min，以1℃/min的速度升到800℃保溫60min，完成晶核成形和長(zhǎng)大，以1℃/min的速度升到1200℃保溫6h，隨爐冷卻，低于80℃出爐，即得。
實(shí)施例3
本實(shí)施例中的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的組分組成：65％的SiO2、15％的Al2O3、8％的H3BO3、5％的MgO、5％的Na2CO3、2％的CaF2。
本實(shí)施例中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的原料制成：35％的上述陶瓷結(jié)合劑、5％的鎳鉻合金、59％的白剛玉、1％的水玻璃。
本實(shí)施例中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法：包括如下步驟：
1)將配方量的陶瓷結(jié)合劑、鎳鉻合金、白剛玉、水玻璃混合得混合料，將混合料放進(jìn)模具，以75kg/cm2的壓力保壓45s壓制成型，脫模后放進(jìn)烘箱里90℃干燥22h，得毛坯；所述鎳鉻合金粒度為400目，白剛玉粒度為400目；
2)將步驟1)所得毛坯放進(jìn)高溫爐里燒結(jié)，以3℃/min的速度升到675℃保溫75min，以2℃/min的速度升到850℃保溫75min，完成晶核成形和長(zhǎng)大，以2℃/min的速度升到1100℃保溫4h，隨爐冷卻，低于80℃出爐，即得。
實(shí)施例4
本實(shí)施例中的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的組分組成：65％的SiO2、15％的Al2O3、6％的H3BO3、10％的MgO、3％的Na2CO3、1％的CaF2。
本實(shí)施例中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的原料制成：29％的上述陶瓷結(jié)合劑、5％的鉻、65％的白剛玉、1％的水玻璃。
本實(shí)施例中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
1)將配方量的陶瓷結(jié)合劑、鉻、白剛玉、水玻璃混合得混合料，將混合料放進(jìn)模具，以75kg/cm2的壓力保壓45s壓制成型，脫模后放進(jìn)烘箱里90℃干燥22h，得毛坯；所述鉻粒度為320目，白剛玉粒度為300目；
2)將步驟1)所得毛坯放進(jìn)高溫爐里燒結(jié)，以3℃/min的速度升到675℃保溫75min，以2℃/min的速度升到850℃保溫75min，完成晶核成形和長(zhǎng)大，以2℃/min的速度升到1100℃保溫4h，隨爐冷卻，低于80℃出爐，即得。
實(shí)施例5
本實(shí)施例中的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的組分組成：70％的SiO2、15％的Al2O3、5％的H3BO3、5％的MgO、3％的Na2CO3、2％的CaF2。
本實(shí)施例中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的原料制成：35％的上述陶瓷結(jié)合劑、7％的鉻、55％的白剛玉、3％的水玻璃。
本實(shí)施例中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法同實(shí)施例4。
實(shí)施例6
本實(shí)施例中的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的組分組成：50％的SiO2、25％的Al2O3、10％的H3BO3、6％的MgO、8％的Na2CO3、1％的CaF2。
本實(shí)施例中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的原料制成：25％的上述陶瓷結(jié)合劑、10％的鉻、60％的白剛玉、5％的水玻璃。
本實(shí)施例中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法同實(shí)施例4。
實(shí)施例7
本實(shí)施例中的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的組分組成：65％的SiO2、15％的Al2O3、8.5％的H3BO3、7％的MgO、3％的Na2CO3、1.5％的CaF2。
本實(shí)施例中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的原料制成：29％的上述陶瓷結(jié)合劑、5％的鉻、65％的氧化鋁、1％的水玻璃。
本實(shí)施例中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
1)將配方量的陶瓷結(jié)合劑、鉻、氧化鋁、水玻璃混合混合料，將混合料放進(jìn)模具，以75kg/cm2的壓力保壓45s壓制成型，脫模后放進(jìn)烘箱里90℃干燥22h，得毛坯；所述鉻粒度為320目，氧化鋁粒度為325目；
2)將步驟1)所得毛坯放進(jìn)高溫爐里燒結(jié)，以3℃/min的速度升到675℃保溫75min，以2℃/min的速度升到850℃保溫75min，完成晶核成形和長(zhǎng)大，以2℃/min的速度升到1100℃保溫4h，隨爐冷卻，低于80℃出爐，即得。
實(shí)施例8
本實(shí)施例中的陶瓷結(jié)合劑由以下質(zhì)量百分比的組分組成：67％的SiO2、15％的Al2O3、5％的H3BO3、7％的MgO、4.5％的Na2CO3、1.5％的CaF2。
本實(shí)施例中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料由以下質(zhì)量百分比的原料制成：35％的上述陶瓷結(jié)合劑、7％的鉻、55％的氧化鋁、3％的水玻璃。
本實(shí)施例中的陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
1)將配方量的陶瓷結(jié)合劑、鉻、氧化鋁、水玻璃混合得混合料，將混合料放進(jìn)模具，以75kg/cm2的壓力保壓45s壓制成型，脫模后放進(jìn)烘箱里90℃干燥22h，得毛坯；所述鉻粒度為320目，氧化鋁粒度為400目；
2)將步驟1)所得毛坯放進(jìn)高溫爐里燒結(jié)，以3℃/min的速度升到675℃保溫75min，以2℃/min的速度升到850℃保溫75min，完成晶核成形和長(zhǎng)大，以2℃/min的速度升到1100℃保溫4h，隨爐冷卻，低于80℃出爐，即得。