纳米陶瓷结合剂的特点和应用_王艳辉
CBN磨具陶瓷结合剂
目录 摘要〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 1 1．前言〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 1 2.CBN磨具陶瓷结合剂性能〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 2 2.1耐火度〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃2 2.2本征强度〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃2 2.3热膨胀系数〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃3 2.4润湿性〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃4 3. 目前的制约因素〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 5 4．CBN砂轮结合剂的分类〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 5 4.1树脂结合剂CBN砂轮〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃6 4.2金属结合剂CBN砂轮〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃6 4.3陶瓷结合剂砂轮〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃7 5、CBN磨具陶瓷结合剂在超硬工具上的应用〃〃〃〃〃〃〃8 6、CBN陶瓷结合剂对高速砂轮强度的影响〃〃〃〃〃〃〃〃9 7、金属Ａｌ粉对ＣＢＮ磨具陶瓷结合剂性能的影响〃〃〃〃9 7．1、不同烧成温度下Ａｌ粉对磨具强度的影响〃〃〃〃〃〃9 8、应用推广的前景〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃10 9.结束语〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃11 10.参考文献:〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃12
CBN磨具陶瓷结合剂 摘要本文简单概述了CBN的结构与性能特点，对近年来有关CBN砂轮陶瓷结合剂的研究进展作了较详细的综述，指出了低熔点、高强度陶瓷结合剂是CBN砂轮陶瓷结合剂的发展趋势，阐述了CBN砂轮陶瓷结合剂实质上就是碱硼硅玻璃结合剂，其中硼酸盐系结合剂因具有低熔点、高强度的特性，使之成为了研究的重点。还介绍了玻璃的特性，和陶瓷结合剂的简介以及玻璃结合剂的特点及加工工艺。 关键词立方氮化硼（CBN）;陶瓷结合剂;纳米氧化物; 1．前言 随着我国政治稳定，经济建设快速发展，作为世界制造业中心的地位日益凸现。如何逐步缩小与世界工业发达国家的差距，使经济增长由资源消耗型加速转变为高效节能型上来，走一条具有中国特色的，可持续发展的道路。就磨削领域来说，陶瓷结合剂CBN磨具所具有的高质量、高精度、高效率、低消耗、低成本、低污染、自动化程度高等优异性能，是其他磨削工具无法比拟的。保护环境是我们的基本国策，陶瓷结合剂CBN磨具，从它的原材料生产过程，磨具的制造过程，磨具的使用过程，对资源和能源的消耗都是极低的，属于节能型的高科技产品，非常适合我国现阶段及长远发展。在工业发达国家，陶瓷结合剂磨具的应用发展非常迅速，每年都以40％以上的速度增长。但是据不完全统计，我国的增长速度仅为20％左右，因此，我国的陶瓷CBN磨具拥有广阔的发展空间。
低熔高强陶瓷结合剂的研究
