納米陶瓷結(jié)合劑研究進展

1、納米陶瓷結(jié)合劑的研究進展0引言各類超硬工具是由結(jié)合劑和超硬磨料顆粒形成的復合材料[13]，按照結(jié)合劑種類劃分超硬材料工具，主要分為金屬、樹脂、陶瓷結(jié)合劑三個大的類別。在各類超硬工具結(jié)合劑中，金屬結(jié)合劑對磨粒的把持性好，強度高，韌性好，但自銳性差，氣孔率低，修整困難，尤其是在加工金屬材料時，容易發(fā)生工件黏著、燒傷和工具堵塞的情況。樹脂結(jié)合劑自銳性能良好，不易堵塞，很少修整，磨削效率較高，磨削溫度較低，而且本身具有一定彈性，能起拋光作用，但

2、耐熱性差，在磨削過程中產(chǎn)生的大量的熱容易導致樹脂軟化或分解，致使其黏結(jié)力下降，造成昂貴的磨料還沒有完全發(fā)揮作用就大量脫落。陶瓷結(jié)合劑是目前應用日益廣泛的一種結(jié)合劑，其性能介于金屬結(jié)合劑和樹脂結(jié)合劑之間，特別是陶瓷結(jié)合劑磨削超硬磨具中具有較多的氣孔，有利于冷卻、容屑和排屑，故磨削時不易堵塞，不易燒傷工件，能夠很好地滿足難加工材料磨削和高效磨削的需要。長期以來，金屬和樹脂結(jié)合劑的超硬材料工具占據(jù)市場的主流，但是隨著我國先進加工制造領(lǐng)域的快速

3、拓展，對陶瓷結(jié)合劑超硬材料工具的需求越來越大。傳統(tǒng)的陶瓷結(jié)合劑雖然有上述很多優(yōu)點，但是如何生產(chǎn)出氣孔可控，低熔高強，適用于全粒度的微粉超硬工具的陶瓷結(jié)合劑以及如何緩解因為結(jié)合劑和磨料的熱膨脹系數(shù)不同而引起的界面應力問題，一直是人們努力的方向。隨著納米技術(shù)的廣泛應用，納米陶瓷材料應運而生。由于它的粒度小，比表面積大，表現(xiàn)出明顯的小尺寸效應、量子尺寸效應以及表面界面效應，使之具有不同于傳統(tǒng)陶瓷的獨特性能，如強度高[4]、韌性好[5]、燒結(jié)溫

4、度低等。因而用納米粉進行燒結(jié)，致密化的速度快，燒結(jié)溫度低，具有在較低溫度下燒結(jié)就能達到致密化的優(yōu)越性。納米陶瓷燒結(jié)溫度約比傳統(tǒng)陶瓷低400℃~600℃[4]，燒結(jié)過程也大大縮短，也很好的緩解了結(jié)合劑和磨料的界面應力問題。同時，也生產(chǎn)出了氣孔可調(diào)，適合于全粒度的微粉超硬工具的納米陶瓷結(jié)合劑。本文主要將陶瓷結(jié)合劑工作者在如何生產(chǎn)出氣孔可調(diào)，低熔高強，適用于全粒度的微粉超硬工具的陶瓷結(jié)合劑以及如何緩解因為結(jié)合劑和磨料的熱膨脹系數(shù)不同而引起的界

5、面應力問題這方面的研究加以概述，以更好的展示納米陶瓷結(jié)合劑的優(yōu)良特性。1傳統(tǒng)陶瓷結(jié)合劑所存在的問題分析1.1陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的氣孔控制問題運用陶瓷結(jié)合劑所生產(chǎn)的超硬磨具是由陶瓷結(jié)合劑，超硬磨料和氣孔組成，2裂造成工具廢品。因此研究結(jié)合劑磨料界面應力的分布規(guī)律，緩解或消除界面應力，對陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的大范圍應用具有舉足輕重的意義。圖3超硬工具顆粒結(jié)合劑界面應力分布示意圖為改善傳統(tǒng)陶瓷結(jié)合劑的抗拉性能，減輕顆粒結(jié)合劑界面應力及避免高溫對

6、超硬磨料的傷害，我們將納米技術(shù)引入到陶瓷結(jié)合劑中，在陶瓷結(jié)合劑基體中引入納米級的顆粒、片晶、晶須和纖維等第二相，開發(fā)研制出一種新型的納米陶瓷結(jié)合劑，降低超硬磨具的燒結(jié)溫度，緩解磨料傳統(tǒng)陶瓷結(jié)合劑界面應力問題。1.3陶瓷結(jié)合劑和超硬磨料性能最優(yōu)化的燒結(jié)溫度問題決定陶瓷結(jié)合劑磨具性能的關(guān)鍵是結(jié)合劑的性能[9]。結(jié)合劑性能的提高要求燒結(jié)溫度較高，但由于金剛石的熱穩(wěn)定性不好，在空氣中高于800℃的情況下，易發(fā)生氧化或石墨化等化學反應；而CBN在

7、高溫下會轉(zhuǎn)變?yōu)轭愂牧浇Y(jié)構(gòu)失去其超硬性，并且陶瓷結(jié)合劑中的起催熔作用的堿金屬氧化物(Na2O、K2O、Li2O等)會在800℃以上強烈腐蝕CBN。為充分發(fā)揮超硬磨料的磨削潛力，解決問題的思路之一是降低燒結(jié)溫度，但是降低燒結(jié)溫度往往意味著犧牲結(jié)合劑的強度。如何充分發(fā)揮結(jié)合劑的性能，又不至于使超硬磨粒失去其性能，即生產(chǎn)出低熔高強的磨具，一直是人們研究的方向。1.4如何制造微粉超硬磨具的問題超硬材料工具一般要求結(jié)合劑粒度遠遠細于金剛石，以