普通刚玉磨具低温烧结技术的研究

作     者：梁芸亭 

作者单位：河南工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：栗正新

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：低温烧结 硼玻璃 微晶玻璃 [SiO4]四面体 R2O B2O 

摘      要：传统陶瓷刚玉磨具因其成分的原因需要较高的烧结温度，造成能源很大的浪费，不符合国家近年来提出的节能减排的要求。本课题通过硼玻璃和微晶玻璃的加入来降低烧结温度并维持磨具强度。采用对比实验，与传统陶瓷结合剂进行性能的对比研究。采用DTA，耐火度，流动性，润湿性和线膨胀系数等手段研究结合剂的低温烧结特性，采用抗折强度，硬度，磨削比研究结合剂磨具试条的力学性能。采用XRD，SEM和EDS手段研究生成物质的物相种类，含量和微观结构。 研究发现陶瓷结合剂的耐火度降低了200～300℃，流动性较好，结合剂与磨粒的润湿能力较好，实现了在低温下的强度与高温时相当，约60MPa。结合剂内微晶玻璃与硼玻璃共同添加效果好于只添加硼玻璃。硼玻璃的加入降低了微晶玻璃的烧成温度，添加的微晶玻璃的组分中产生了微晶相，主要是锂霞石(LiAlSiO)、β-石英(β-SiO)和钠长石(NaAlSiO)，微晶相阻止了裂纹的扩展，提高了磨具试条的强度。砂结比为100:16，烧成温度为900℃时磨具试条强度较高。当结合剂内RO/BO1，BO19%时，有利于生成微晶相锂霞石(LiAlSiO)，降低了结合剂的膨胀系数。扫描电镜发现结合剂与磨粒结合能力较好。 分析了原料成本和烧结过程耗能，硼玻璃和微晶玻璃的加入使耗能减少最高达37%，但由于微晶玻璃的制备采用化学纯，使其价格为传统结合剂价格的20倍以上，磨具制备总成本降低较少。 进一步研究了采用工业微晶玻璃代替化学纯制备的微晶玻璃来降低原料成本。选择低膨胀、高强度的LiO-AlO-SiO系列微晶玻璃作为基础料，通过硼酸和硼玻璃改性后，微晶玻璃结合剂流动性达到170%，结合剂试条硬度达到90MPa以上，膨胀系数与刚玉磨料较匹配，制备的磨具试条强度达到150MPa。成本分析发现相比于前期试验的微晶玻璃，采用工业微晶玻璃价格降低约11倍，制备总成本降低了30.88%。添加硼玻璃的效果要好于硼酸。采用硼玻璃和微晶玻璃可以实现普通刚玉磨具的低温烧结和节能减排。