2005年第2期 超 硬 材 料 工 程第17卷2005年4月SU PERHA RD M A T ER I AL EN G I N EER I N G总第60期 低熔高强陶瓷结合剂的研究① 郭志敏1,张向红1,2,臧建英2,王艳辉2 (1.河北建材职业技术学院,河北秦皇岛066004;2.燕山大学,河北秦皇岛066004) 摘 要:为实现陶瓷结合剂超硬磨具的低温烧结,减少或避免高温或由高温引起的对磨粒的伤害,本试验 以黏土、硼玻璃和铅玻璃为主要原料,研制一种低熔点高强度结合剂。通过一系列试验,测定了结合剂的耐 火度,研究了结合剂在高温下的相态,分析了结合剂在高温时与超硬磨粒的浸润性,并测试了结合剂的抗 折强度。试验表明,该结合剂耐火度低、强度高,与超硬磨粒具有良好的浸润性,在高温下呈玻璃态,是一种 低熔点高强度陶瓷结合剂。 关键词:超硬磨具;陶瓷结合剂;低温烧结试验;低熔高强;玻璃态; 中图分类号:TQ164 文献标识码:A 文章编号:1673-1433(2005)02-0007-07 STUDY ON LOW M EL T ING PO INT AND H IGH STRENGTH V ITR IF IED B OND GU O Zh i2m in1,ZHAN G X iang2hong1,2,Z AN G J ian2ying2,W AN G Yan2hu i2 (1.H ebei B u ild ing M a teria ls Institu te of V oca tion and T echnology,Q inhuang d ao H ebei,066004; 2.Y anshan U n iversity,Q inhuang d ao,H ebei,066004) Abstract:L ow m elting po in t and h igh strength vitrified bond is p rep ared to realize sin tering of vitrified bond sup erhard grinding too ls at low er tem p eratu re.R aw m aterials w ere m ain ly clay,bo ric glass and lead glass.T he refracto ry tem p eratu re,the p hase at h igh tem p eratu re,the bending strength of the bond and soakage betw een the bond and sup erhard grain s w ere tested.T he resu lts ju st show that the bond ex ist as glassy p hase and is a low m elting po in t and h igh strength vitrified bond. Keywords:vitrified bond;low m elting po in t and h igh strength;sin tering test at low er tem p eratu re;glassy p hase;sup erhard grinding too ls 0 前言 一般情况下,陶瓷结合剂含有起助熔作用的碱金属氧化物,而且由于其耐火度很高,其烧成温度通常高达1200℃以上,如此高的烧成温度,无论是对金刚石还是对cBN颗粒都有很大的伤害,进而影响超硬磨具的工作效率和使用寿命。为减少或避免温度对超硬磨粒的不利影响,实现磨具的低温烧成,有必要研究配制一种低熔点陶瓷结合剂。 对超硬磨具来说,其加工效率和使用寿命在很大程度上取决于结合剂的性质以及超硬磨粒与结合剂的结合强度,这就要求:(1)结合剂的膨胀系数应尽量与超硬磨料的膨胀系数相等或相近;(2)结合剂与磨粒之间有较强的浸润性和结合力;(3)超硬磨料的超硬性也要求结合剂具有较高的强度。 因此,研制一种低熔点高强度陶瓷结合剂是提高陶瓷结合剂超硬磨具质量的一个关键因素。 1 试验过程 本试验以黏土、硼玻璃、铅玻璃为主要原料,根据配 ①收稿日期:2004-10-20 作者简介:郭志敏(1965- ),女,河北工业大学硕士研究生,主要从事超硬材料和高温材料的研究。 通信作者:王艳辉,项目负责人。
纳米材料的特性及相关应用
