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1、二氧化鈦對低溫陶瓷結(jié)合劑的物理性質(zhì)和CBN復(fù)合材料的力學(xué)性能的影響關(guān)鍵詞:摘要:對由CBN磨粒組成的陶瓷結(jié)合劑研磨工具以及摻雜不同量TiCh的先進(jìn)陶瓷結(jié)合劑系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究?;?實(shí)驗(yàn)的觀測和分析,將二氧化鈦在適量(4wt.%)對改善流動能力和陶瓷粘結(jié)劑系統(tǒng)的熱膨脹性能,以及CBN復(fù)合材料的機(jī)械性能是有利的,而機(jī)械性能表現(xiàn)在包括抗彎強(qiáng)度、洛氏硬度的明顯提高。根據(jù)對微結(jié)構(gòu)的討論,當(dāng)TiO?的含量達(dá)到4wt.%時,立方氮化硼顆粒能夠更好的被陶瓷粘結(jié)劑覆蓋以及獲得更少的氣孔。這些結(jié)果與二氧化鈦在傅里葉變換紅外光譜(FTIR)分析的玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的作用是
2、相關(guān)的。力學(xué)性能、陶瓷結(jié)合劑、立方氮化硼復(fù)合材料、二氧化鈦摻雜、微觀結(jié)構(gòu)1.引言CBN磨具是一組高性能超碩復(fù)合材料,具有優(yōu)良的耐磨性、良好的熱導(dǎo)率等。由于這些優(yōu)良的性能,CBN磨削工具在現(xiàn)代工程應(yīng)用屮正在成為最具潛力的工具Z-[1-2JO除了磨料木身的特點(diǎn)外,磨具的力學(xué)性能主耍取決于結(jié)合劑的性能以及結(jié)合劑和磨料之間的結(jié)合狀態(tài)。四種類型結(jié)合劑系統(tǒng)被應(yīng)用于把磨粒固定在磨輪上,即金屬、樹脂、電鍍和玻璃結(jié)合劑,最后一個被認(rèn)為是最重要的一個系統(tǒng)[3-6]o相比其他類型的磨削工具,由丁?陶瓷材料的良好性質(zhì)使陶瓷結(jié)合劑磨具表現(xiàn)出優(yōu)異的性能,如高彈性模量、低斷裂韌性,良好的熱
3、穩(wěn)定性、脆性、高剛度及可控孔隙度⑺。然而對TCBN磨具的發(fā)展,陶瓷粘結(jié)劑系統(tǒng)不能很好地達(dá)到磨削性能、安全性和產(chǎn)品一致性的要求[8]。因此,結(jié)合劑性質(zhì)應(yīng)該加以改進(jìn),以充分利用磨粒的運(yùn)用性能。所以,應(yīng)該開展對提高陶瓷粘結(jié)劑性質(zhì)的調(diào)查研究。先前的研究已經(jīng)調(diào)查了不同添加劑(氧化鈣、氧化鋅、堿金屈氧化物等)以及他們的含量對陶瓷粘結(jié)劑立方氮化硼/剛玉/金剛石磨削工具機(jī)械性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響[9-12]o不同原料加入陶瓷結(jié)合劑對CBN/剛玉砂輪的影響已經(jīng)在一些文獻(xiàn)報道了[13?14]。對于在磨具的陶瓷粘結(jié)劑屮添加不同量的二氧化鈦的相關(guān)研究尚未發(fā)表。在木文中,涉及了有和沒有二
