各种添加剂对低温陶瓷结合剂性能的影响

第31卷第3—4期2008年6月辽宁科技大学学报J our nal of U ni ver s i t y of Sci ence a nd T e chnol ogy L i aon i ngvO I．31N o．3—4Jun．，2008各种添加剂对低温陶瓷结合剂性能的影响关岩1，何平2，徐晓伟3(1．辽宁科技大学材料科学与工程学院，辽宁鞍山114051；2．鞍山技师学院，辽宁鞍山114001；3．北京科技大学材料学院，北京100083)摘要：实验主要研究6种添加剂对陶瓷结合剂性能影响。

实验证明，随着a一～：03加入量的增多，结合剂的熔点逐渐升高，在加入量为15％时流动度最好；C uO、c也03和zn对结合剂熔点有明显的提高作用；Sn和C u可以降低结合剂的熔点；加入8％0203或加入6％Sn时其流动度值最佳。

关键词：添加剂；低温陶瓷结合剂；熔点；流动度中图分类号：TQ l74．758．11文献标识码：A文章编号：1674—1048(2008)(03—04)一0246—04低温陶瓷结合剂是低熔点的硼玻璃和部分玻璃网络形成剂及调整剂的混合物。

可在一定温度下熔融后形成具有一定流动性的粘滞液体，冷却后把磨料固结起来而达到磨削的要求。

因此，对其烧成温度以及流动度的大小有严格的要求。

陶瓷结合剂中的气孔，在磨削中可起到容屑、排屑、存储冷却液等作用“。

3]，而且自锐性好，但其对磨粒的把持力不如金属结合剂强，较大的脆性也限制了其应用范围，因此，如何提高结合剂的强度是个需要研究的课题。

加入添加剂的目的之一是要改善陶瓷结合剂在一定温度范围内粘度的变化速率，以保证在磨具烧制过程中的定型能力，避免由于粘度变化过快而导致的软化变形。

另外，还要研制一种新型金属陶瓷复合结合剂，使其既具有陶瓷的高自锐性又兼有金属的高韧性，以便达到高硬度、高精度、高速度的磨削要求。

复合结合剂的熔点关系到磨具的烧成制度及磨削质量，C B N磨具的烧制温度要求在1000℃以下且高于结合剂的熔点，因此，熔点在850℃以下最佳。

结合剂的流动度也是一个重要指标，要求结合剂从熔点到流动温度有一个过程，在这段时间内粘度降低不能过快，以避免因结合剂粘度降低过快导致磨具变形。

磨具烧成温度下结合剂具有适当的流动度会提高磨具的强度，延长磨具的使用寿命。

1实验1．1低温陶瓷结合剂的熔制基础结合剂的原料均为化学试剂，其化学成分如表1所示。

表1基础结合剂的化学成分T a b．1C he m i c al com posi t i on of basi c bi nde r化学组成S氇A1203H3803M gO N a2C03L i O H C&F2质量，m／g1444582．5678332质量分数，w／％36．911．521．11．5420．08．450．51将基础结合剂的各种原料混合均匀，置于1200℃高温炉中熔融，保温3h；快速倒入冷水中冷却；收稿日期：2008—02．02。

作者简介：关岩(1971一)，女，辽宁大连人，讲师。

第3-4期关岩，等：各种添加剂对低温陶瓷结合剂性能的影响然后，在N D2—4L球磨机上加水湿磨3—4h，在11012温度下干燥24h；用陶瓷研钵磨细成0．064r nm 粉末状，备用。

1．2性能检测试样的制备将不同添加剂按加入量的多少与基础结合剂混匀后，分别进行熔点、流动度、抗冲击强度的测定。

测定熔点的试样成型为直径3r nr n长3m m圆柱，测定流动度的试样成型为直径20m m长20m m圆柱，测定抗冲击强度成型为直径10㈣长100m m圆柱。

2实验结果与讨论2．1不同添加剂对结合剂熔点的影响加入a—A1203粉后，结合剂的相关性能有所改善，主要原因是a一～：03粉与阿瓷结合剂反应形成的反应层起着加强网络的作用，使得陶瓷磨具在气孑L率较高的情况下具有较高机械强度，为陶瓷磨具的性能改进提供了空间【4J。