纳米材料的研究属于一种微观上的研究，纳米是一个十分小的尺度，而一些物质在纳米级别这个尺度，往往会表现出不同的特性。纳米技术就是对此类特性进行研究、控制。那么，关于纳米材料的特性及相关应用有哪些呢？下面就来为大家例举介绍一下。 一、纳米材料的特性 当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以获得带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术获得了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体
积，使其更轻盈。如现在小型化了的计算机。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。 二、纳米材料的相关应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料 传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使
陶瓷涂料综述
国内陶瓷涂料研究进展综述 摘要： 随着涂料工业的发展，一些有机涂料已经不能满足人们的绿色环保、多功能化和优良性能的理念，而陶瓷涂料的发展开启了向高新涂料领域的进展和研究，进一步满足了人们对于提升涂料性能的愿景。本文主要基于目前现有的国内多种有关陶瓷涂料的研究成果，简明地阐述了各种陶瓷涂料的优良性能，以及其最新的研究发展，同时对这些陶瓷涂料的制备方法和机理进行了归纳，总结，并且进一步提出了一些有关陶瓷涂料的设想和改进。 关键词： 耐高温；陶瓷；瓷膜；涂料；涂膜；环保； 0前言： 陶瓷涂料属于功能涂料领域[1]，是一种新型的水性无机涂料。它是以纳米无机化合物为主要成分，并且以水为分散质，涂装后通常经过低温加热方式固化，形成性能和陶瓷相似的涂膜。其原料蕴藏丰富，便于开采且价格低廉，进而使其成本也相对传统涂料较低。其中一些采用了硅烷偶联剂，氢氧化铝胶体制备的陶瓷涂料，具有耐高温、高硬度、不燃无烟、超耐候、环保无毒、色彩丰富、涂装简便等诸多优势。经过各种新型的改良和增进后，其各种优越的性能和廉价的成本也讲逐渐取代传统涂料。 而传统的有机涂料等，对环境的影响颇为巨大，不仅成品经常排放温室气体导致气候变暖，而且还释放有毒物质于空气中，导致人或动植物的疾病和死亡，其在生产的过程之中也耗能大，不满足我国低碳的理念，并产生各种工业污水或有毒气体。 本文试图对各种陶瓷涂料相关的文献资料进行归纳，分类并总结，从各种试剂的配比及制备方案中分析出陶瓷涂料的一些发展和改进，并进行一些相关的理论设想。 1陶瓷涂料概述 1.1成膜机理 一般由多种纳米级氧化物，通过改进的溶胶-凝胶[2]等反应，并且在低温下，以水为分散介质，水解固化行成类似陶瓷和玻璃的漆膜。 1.2原料来源 陶瓷涂料的原材料来自于极普通的、储量极为丰富的天然矿石和金属氧化物（如：石灰石、粘石英砂），而且生产工艺也不复杂，能耗相对较低。因而原材料资源十分丰富，这与完全依赖石油化学工业、并以石油为主要原料的有机涂料相比较，不仅具有很大的资源优势，而且更加符合低碳要求。 1.3应用领域
低温烧成陶瓷结合剂磨具
低温烧成陶瓷结合剂磨具 河南工业大学材料科学与工程学院 侯永改 陶瓷结合剂磨具具有强度较高，耐热性能好，切削锋利，磨削效率高，磨削过程中不易发热和堵塞，热膨胀量小，易控制加工精度，且容易修整等特点。 陶瓷结合剂磨具一般用于粗磨、半精磨、精磨及某些产品的抛光，接触面积较大的成型磨削，超硬磨料烧结体的磨削等。陶瓷结合剂磨具广泛应用于机械制造行业，许多重要的机器零件都要进行磨加工。如喷汽发动机，水压汽轮机，一般用螺旋浆，轴承部件等。在这些零件的加工中陶瓷结合剂磨具都发挥了很好的作用。 陶瓷磨具产量比较大，从过去到现在，陶瓷磨具在磨具总的构成中一直占主要地位，尽管随着结合剂材料种类的不断发展和磨具种类的扩大，陶瓷磨具产量在磨具总产量中呈下降趋势，但仍占有较大比例。因此，有必要对陶瓷结合剂磨具进行进一步的研究，比如降低烧成温度以节约能源，改善磨具的结构与性能等。 一．低温烧成陶瓷结合剂磨具的优势 1．低温烧成含义 就这个问题我从多方面进行了查找,没有一个确定的答案,下面有几个方面的例子: 通过配方调整使工业硬瓷的烧成温度从1400℃降低到1300℃是低温烧成；日用有骨质瓷外观的陶瓷的烧成温度从约1200℃降低到1050～1080℃是低温烧成；工艺陶瓷烧成温度已经达到850～900℃的低温；低温烧成、低膨胀性陶瓷釉料可在700～1000℃的低温范围烧成，并具有低的膨胀系数（热膨胀系数α≤6.0×10－6／℃）。 所以一般说来，凡烧成温度有较大幅度降低（60~100℃）且产品性能与通常烧成产品性能相近的烧成方法可称为低温烧成。 对我们陶瓷磨具来说烧成温度从约1250℃降低到1150℃、1050℃也是低温烧成，但人们习惯上把烧成温度在1000℃以上称为高温烧成，在1000℃以下称
