一种低温高强微晶玻璃及其金刚石复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种低温高强微晶玻璃及其金刚石复合材料，原料组分及其质量比为基础结合剂:金刚石颗粒:粘结剂＝15﹕80﹕5；结合剂的原料组分及其质量百分比含量为：SiO235～60wt％、B2O310～15wt％、Na2O 3～8wt％、Li2O 5～15wt％、Al2O35～12wt％、ZnO5～17wt％，TiO2与ZrO2(摩尔比2:1)3～5wt％，在此基础上外加WO3 2～10wt％。先按化学计量比配制结合剂，再将原料混合，干压成形为坯体，再将坯体于800℃烧结，制得低温高强微晶玻璃及其金刚石复合材料。本发明专利技术提供了一种成本低廉、工艺简单、综合性能优良的微晶玻璃及其金刚石复合材料，其耐火度为641℃、流动性为283％、强度为76.94MPa。

A low temperature and high strength glass ceramics and their diamond composites

The invention discloses a low temperature high strength glass ceramic and diamond composite material, composition of raw materials and its quality is based on the ratio of binder: diamond particles: binder = 15: 80: 5; raw materials and binder quality percentage: SiO235 ~ 60wt%, B2O310 ~ 15wt%, Na2O 8wt%, Li2O 3 ~ 5 to 15wt%, Al2O35 ~ 12wt%, ZnO5 ~ 17wt%, TiO2 and ZrO2 (molar ratio 2:1) 3 ~ 5wt%, based on WO3 plus 2 ~ 10wt%. First, the binder is prepared according to the stoichiometric ratio, and then the raw material is mixed, and the material is dried pressed into a green body, and then sintered at 800 degrees. The low temperature and high strength glass ceramics and their diamond composite materials are prepared. The invention provides a glass ceramic and diamond composite material with low cost, simple technology and excellent comprehensive performance. Its refractoriness is 641 degrees, its fluidity is 283%, and its intensity is 76.94MPa.

【技术实现步骤摘要】
一种低温高强微晶玻璃及其金刚石复合材料
本专利技术属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种高强微晶玻璃金刚石基陶瓷复合材料。
技术介绍
金刚石有着极高的硬度和熔点，热容小，热膨胀率低，热导率高，是一种性能极其优良的超硬材料，但由于金刚石烧成时扩散系数较低，单一的金刚石并不能制成生产应用中所需的金刚石制品。因此，在工业生产中，一般通过结合剂，把金刚石结合到一起，来制备可以投入实际应用的各类金刚石复合材料。微晶玻璃及其金刚石复合材料在工业各领域中均具有广泛的应用。金刚石磨具的广泛应用，对金刚石基陶瓷复合材料的强度提出了更高的要求。如何在其他性能不受影响的情况下，更好的提高复合材料的强度一直是国内外研究的热点。添加稀土氧化物或者进行预熔处理虽然可行但成本较高。加入的添加剂种类较多，虽然可能提高强度，但原料之间的反应不易把握，高温烧结影响材料的综合性能。
技术实现思路
