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CN102643094A - 一种碳化硅磨具的制备方法 - Google Patents

一种碳化硅磨具的制备方法 Download PDF

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CN102643094A CN2012100966450A CN201210096645A CN102643094A CN 102643094 A CN102643094 A CN 102643094A CN 2012100966450 A CN2012100966450 A CN 2012100966450A CN 201210096645 A CN201210096645 A CN 201210096645A CN 102643094 A CN102643094 A CN 102643094A
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Abstract

一种碳化硅磨具的制备方法,其主要原料是碱性烧熔型陶瓷结合剂和碳化硅,它们的质量比为1:0.3~4,然后按结合剂和碳化硅总质量的0.05%~30%添加活性剂,混合均匀,再添加适当粘结剂后,加入到石墨模具中,以5~150MPa压力冷压成型,脱模、晾干,在马弗炉中600-800℃烧结,保温10~150分钟,冷却后取出磨具。本发明操作简易、设备简单,明显抑制住碳化硅和结合剂的反应,不产生“黑心”现象,磨具强度比未经本方法处理的磨具强度提高400-600%。

Description

一种碳化硅磨具的制备方法
技术领域
本发明涉及一种磨具的制备方法,特别是碳化硅磨具的制备方法。
背景技术
结合剂分为无机结合剂和有机结合剂。无机结合剂包括陶瓷结合剂,金属结合剂,菱苦土结合剂。有机结合剂包括树脂结合剂,橡胶结合剂。陶瓷结合剂对磨料的结合强度优于树脂。形成磨具后,工作表面容屑性能好,所以不易堵塞、切削锋利、磨削效率高,以及热膨胀量小,容易控制加工精度,这些特点有利于磨削过程的平稳进行。在磨具的整形和修整方面,操作起来相对容易,一般用于粗磨、半精磨,以及接触面大的成型磨削等。烧熔型陶瓷结合剂可以在较低温度下获得较好的强度,烧结温度在800℃以下,这个相对于非烧熔型陶瓷结合剂的1300℃有很大的降低,而烧结后的强度却比非烧熔型陶瓷结合剂有明显提高。但是,烧熔型陶瓷结合剂不能与碳化硅在一起烧结,一般情况下,由于碳化硅在烧熔型结合剂的碱性环境下会被剧烈的腐蚀,碳化硅中的碳会与氧结合,生成二氧化碳,以硼玻璃为例,硼玻璃是烧熔型结合剂,在烧结温度下,熔融的硼玻璃会阻止二氧化碳的排出,导致烧成的磨具内部产生大量的有害气孔,并且产生大量的黑色物质,结构疏松无强度,极大的降低磨具强度,这就是大家所知的“黑心”现象,“黑心”现象使碳化硅不能使用烧熔型陶瓷结合剂烧结。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、能减少内部气孔、不产生“黑心”现象的碳化硅磨具的制备方法。本发明主要是在烧结过程中添加了活性剂。
本发明的方法如下:
1、主要原料包括碱性烧熔型陶瓷结合剂、碳化硅和活性剂,碱性烧熔型陶瓷结合剂:碳化硅的质量比为1:0.3~4,按结合剂和碳化硅总质量的0.05%~30%添加活性剂。所述活性剂是粒径小于300微米的锌、钛、硅、铝的粉体;所述碳化硅可以是碳化硅颗粒,碳化硅晶须,碳化硅微粉或碳化硅纤维等碳化硅相关制品。
2、将上述烧熔型陶瓷结合剂、碳化硅和活性剂结合剂放入钢制球磨罐中,放入直径为8~14mm的刚玉磨球,球料比为2:1。 密封后打开真空阀抽真空,然后充入氩气。将球磨罐放入行星式球磨机,转速为10~300r/min,倒向频率5~80Hz。连续球磨5~120分钟后,取下球磨罐,冷却,取出混合物。也可以采用任何适合于混合结合剂的方法,将上述烧熔型陶瓷结合剂、碳化硅和活性剂结合剂混合均匀。
3、在上述混合物中添加占该混合物质量10%的水或糊精,加入到石墨模具中,5~150MPa,冷压1~5分钟成型,脱模,晾干,然后在马弗炉中600~800℃烧结,保温10~150分钟,冷却后取出磨具。
利用活性剂比碳化硅活泼的特性,使碳化硅在和烧熔型陶瓷结合剂烧结的过程中,因为活性剂优先被氧化而不被腐蚀,从而不会产生因为碳化硅氧化而生成的二氧化碳,磨具就不会因此而产生大量的有害气孔,不会产生“黑心”的现象,从而达到增加磨具强度的目的。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
1、操作简单,设备简易。
2、明显抑制住碳化硅和结合剂的反应发泡产生气孔,不产生“黑心”现象。