纳米陶瓷涂层的典型应用领域
纳米陶瓷涂层的一些典型应用领域: 飞机发动机、燃气轮机零部件： 热障涂层（TBC）被广泛地应用在飞机发动机、涡轮机和汽轮机叶片上，保护高温合金基体免受高温氧化、腐蚀，起到隔热、提高发动机进口温度和发动机推重比作用的一种陶瓷涂层材料。8YSZ材料被用做热障涂层材料在军用发动机已应用几十年了，它的缺点是不能突破1200o C的使用温度，但现在军用发动机的使用温度已经超过1200o C，因此急需材料方面的突破。另外，地面燃气轮机的热障涂层材料基本受制于国外，也亟待国产化。国内外研究指出含锆酸盐的双陶瓷热障涂层被认为是未来发展长期使用温度高于1200o C的最有前景的涂层结构之一。用纳米结构锆酸盐粉体喂料制备的纳米结构双陶瓷型n-LZ/8YSZ热障涂层的隔热效果明显好于其它现有涂层，与相同厚度的传统微米结构单陶瓷型8YSZ 热障涂层相比，隔热效果提高了70%。而且，纳米结构的双陶瓷型涂层具有比其它两种涂层层更好的热震性能。 军舰船舶零部件： 纳米结构的热喷涂陶瓷涂层早已广泛应用于美国海军装备(包括军舰、潜艇、扫雷艇和航空母舰)上的数百种零部件。纳米结构陶瓷涂层的强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、热震抗力等均比目前国内外商用陶瓷涂层材料中质量好、销量大的美科130涂层的性能显著提高。有着高出1倍的韧性，高出4-8倍的耐磨性，高出1-2倍的结合强度和抗热震性能和高出约10倍的疲劳性能。表1给出了纳米结构的热喷涂陶瓷涂层在美国海军舰船上的一些典型应用。 表1 一些美国海军舰船上应用的热喷涂纳米Al2O3/TiO2陶瓷涂层 零部件船上系统基体材料使用环境 水泵轴储水槽NiCu合金盐水 阀杆主柱塞阀不锈钢蒸汽 轴主加速器碳钢盐水 涡轮转子辅助蒸汽碳钢油 端轴主推进发动机青铜盐水 阀杆主馈泵控制不锈钢蒸汽 膨胀接头弹射蒸汽装置CuNi合金蒸汽 支杆潜艇舱门不锈钢盐水 流量泵燃料油碳钢燃料油 柴油机、工程机械零部件: 高性能纳米结构陶瓷涂层可以大幅度提高材料或零部件的硬度、韧性、耐磨性、抗腐蚀性和耐高温性能，因此可广泛应用于柴油发动机、工程机械等领域。如缸体、泵轴、机轴、曲轴、凸轮轴、轴瓦、连杆瓦、柱塞、阀杆、阀座、液压支杆、缸盖、活塞销、活塞和活塞环等零部件。如：纳米陶瓷涂层来大幅度提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性；纳米陶瓷涂层用于活塞无疑会是最具有高性价比的工艺技术；纳米陶瓷涂层将给与主轴瓦及连杆瓦以更高的强度、硬度和韧性，显著提高其耐磨性能，极大地减小曲轴的磨损、有效地防止烧瓦、抱瓦及烧
树脂结合剂金刚石工具性能的研究
树脂结合剂金刚石工具性能的研究 树脂结合剂金刚石磨具是金刚石磨具中使用量最大的一类。和金属结合剂金刚石磨具和陶瓷结合剂金刚石磨具相比,树脂结合剂金刚石磨具有磨具硬化温度低,只需200℃左右,远远低于金属结合剂和陶瓷结合剂金刚石磨具的热压成型 温度;生产周期短,生产设备简单,生产能耗少,规模生产可降低成本;形成自锐性,提高磨具锋利性;被加工工件的表面光洁度高,适用于镜面磨削;其缺点是寿命短,耐热性差,易老化。 其中最根本原因是:树脂结合剂胎体对金刚石的把持力小。为了提升树脂结合剂磨具的寿命,通常采用两种方法进行改进。 一种方法是尝试新型树脂或者对现有树脂进行改性,提高树脂的耐热性;另一种方法是对金刚石进行镀覆,提高树脂对金刚石的把持力。镀覆金刚石在金属结合剂和陶瓷结合剂的磨具中应用的相应研究较多,但镀覆金刚石在树脂结合剂中的研究却鲜有报道。 本文通过采用对无镀层金刚石、镀覆刚玉金刚石和金属镀层金刚石制备的金刚石树脂结合剂磨具性能进行对比分析,研究镀覆种类对两种树脂结合剂磨具的锋利性、耐用性、力学性能以及对树脂结合剂的结构和致密度的影响,获得如下结论:(1)采用聚酰亚胺树脂(PI)作为结合剂,在金刚石、聚酰亚胺(PI)、氧化铬等组分确定的前提下,实验填料的最佳配比为碳化硅微粉30(vol)%,合金粉 4(vol)%,冰晶石4(vol)%,此时,树脂金刚石磨具磨削比最大,达到2.286,具备良好的磨削性能,使用性价比较高。(2)按照最佳填料配方,采用无镀层金刚石、镀覆金属(钛、铜、镍)镀层金刚石和镀覆刚玉镀层金刚石压制两组平行实验试样进行性能对比分析。