a一～：03既可以是网络形成体，也可以不参与网络构成，要视网络调整体的量而定。

针对这种硼一铝反常性，采用了5组实验对比。

高温显微镜下观察的半球点温度即为熔融温度，熔化至原高度的1／6时为流动温度，结果如图1所示。

从温度变化来看，a．A120，加入对熔点没有太大的改变，在B20。

存oU≈趟赠质暴分数，w／％在的情况下，情况更为复杂，出现硼铝反常现象。

从图图1。

A l i Ch对结合剂熔点及流动温度的影响1中可以看出，加入4％A1203时，流动点温度较高；加Fi g．1E f f ect of。

A1：03m e l t i ng poi nt。

nd 入8％A1203时其流动点温度较低，流动性较好。

f l ow i ng t e m per at ur e of bi nde r 将其它添加剂分别按0％，4％，6％，8％韵量加入到结合剂中，测定结果见图2。

ou 、～赵赠lⅡi 蛰770760750740730720710046加入量，a／％p、～蜊廷需篙图2不同添加剂对结合剂熔点和流动温度的影响Fi g．2E f f e ct of di f f er ent addi t i ves m e l t i ng po i nt a nd f l ow i ng t e m per at ur e of bi nde r从图2可以看出，加入C r203后，结合剂的熔点和流动温度变化幅度很小，即使加入C r，O，的量很大结合剂的熔点提高幅度也不大。

C uO的加入使结合剂熔点有所提高，加入6％时，熔点提高幅度较大而对应的流动温度反而降低，说明6％C uO使结合剂粘度变化剧烈，所以建议加入量不宜超过6％。

加入C u后出现剧烈的鼓泡现象b o，可能是由于在氧化气氛下，C u与02反应生成C uO，C uO与～，Q之问的反应形成C uO·A1203引起了较大的体积变化而导致，故不宜使用。

zn的熔点约为420℃，是一种低熔点物质，但氧化后形成ZnO，而ZnO的熔点1975℃，也会提高结合剂的熔点。

随着zn加入量的增多，熔点温度有回落的趋势，只在6％的加入量时熔点最高，流动点温度最低，同C u一样使结合剂在较短温度范围内粘度急剧变化，易导致磨具成型控制较困难。

S n的熔点为231．89℃，Sn 的加入对结合·248·辽宁科技大学学报第31卷剂的熔点几乎没有什么影响，但少量的Sn却可以大大提高流动温度，即随着Sn的加入使结合剂的粘度有增大的趋势，如果流动度满足对磨粒的包裹，这种变化反而会使包裹的更紧密，从而结合的更好。

2．2不同添加剂对结合剂粘度变化率的影响将结合剂的熔点和流动温度绘制成温差图，如图3所示。

从熔点与流动温度的差值的大小可以考察结合剂粘度的变化。

温差越大，粘度变化的速率越慢，在满足流动度的情况下，结合剂对磨粒的包裹时间充分，磨具相应的性能越好。

由图3可以看出，～，O，的加入逐渐减小了温差，即随着～，q的加入，结合剂从熔化到流动时的变化变快，在4％加人量时其粘度变化的温度范围最宽。

C r2q的影响较小。

C uO随着加入量的增加则使粘度变化温度范围缩短，因此，结合剂中不宜加入C uO。

Zn的加人使结合剂粘度变化过快而导致磨具不宜成型。

加入s n可以大大图3添加剂与结合剂熔点和流动温度温差的关系增大结合剂的熔点与流动温度之间的温差，使结合剂ng·37ne吐?n d a ddi nve5an7．?。

：ting阿m在较宽的时间范围内渗入，可以较好的对磨粒进行包an¨1。

Ⅵnng‘锄per a皿eo汕1nde。

裹。

从而提高磨具的质量。

2．3不同添加剂对结合剂流动度的影响(1)a一～203流动度是，将直径20r nnl长20m m的圆柱体试样加热至850℃，保温0．5h，测得的流动范围的平均直径与原直径的比值。