本专利技术的目的，是在现有技术的基础上，在不影响其他性能的情况下，进一步提高金刚石基复合材料的强度和综合性能，本专利技术没有进行预熔处理也没有添加较昂贵金属或氧化物，而是选择简单可行的操作步骤及廉价易得的原料制成强度相对较高的金刚石基陶瓷复合材料。提供一种成本低廉、工艺简单、综合性能优良、强度较高的微晶玻璃及其金刚石复合材料。本专利技术通过如下技术得以实现。一种低温高强微晶玻璃及其金刚石复合材料，原料组分及其质量比为基础结合剂:金刚石颗粒:粘结剂＝15﹕80﹕5；基础结合剂的原料组分及其质量百分比含量为：SiO235～60wt％、B2O310～15wt％、Na2O3～8wt％、Li2O5～15wt％、Al2O35～12wt％、ZnO5～17wt％，TiO2+ZrO2为3～5wt％，所述TiO2+ZrO2的摩尔比2:1；在此基础上外加WO32～10wt％；上述低温高强微晶玻璃及其金刚石复合材料的制备方法，具有如下步骤：(1)按基础结合剂的原料组分及其质量百分比含量：SiO235～60wt％、B2O310～15wt％、Na2O3～8wt％、Li2O5～15wt％、Al2O35～12wt％、ZnO5～17wt％，TiO2+ZrO2为3～5wt％，进行配料，所述TiO2+ZrO2的摩尔比2:1；放入球磨机干磨6小时，过筛，得到基础结合剂；将2～10wt％的WO3粉末外加到基础结合剂粉末中；(2)将步骤(1)的基础结合剂与金刚石颗粒、粘结剂按15﹕80﹕5的质量比混合，干压成形为坯体,所述金刚石颗粒粒度为100～120μm；(3)将步骤(2)的坯体在高温烧结炉中于800℃烧结，冷却至640℃时保温100min，随后冷却至室温，制得低温高强微晶玻璃及其金刚石复合材料。所述步骤(1)放入球磨机的球、料质量比为2﹕1，所过筛为100目筛。所述步骤(1)的WO3的外加质量百分比含量为4％。所述步骤(1)的基础结合剂的耐火度为663℃，流动性为259％，强度为76.24MPa。所述步骤(2)的粘结剂是糊精。所述步骤(2)的坯体为30毫米×6毫米×4毫米的矩形条状坯体。所述步骤(3)的温度制度为：400℃以下升温速率为3℃/min，于400℃保温60min；400℃到800℃升温速率为4℃/min，于800℃保温110min；800℃到640℃降温速率为2℃/min，于640℃保温100min，随后冷却至室温。本专利技术提供了一种成本低廉、工艺简单、综合性能优良、强度较高的金刚石基陶瓷复合材料。该复合材料中当WO3添加量为4wt％时，其耐火度为641℃、流动性为283％、强度为76.24MPa。附图说明图1为实施例1添加4wt.％WO3的扫描电镜微观形貌图。具体实施方式本专利技术所用原料均为市售化工原料，下面结合具体实施例对专利技术作进一步的说明。实施例1(1)用电子天平称取硼酸6克、二氧化硅20克、氧化铝5克、碳酸钠2.5克、碳酸锂5克、氧化锌4克、二氧化钛1.13克、氧化锆0.86克，放入球磨罐中，用氧化铝球为介质，按照原料：氧化铝球的质量比为2:1，干磨6小时，将干磨后的粉料过100目筛，得到基础陶瓷结合剂；将WO3粉末加入到基础结合剂粉末中，外加量为4wt.％；(2)按照结合剂﹕金刚石颗粒﹕粘结剂的质量比为15﹕80﹕5，称取结合剂与金刚石颗粒及粘结剂进行混合，所述金刚石颗粒粒度为100～120μm所述粘结剂是糊精，然后干压成为坯体；坯体尺寸为30mm×6mm×4mm，成型压力为150kN，保压时间为10至20s；(3)将坯体在高温烧结炉中于800℃烧结，温度制度为：400℃以下升温速率为3℃/min，于400℃保温60min；400℃到800℃升温速率为4℃/min，于800℃保温110min；800℃到640℃降温速率为2℃/min，于640℃保温100min，随后冷却至室温即可，制得低温高强微晶玻璃及其金刚石复合材料。用天平称取0.75g预先制备好的结合剂粉体，干压成型为直径8×8mm的圆柱形，成型时的压力控制在55kN，将成型后的圆柱体放置于干净光滑的陶瓷基板上，放入烧结炉中，按金刚石复合材料制备时的烧结制度进行加热，待试样冷却后侧其平均半径，用烧结前后的半径比作为流动性的比较依据。用锥模制成致密的三角锥，三角锥的高30mm、上底等边长2mm、下底等边长8mm。自然干燥后，用粘结剂将三角锥固定在锥台上，与台面保持80°～82°倾斜角，将制备好的锥体放入烧结炉，记录锥体尖部水平时的温度作为结合剂的耐火度。采用三点弯曲法进行抗弯强度测试，每个试样选取四根试条进行测试，取平均值得到试样的抗弯强度。采用经过抗弯强度测试后断裂的金刚石基陶瓷复合材料试条来进行试样断面微观形貌的观察。试条按照要求制备成能用于扫描电子显微镜微观形貌观察的样品，在电子显微镜下进行观察，得到不同放大倍数的断面SEM图片。