结果表明:在其他组分含量保持不变的前提下,对金刚石进行表面镀覆处理可以明显提高磨具的磨削比,提高磨具的磨削效率,并且可以提高试样的抗弯强度、硬度等力学性能。三种金属镀层(钛、铜、镍)中,钛镀层的镀覆效果最好,对树脂磨具的磨削性能和力学性能提升明显,无机物刚玉镀层镀覆效果优于金属镀层。 (3)使用无镀层金刚石的配方试样,聚酰亚胺(PI)树脂结合剂金刚石磨具拥有更好的耐磨性和锋利性;使用含镀层的金刚石配方试样,情况相反。在无水冷磨削条件下,酚醛树脂(PF)树脂结合剂使用镀覆镀层的金刚石对树脂磨具的磨削性能提升幅度更大。 (4)对金刚石进行表面镀覆可以影响到热压后酚醛树脂(PF)结合剂的结构和致密度,并且表面更粗糙的刚玉镀层影响更大。靠近金刚石的酚醛树脂(PF)更为致密,对金刚石形成保护性包裹,远离金刚石的酚醛树脂(PF)更为稀疏。
CBN超硬材料磨用低温陶瓷结合剂的设计实验
CBN 超硬材料磨用低温陶瓷结合剂的设计实验 本实验中要求设计一种适用于超硬磨料的陶瓷结合剂，要求其抗折强度大于60MPa ，膨胀系数小于7×10-6/℃,烧结温度不高于950℃。通过配方设计、高温熔制、制样、烧结温度范围测试直至烧结后测试样品的热膨胀系数、抗折强度测试等等。了解设计一种新的超硬磨料陶瓷结合剂需要考虑的多方面的影响因素，从而提高分析问题、解决问题的能力。 实验目的：设计一种低温高强度的CBN 砂轮陶瓷结合剂。 实验流程如下：玻璃组成的设计与配合料的制备→玻璃料的熔制→试样的制备→压制成型→烧结温度范围的测定→烧结→试样相关性能测试（热膨胀系数、抗折强度） 一、玻璃组成的设计与配合料的制备 配料是根据设计的玻璃成分和选择的原料的化学组成来计算的。为得到指定性能的玻璃，玻璃的熔制需要反复实验多次，并多次修改玻璃成分，以达到合乎要求的玻璃性能。因此要根据实验结果反复改变配方，及时调整原来组成及其质量配比。 设计配方时，应注意原料中所含水分的变动，要确切地掌握原料的化学成分，然后按所要求的玻璃成分，并根据各种原料的化学成分计算配方。同时根据试验中相关性能测试所用试样的质量及实验过程中的损耗量，确定原料的总用量。 根据现有实验条件，运用相关专业知识，查阅大量相关文献，并理论计算相关性能的契合度，设计配方如下： 确定玻璃的类型为硼酸盐玻璃体系。 （A ）相关计算 1、 膨胀系数（干福熹法计算）《玻璃工艺学》 计算得Ψ= -0.72595 <4，又SiO 2含量为 48.21%，则α（B2O3）=12.4*(4-Ψ)= 8.0172*10-7 α（SiO2）=35+0.5*(67-a)=44.44*10-7 整体膨胀系数计算公式为 2、 熔制温度《无机材料专业实验指导书》 τ=( SiO2+ A1203)/（Na20+ K20+0.5 B203）=4.00827 表1 不同τ对应的熔制温度 查表知熔制温度约为1320C 3、 抗折强度 抗折强度指模局在受到弯曲应力作用时不发生破裂的极限能力。大约相当于抗拉强度的3-3.5倍。 玻璃的化学组成对其强度的贡献符合加法法则。 抗拉强度为71.2835MPa ，则抗张强度213.8505-249.4923 MPa 4、 耐火度 SiO2 A1203 B203 K20 Na20 Li20 CaO MgO 整体 摩尔质量 60.1 102 69.6 94.2 62 29.8 56.1 40.3 质量百分数% 48.21 19.63 13.75 2.45 7.6 2.23 3.56 2.57 100 摩尔组分 80.21631 19.2451 19.75575 2.600849 12.25806 7.483221 6.345811 6.377171 154.2823 摩尔百分数% 51.99321 12.47395 12.80494 1.685773 7.945219 4.850344 4.113118 4.133444 100 膨胀系数（10^-6） 4.444 -4 0.860172 51 40 26 13 6 6.961826 组分膨胀系数（10^-8) 214.2452 -78.52 11.82737 124.95 304 57.98 46.28 15.42 696.1826 温度系数 1 1. 2 1.25 1 1 1 0.5 0.6 0.456895 抗拉强度系（Mpa ） 0.9 0.5 0.65 0.1 0.2 2 0.1 71.2835
