一種陶瓷結(jié)合劑金剛石復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，特別涉及一種界面結(jié)合性較好的陶瓷結(jié)合劑金剛石復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]金剛石硬度和熔點(diǎn)極高，熱導(dǎo)率高，熱容小，熱膨脹率低，是一種性能極其優(yōu)良的超硬材料，但是金剛石燒成時(shí)擴(kuò)散系數(shù)很低，單一的金剛石并不能制成生產(chǎn)應(yīng)用中所需的金剛石制品。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中，一般通過(guò)其他材料，也就是通常所說(shuō)的各類結(jié)合劑，通過(guò)各種方式把金剛石結(jié)合到一起，來(lái)制備可以投入實(shí)際應(yīng)用的各類金剛石復(fù)合材料。陶瓷結(jié)合劑金剛石復(fù)合材料是一類重要的金剛石基復(fù)合材料，在工業(yè)各領(lǐng)域中均具有廣泛的應(yīng)用。
[0003]目前，對(duì)于陶瓷結(jié)合劑與金剛石界面結(jié)合方面的研究比較少，對(duì)其陶瓷結(jié)合劑與金剛石之間的結(jié)合機(jī)理認(rèn)識(shí)還比較淺，這制約了新型陶瓷結(jié)合劑金剛石復(fù)合材料研究進(jìn)展。Zhang X H等人研究了金剛石與硼硅玻璃體系結(jié)合劑的潤(rùn)濕性和反應(yīng)性。李旭燕、栗正新等人研究了金剛石陶瓷結(jié)合劑界面結(jié)合對(duì)金剛石把持力的影響。楊雪峰等探索了提高陶瓷結(jié)合劑對(duì)于金剛石顆粒界面結(jié)合力的兩種可行方法，一種方法是提高陶瓷結(jié)合劑的硬度，另一種方法是在金剛石顆粒表面涂覆一層氧化鋁層。張小福等通過(guò)掃描電子顯微鏡對(duì)復(fù)合材料微觀形貌的分析，以及復(fù)合材料的物相分析來(lái)研究復(fù)合材料中金剛石顆粒與陶瓷結(jié)合劑的界面結(jié)合情況。Wang P F等研究了Na20-B203_Si02系陶瓷結(jié)合劑與金剛石復(fù)合材料的界面結(jié)合情況，并分析了 Zn0，F(xiàn)e203等添加劑對(duì)復(fù)合材料界面性能的影響。本發(fā)明沒(méi)有采用氧化物添加或者研究基礎(chǔ)配方來(lái)提高界面結(jié)合性，而是通過(guò)添加低熔點(diǎn)金屬銅來(lái)改善兩者界面結(jié)合性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要通過(guò)研究基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑成分，低熔點(diǎn)金屬銅添加劑對(duì)陶瓷結(jié)合劑的性能影響，以及結(jié)合劑與金剛石之間界面潤(rùn)濕性、物相成分、界面結(jié)合強(qiáng)度等界面結(jié)合行為的影響，并通過(guò)X衍射儀、SEM等測(cè)試手段分析其界面結(jié)合狀況，確定了本發(fā)明的陶瓷結(jié)合劑成分與添加劑最優(yōu)添加量，從而改善了結(jié)合劑與金剛石間的界面結(jié)合狀態(tài)，提供了一種界面結(jié)合性較好的陶瓷結(jié)合劑金剛石復(fù)合材料。
[0005]本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，
[0006]—種陶瓷結(jié)合劑金剛石復(fù)合材料，原料組分及其質(zhì)量比為陶瓷結(jié)合劑:金剛石顆粒:陶瓷粘結(jié)劑=20:100:7;
[0007]陶瓷結(jié)合劑的原料組分及其質(zhì)量百分比含量為:S1235wt%?45wt%、H3B0320wt% ?30wt%、Na2C〇3 2wt%?6wt%、Li2C〇3 4wt% ?8wt%、Al2〇3 4wt%?8wt%、CaO 10wt%?20wt%，在此基礎(chǔ)上外加銅粉末3.5￥丨％?4.5￥七％ ;
[0008]上述陶瓷結(jié)合劑金剛石復(fù)合材料的制備方法，具有如下步驟:
[0009](I)按原料組分及其質(zhì)量百分比含量:S12 35wt%?45wt%、H3B0320wt%?30wt%、Na2C03 2wt%?6wt%、Li2C〇3 4wt%?8wt%、Al2〇3 4wt%?8wt%、CaO 10wt%?20wt %進(jìn)行配料，放入球磨機(jī)干磨6小時(shí)，球料比為2:1，過(guò)篩；