3、烧结温度明显降低,磨具强度明显提高,达到100-120Mpa比未经本方法处理的磨具强度提高400-600%。
附图说明
图1是本发明实施例1的烧结效果图。
图2是本发明实施例2的烧结效果图。
图3是本发明实施例3的烧结效果图。
图4是本发明实施例4的烧结效果图。
具体实施方式
实施例1
取碱性烧熔型陶瓷结合剂95g、50微米的锌粉0.5g和180目的碳化硅颗粒5g,装入钢制球磨罐中,放入直径14mm的刚玉磨球201g。 密封后打开真空阀抽真空,然后充入氩气。将球磨罐置于XM-4×05行星式球磨机上,调整转速为10r/min,倒向频率5Hz。连续球磨120分钟后,取下球磨罐,冷却60分钟,取出混合物,再添加20ml水,将加好水的混合物加入到腔体尺寸为2×8×40mm的石墨模具中。置于RHJ-98A型热压烧结机上,5MPa,冷压5分钟。脱模,晾干。然后在马弗炉中800℃烧结,保温10分钟,待冷却后将磨具取出。如图1所示,图中1为未经处理的碳化硅材料,2为本实施例获得的碳化硅模具,烧结后明显抑制了气孔的产生,结构紧密,没有黑心现象,其抗折强度为108MPa。
实施例2
取烧熔型陶瓷结合剂60g、299微米的钛粉10g和碳化硅晶须40g,装入钢制球磨罐中,放入直径12mm的刚玉磨球220g。密封后打开真空阀抽真空,然后充入氩气。将球磨罐置于XM-4×05行星式球磨机上,调整转速为120r/min,倒向频率20Hz。连续球磨60分钟后,取下球磨罐,冷却120分钟,取出混合物,添加15ml水,将加好水的混合物加入到腔体尺寸为2×8×40mm的用于制造小锯片刀头的石墨模具中。置于RHJ-98A型热压烧结机上,90MPa,冷压3分钟。脱模,晾干。然后在马弗炉中700℃烧结,保温60分钟,待冷却后将磨具取出。如图2所示,图中1为未经处理的碳化硅材料,3为本实施例获得的碳化硅模具,烧结后明显抑制了气孔的产生,结构紧密,没有黑心现象,其抗折强度为118MPa。
实施例3
取碱性烧熔型陶瓷结合剂40g、20微米的硅粉20g和400目的碳化硅微粉60g,装入钢制球磨罐中,放入直径10mm的刚玉磨球240g。密封后打开真空阀抽真空,然后充入氩气。将球磨罐置于XM-4×05行星式球磨机上,调整转速为200r/min,倒向频率80Hz。连续球磨30分钟后,取下球磨罐,冷却30分钟,取出混合物,添加12g糊精,将加好糊精的混合物加入到腔体尺寸为2×8×40mm的用于制造小锯片刀头的石墨模具中。置于RHJ-98A型热压烧结机上,120MPa,冷压2分钟。脱模,晾干。然后在马弗炉中750℃烧结,保温120分钟,待冷却后将磨具取出。如图3所示,图中1为未经处理的碳化硅材料,4为本实施例获得的碳化硅模具,烧结后明显抑制了气孔的产生,结构紧密,没有黑心现象,其抗折强度为112MPa。
实施例4
取碱性烧熔型陶瓷结合剂20g、60微米的铝粉30g和碳化硅纤维80g,装入钢制球磨罐中,放入直径8mm的刚玉磨球260g。 密封后打开真空阀抽真空,然后充入氩气。将球磨罐置于XM-4×05行星式球磨机上,调整转速为300r/min,倒向频率60Hz。连续球磨5分钟后,取下球磨罐,冷却30分钟,取出混合物,添加糊精13g,将加好糊精的混合物加入到腔体尺寸为2×8×40mm的用于制造小锯片刀头的石墨模具中。置于RHJ-98A型热压烧结机上,150MPa,冷压1分钟,脱模,晾干。然后在马弗炉中600℃烧结,保温150分钟,待冷却后将磨具取出。如图4所示,图中1为未经处理的碳化硅材料,5为本实施例获得的碳化硅模具,烧结后明显抑制了气孔的产生,结构紧密,没有黑心现象,其抗折强度为114MPa。

Claims (2)

1.一种碳化硅磨具的制备方法,其特征在于:
(1)主要原料包括烧熔型陶瓷结合剂、碳化硅和活性剂,碱性烧熔型陶瓷结合剂:碳化硅的质量比为1:0.3~4,按结合剂和碳化硅总质量的0.05%~30%另外添加活性剂,所述活性剂是粒径小于300微米的锌、钛、硅、铝的粉体;
(2)将上述碱性烧熔型陶瓷结合剂、碳化硅、活性剂放入钢制球磨罐中,再放入直径为8~14mm的刚玉磨球,球料比为2:1, 密封后打开真空阀抽真空,然后充入氩气,将球磨罐放入行星式球磨机,转速为10~300r/min,倒向频率5~80Hz,连续球磨5~120分钟后,取下球磨罐,冷却,取出混合物;
(3)在上述混合物中添加占混合物质量10%的水或糊精,加入到石墨模具中,5~150MPa,冷压1~5分钟成型,脱模,晾干,然后在马弗炉中600~800℃烧结,保温10~150分钟,冷却后取出磨具。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅磨具的制备方法,其特征在于:所述碳化硅是碳化硅颗粒,碳化硅晶须,碳化硅微粉或碳化硅纤维等碳化硅相关制品。
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