纳米陶瓷及其主要性能简析
纳米陶瓷 及其主要性能简析 [摘要] 纳米陶瓷的超细晶粒、高浓度晶界以及晶界原子邻近状况决定了它们具有明显区别于普通陶瓷的特异性能。本文对纳米陶瓷的这些主要的特异性能进行了阐述。 [关键词] 纳米陶瓷、显微结构、晶界、扩散、烧结、强度、韧性、超塑性 [引言] 陶瓷材料作为材料的三大支柱之一 ,在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是 ,由于传统陶瓷材料质地较脆 ,韧性、强度较差 ,因而使其应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广泛应用 ,纳米陶瓷随之产生 ,希望以此来克服陶瓷材料的脆性 ,使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。英国著名材料专家 Cahn 在《自然》杂志上撰文说：纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。 一、纳米陶瓷及其结构简介 所谓纳米陶瓷是指在陶瓷材料的显微结构中，晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都是纳米水平的一类陶瓷。 我们知道陶瓷的烧结中粉料的粒度是重要的影响因素。粒度越小，粉粒的表面积越大，表面能越大，烧结的推动力越大；同时晶界所占体积越大，扩散越容易，因而烧结速度越快。当陶瓷中晶粒尺寸减小一个数量级，晶粒的表面积及晶界的体积亦以相应的倍数增加。如晶粒尺寸为nm 6~3，晶界的厚度为nm 2~1时，晶界的体积约占整个体积的%50。由于晶粒细化引起表面能的急剧增加。 纳米陶瓷由纳米量级的粉料烧结而成，是晶粒尺寸在nm 100~1之间的多晶陶瓷。所以结构中包含纳米量级的晶粒、晶界和缺陷。由于晶粒细化，晶界数量大幅度增加。当晶粒尺寸在nm 25以下，若晶界厚度为nm 1，则晶界处原子百分数达%50~%15，单位体积晶界的面积达32/600cm m ，晶界浓度达3 19/10cm 。 纳米陶瓷这样的特殊结构，使得其具有特殊的性能。 二、纳米陶瓷的主要性能及其简析 纳米陶瓷中纳米量级的晶粒、晶界和缺陷决定了它们具有区别于普通陶瓷的特殊性能，是纳米陶瓷性能优于普通陶瓷的根本原因所在。 1、 较低的烧结温度和较快的致密化速度
10第七章 陶瓷精加工
第七章陶瓷精加工 内容提要: 1、先进陶瓷精加工机理； 2、各种陶瓷精加工方法，如磨削加工、切割和打孔，以及精加工设备; 重点掌握陶瓷制品的磨削加工工艺及设备，了解切割、打孔工艺及其设备和激光与镭射加工、线切割加工等当今先进加工技术。 主要外语词汇： hone 珩磨，珩磨机； lap 研磨 microfinishing 精密磨削 abrasive 研磨料 polish 抛光 grinding 磨削，研磨 第一节 陶瓷精加工机理 加工的定义：将一定的能量供给具有某些性能的材料，使形状、尺寸、表面光洁度、物性等达到一定要求的过程。 1.1 陶瓷材料的结构性能特点 陶瓷材料属于多相多晶体，由离子键或混合键（离子-共价键）结合而成，质地硬而脆，属于硬脆材料，难于机械加工和保持加工精度。 1.2 陶瓷材料的加工机理 陶瓷作为硬脆材料，其精加工是以加工点部位的材料微观变形或去除作用的积累方式进行的。 图5.1为加工量造成变形断裂的原因示意图。 从图中可以看出，当一次加工量达到10um时，陶瓷材料出现裂纹，这种裂纹现象被称之为“脆性断裂”。