流动度的好坏关系到在850℃下结合剂对磨粒的包裹程度，数据表明，结合剂流动度在180％一220％时，对磨粒的包裹程度最佳。

d—A120，本身的熔点很高，但当配合料中存在大量碳酸钠时，可以在250℃时发生反应，并且反应速度在250—600℃逐渐增加。

实验结果见图4a。

由图4a可以看出，当a—A12q加入6％时，流动度最大，加入量继续增大时，流动度开始减小。

原因是a一～：03加入量在一定范围内与玻璃熔体成分形成低熔‘点物质，降低其熔体粘度，增大流动度。

另外，Q一～：03过量后，剩余的a—A l：03存在于熔体中相当于加入第二相，增加熔体的粘度，使流动度下降。

摹、《划蠢爆琴j鼍剑罨遥a．a—A I：O，b．各种添加剂图4a一～：03和各种添加剂对结合剂流动度的影晌Fi g．4E f f ect of廿～203a nd di f f er ent addi t i ves o n c em e nt f l uidi t y of bi nde r(2)其它添加剂其它添加剂对结合剂流动度的影响见图4b。

从图4b可以看出，加入各种添加剂后流动度都呈增大的趋势。

在加入6％C r z03时，流动度达到217．25％，对磨粒包裹程度最佳。

C u 在高温下氧化成C uO，C uO又能够与烈：03反应㈤，生成低熔点固熔体，最终提高结合剂的流动度，当流动度达到240％左右反而不利于结合剂对磨粒的有效包裹，也不利于磨具强度的保持，所以C u 加入量第3—4期关岩，等：各种添加剂对低温陶瓷结合剂性能的影响．249·要低于4％。

Z n的加入会使流动度过大，不易使用。

加入4％Sn后，结合剂流动达到218．61％，达到最佳包裹程度，故Sn在所选范围之中。

3结论(1)A1：03加入4％时熔点温度最高，随着量的增多，结合剂熔点开始降低。

加入6％A1203时，结合剂流动度值达到210．204％，效果最好。

(2)C r z03加入4％一8％都能小幅度提高结合剂熔点，加入6％时，结合剂的流动度最佳值为217．25％。

(3)C u的加入，对结合剂熔点没有影响，能降低高温下结合剂的粘度，会使结合剂在高温下产生气泡，对结合剂的流动度提高作用过大，建议加入量小于4％。

(4)Zn的加入能提高结合剂熔点，随着加入量的增加大幅度提高结合剂的高温流动性，能使结合剂在很短的时间内由固态变为液态。

但流动度过大使包裹粒度降低，磨具成型不易控制。

(5)S n的加入，对结合剂熔点没有影响，但在4％一8％时不仅可以满足结合剂对流动度的要求，而且在此范围内结合剂粘度变化平稳，使结合剂对磨粒有充分的包裹时间，并由于具有一定的粘度使包裹粒度加大，从而加强了结合剂的结合能力，是较为合适的添加剂。

参考文献：[1]李志宏．陶瓷磨具制造[M]．北京：中国标准出版社，2000：305．[2]西北轻工业学院．玻璃X-艺学I N]．北京：中国轻工业出版社，1983：17．[3]陈敢新，吕智，章兼植，等．CBN砂轮陶瓷结合剂的研究进展[J]．金刚石与磨料磨具工程，2003，(5)：136，137．[4]刘芳，范文捷，王根雨．*～203粉在陶瓷磨具结合剂中的微观作用[J]．金刚石与磨料磨具工程，2003，(8)：53—55．[5]张习敏，王明智，王艳辉．不同造孔剂对陶瓷结合剂性能的影响[J]．金刚石与磨料磨具工程，2002，131(5)：19～22．[6]侯永改，王改民，刘方晓．添加剂对低温陶瓷结合剂性能影响[J]．陶瓷研究，2002，17(3)：1—4．I m pact of di f f e r ent addi t i ves on l ow t em perat ure cer am i c bi nderG【【4卜f l么咒，X U X i ao-w ei，L J l么一pi ng(1．Scho ol of M at e r i al Sci ence andE ngi neer i ng，U ni v er s i t y of S c i ence andT e chnol ogyL i a oni ng，A ns ha n114051，C hi na；2．A n shan Techni ci an A c adem y，A nshan114001，C hi na；3．Scho ol。