[0010](2)將步驟(I)過(guò)篩后的原料在電阻爐中于1300°C煅燒，之后水冷淬火，制得玻璃熔料；
[0011](3)將步驟(2)淬火后的玻璃熔料干燥，粉碎，球磨，過(guò)篩，得到基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末；
[0012](4)在步驟(3)的基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑中，外加質(zhì)量百分比含量為3.5?4.5%的銅粉末，制得本發(fā)明的陶瓷結(jié)合劑；
[0013](5)將步驟(4)的陶瓷結(jié)合劑與金剛石顆粒、陶瓷粘結(jié)劑按20:100:7的質(zhì)量比混合，干壓成為坯體，然后將坯體在高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)至750°C，之后室溫自然冷卻，制得陶瓷結(jié)合劑金剛石復(fù)合材料。
[0014]所述銅粉末為質(zhì)量純度99.9%的金屬銅粉末。
[0015]所述陶瓷粘結(jié)劑為石蠟。
[0016]所述步驟(I)的原料過(guò)100目篩。
[0017]所述步驟(3)的玻璃熔料過(guò)250目篩。
[0018]所述步驟(4)的銅粉末的外加質(zhì)量百分比含量為4%。
[0019]所述步驟(4)的陶瓷結(jié)合劑的耐火度為647°C，流動(dòng)性為300%，結(jié)合劑與金剛石顆粒潤(rùn)濕角15°。
[0020]所述步驟(5)的溫度制度為:310°C以下升溫速率為3°C/min，于310°C保溫90min;310°C 到 520°C 升溫速率為 4°C/min，于 520°C 保溫 30min;520°C 到 750°C 升溫速率為 2°C/min，于 750°C 保溫 120min。
[0021 ]所述步驟(5)的坯體為30毫米X 6毫米X 4毫米的矩形條狀坯體。
[0022]本發(fā)明提供了一種成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、綜合性能優(yōu)良、界面結(jié)合性較好的陶瓷結(jié)合劑金剛石復(fù)合材料。該復(fù)合材料中Cu添加量為4wt%，耐火度為647°C，流動(dòng)性為300%，結(jié)合劑與金剛石顆粒潤(rùn)濕角15°，750 °C燒結(jié)后復(fù)合材料強(qiáng)度為56.24MPa。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為實(shí)施例1添加4wt.%Cu的掃描電鏡微觀形貌圖；
[0024]圖2為實(shí)施例1添加4wt.%Cu和不添加Cu的復(fù)合材料XRD圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明所用原料均為市售化工原料，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0026]實(shí)施例1
[0027]1.用電子天平稱取硼酸10克、二氧化硅7克、氧化鋁2克、碳酸鋰1.5克、碳酸鈉1.5克、氧化鈣2.5克，放入球磨罐中，用氧化鋁球?yàn)榻橘|(zhì)，按照原料:氧化鋁球的質(zhì)量比為2:1，干磨6小時(shí)，將干磨后的粉料過(guò)100目篩；
[0028]2.過(guò)篩后的粉料在電阻爐中于1300 0C煅燒，水冷淬火，得到玻璃熔料；
[0029]3.將淬火后的玻璃熔料干燥，粉碎，球磨，最后過(guò)250目篩，得到基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑；
[0030]4.將高純度金屬銅粉末(99.9%)加入到基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末中，外加量為4wt.% ,得到陶瓷結(jié)合劑；
[0031 ] 5.稱取陶瓷結(jié)合劑與金剛石顆粒及陶瓷粘結(jié)劑混合，干壓成為坯體，陶瓷結(jié)合劑:金剛石顆粒:陶瓷粘結(jié)劑=20:100:7;還體尺寸為30mmX6mmX4mm，成型壓力100kN，保壓時(shí)間5至1s，于750°C燒結(jié)，之后室溫自然冷卻，制得陶瓷結(jié)合劑金剛石復(fù)合材料。
[0032]本發(fā)明制品的測(cè)試方法如下:
[0033]采用三點(diǎn)彎曲法進(jìn)行抗