图1为实施例1复合材料断面微观形貌图，可以看出，基础结合剂很好的包裹了金刚石颗粒，结合剂桥较粗，整体结构比较紧密，显示出金刚石颗粒与陶瓷结合剂良好的界面结合状况。实施例1的相关性能测试结果为：抗弯强度76.24MPa，耐火度为641℃，流动性为283％。对比实施例对比实施例中除不添加实施例1中WO3以外，其他工艺方法与实施例1完全相同。对比实施例的相关测试结果为：抗弯强度64.85MPa，耐火度为639℃，流动性为261％。实施例2实施例2中除WO3添加量为2wt％以外，其他工艺方法与实例1相同。实施例2的相关测试结果为：抗弯强度70.46MPa，耐火度为636℃，流动性为288％。实施例3实施例3中除WO3添加量为6wt％以外，其他工艺方法与实例1相同。实施例3的相关测试结果为：抗弯强度71.29MPa，耐火度为639℃，流动性为275％。实施例4实施例4中除WO3添加量为8wt％以外，其他工艺方法与实例1相同。实施例4的相关测试结果为：抗弯强度68.36MPa，耐火度为668℃，流动性为264％。实施例5实施例5中除WO3添加量为10wt％以外，其他工艺方法与实例1相同。实施例4的相关测试结果为：抗弯强度66.94MPa，耐火度为640℃，流动性为270％。本专利技术所列举的各原料，以及原料的上下限取值、区间值都能实现本专利技术，再此不一一进行举例说明。以上实施例仅是对本专利技术做的示例性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温高强微晶玻璃及其金刚石复合材料，原料组分及其质量比为基础结合剂:金刚石颗粒:粘结剂＝15﹕80﹕5；基础结合剂的原料组分及其质量百分比含量为：SiO2 35～60wt％、B2O310～15wt％、Na2O 3～8wt％、Li2O 5～15wt％、Al2O3 5～12wt％、ZnO 5～17wt％，TiO2+ZrO2为3～5wt％，所述TiO2+ZrO2的摩尔比2:1；在此基础上外加WO3 2～10wt％。上述低温高强微晶玻璃及其金刚石复合材料的制备方法，具有如下步骤：(1)按基础结合剂的原料组分及其质量百分比含量：SiO2 35～60wt％、B2O310～15wt％、Na2O3～8wt％、Li2O 5～15wt％、Al2O35～12wt％、ZnO 5～17wt％，TiO2+ZrO2为3～5wt％，进行配料，所述TiO2+ZrO2的摩尔比2:1；放入球磨机干磨6小时，过筛，得到基础结合剂；将2～10wt％的WO3粉末外加到基础结合剂粉末中；(2)将步骤(1)的基础结合剂与金刚石颗粒、粘结剂按15﹕80﹕5的质量比混合，干压成形为坯体,所述金刚石颗粒粒度为100～120μm；(3)将步骤(2)的坯体在高温烧结炉中于800℃烧结，冷却至640℃时保温100min，随后冷却至室温，制得低温高强微晶玻璃及其金刚石复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种低温高强微晶玻璃及其金刚石复合材料，原料组分及其质量比为基础结合剂:金刚石颗粒:粘结剂＝15﹕80﹕5；基础结合剂的原料组分及其质量百分比含量为：SiO235～60wt％、B2O310～15wt％、Na2O3～8wt％、Li2O5～15wt％、Al2O35～12wt％、ZnO5～17wt％，TiO2+ZrO2为3～5wt％，所述TiO2+ZrO2的摩尔比2:1；在此基础上外加WO32～10wt％。上述低温高强微晶玻璃及其金刚石复合材料的制备方法，具有如下步骤：(1)按基础结合剂的原料组分及其质量百分比含量：SiO235～60wt％、B2O310～15wt％、Na2O3～8wt％、Li2O5～15wt％、Al2O35～12wt％、ZnO5～17wt％，TiO2+ZrO2为3～5wt％，进行配料，所述TiO2+ZrO2的摩尔比2:1；放入球磨机干磨6小时，过筛，得到基础结合剂；将2～10wt％的WO3粉末外加到基础结合剂粉末中；(2)将步骤(1)的基础结合剂与金刚石颗粒、粘结剂按15﹕80﹕5的质量比混合，干压成形为坯体,所述金刚石颗粒粒度为100～120μm；(3)将步骤(2)的坯体在高温烧结炉中于800℃烧结，冷却至640℃时保温100m...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志宏，李力强，朱玉梅，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12