4、氧化鈦兩種陶瓷結(jié)合劑體系SiO2-B2O3-Na2O-BaO以及陶瓷結(jié)合劑CBN復(fù)合材料。我們利用掃描電了顯微鏡(SEM)觀察陶瓷結(jié)合劑和CBN磨粒之間的結(jié)合狀態(tài),通過傅里葉變換紅外光譜(FTIR)分析陶瓷結(jié)合劑的微觀粘結(jié)機(jī)制。磨削工具的彎曲強(qiáng)度、洛氏硬度也為其特征。2、實(shí)驗(yàn)步驟2.1、制備陶瓷粘結(jié)劑和立方氮化硼復(fù)合材料陶瓷粘結(jié)劑基體由硅、鋁、硼、氧化物、氧化鈉、氧化鉀、氧化傾組成,其百分比是50wt.%,12wt.%、19wt.%,7wt.%,5wt.%。他們是以氧化鋁、硼酸、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鎖等形式被引入。二氧化鈦分別以4wt%和8wt%加入體系。把陶
5、瓷粘結(jié)劑基體和加入無定形狀態(tài)二氧化鈦的陶瓷結(jié)合劑在1300°C,氧化鋁I甘炯屮經(jīng)過精確稱量、混合、球銃削和融化。經(jīng)過篩選(240#)獲得陶瓷結(jié)合劑粉末。實(shí)驗(yàn)中含有Owt.%、4wt.%和8wt.%二氧化鈦的陶瓷粘結(jié)劑試樣分別被標(biāo)記為A、B、C。將篩選過的粉末用干壓的方法斥制成炬形條(30mmx6mmx4mm),將立方氮化硼磨粒(單晶、平均晶粒尺寸140#,河南富耐克材料有限公司,中國),臨時粘結(jié)劑(蠟),冇和沒冇二氧化飲的陶瓷粘結(jié)劑在處于空氣條件下的電爐屮以不同燒結(jié)溫度(720°C,740°C,760°C,780°C,800°C)下所得立方氮化硼復(fù)合材料。這些
6、試樣的保溫時間為2h。2.2、陶瓷粘結(jié)劑的表征和與立方氮化硼磨粒的結(jié)合態(tài)陶瓷粘結(jié)劑和立方氮化硼顆粒之間的結(jié)合狀態(tài)是CBN復(fù)合材料是一個關(guān)鍵問題。用丁評估陶瓷粘結(jié)劑系統(tǒng)對磨粒的結(jié)合狀態(tài)的流動性用平而流動的方法來測量(結(jié)合劑粉末壓制成I員I柱體后,將試樣放在陶瓷板上,在爐內(nèi)燒結(jié),然后測量直徑的變化和計(jì)算其流動性)。熱膨脹系數(shù)出NETZSCHD1L402C裝置(德國)測定。用彎曲強(qiáng)度和洛氏硬度來表征力學(xué)性能。用三點(diǎn)彎曲測定彎曲強(qiáng)度,使用MTS機(jī)C158ASTM,十字頭速度0.6mm/min。洛氏碩度由HR150A測量。燒結(jié)復(fù)合材料斷裂而的微觀結(jié)構(gòu)用掃描電鏡(菲利普斯
7、XL30)觀察。傅立葉變換紅外光譜(FTIR)在波數(shù)范圍為400-4400cm-1的尼科萊FTIR470儀器測量(陶瓷結(jié)合劑粉末分散在混化鉀顆粒屮(3wt.%))。3、結(jié)果和討論3?1?陶瓷粘結(jié)劑的流動能力和熱膨脹系數(shù)流動性和熱膨脹系數(shù)是用來估算陶瓷結(jié)合劑流動能力和熱膨脹性能最廣泛使用的參數(shù)。陶瓷結(jié)合劑對磨粒良好的流動能力和熱膨脹性能對粘結(jié)劑和磨料之間的結(jié)合狀態(tài)具冇極大的影響。在實(shí)驗(yàn)部分,陶瓷結(jié)合劑砂輪A、B、C的燒結(jié)溫度預(yù)定為780°Co圖1顯示了陶瓷結(jié)合劑A、B、C在燒結(jié)溫度780°C的流動性的變化(用平均值來表示三個值的變化)。摻雜不同量的TiCh陶瓷結(jié)
8、合劑在燒結(jié)溫度780°C吋的熱膨脹系數(shù)