第二节陶瓷精加工方法种类 陶瓷的精加工方法，依制品性能要求的不同、工艺不同有很多的方法。 一般还是以机械加工为主。 1、陶瓷的精加工依加工能量方式的不同，可归纳如下： 2、陶瓷的冷加工还可分为： 一般加工（丝级精度）；精密加工（微米级加工）；超精密加工（亚微米级至纳米级精度）。 超精密加工，因加工量极小，被加工陶瓷表面的晶体结构仍具有完整性。 陶瓷的机械加工主要是研磨和抛光，个别陶瓷（如六方氮化硼陶瓷）在一般精度和精密加工范围内，也可以用类似于金属加工的车、铣、刨加工等。 3、超精密精加工工艺示意图
CBN研磨盘用陶瓷结合剂的研究
2009年2月 第1期 总第169期 金刚石与磨料磨具工程 D iamond&Abrasives Engineering Feb.2009 No.1 Serial.169 文章编号:1006-852X(2009)01-0075-04 C BN研磨盘用陶瓷结合剂的研究3 侯永改1 彭 进1 乔桂英2 丁春生3 邹文俊1 廖 波2 (1.河南工业大学材料科学与工程学院,河南郑州450007) (2.燕山大学材料科学与工程学院,河北秦皇岛066004) (3.郑州磨料磨具磨削研究所,郑州450013) 摘 要 本文对三种低温陶瓷结合剂的性能进行综合研究,结果发现:耐火度为775℃,流动性为110%～130%,线膨胀系数为5.79×10-6℃-1的低温陶瓷结合剂V2的综合性能优异。通过差热分析发现,在测定温度范围内结合剂V2没有明显的晶相产生。用结合剂V2制备的陶瓷结合剂CBN磨具试样在800℃烧成后,磨具试样的抗弯强度达到最佳值67.5MPa。制备的磨盘在磨削时锋利性好,磨削中间修整次数少,磨盘的耐用度高。运用扫描电子显微镜(SE M)对磨削后CBN磨片的磨削面形貌进行观察,表明结合剂对磨粒黏结牢固,断面组织均匀。 关键词 CBN研磨盘;陶瓷结合剂;强度 中图分类号 TG74 文献标识码 A Study on v itr i f i ed bond for CBN face gr i n d i n g wheel Hou Y ongga i1 Peng J i ng1 Q i ao Gui yi ng2 D i ng Chunsheng3 Zou W enj un1 L i ao Bo1 (1.College of M a teria ls S cience and Eng ineering,Henan U n iversity of Technology, Zhengzhou450007,Ch ina) (2.College of M a teria ls S cience and Eng ineering,Yanshan U n iversity, Q inhuangdao066004,Ch ina) (3.Zhengzhou R esea rch Institu te for A brasives and Grind ing,Zhengzhou450013,Ch ina) Abstract Pr operties of three different kinds of l ow2te mperature vitrified bonds were studied.It was found that vitrified bond V2,of which refract ory was775℃,fluidity was110%～130%,ther mal expansi on was 5.79×10-6℃-1,had good colligati on p r operties.TG and TG A analysis results showed that no crystals were observed in bond in the testing te mperature.The flexural strength of CBN t ools made with vitrified bond V2 were67.5MPa when sintered under te mperature800℃.V itrified bond CBN t ools were tested and showed good shar pness,l ong life and no need of dressing during the machining.The gr ound surface of vitrified bond CBN t ool was investigated by means of scanning electr on m icr oscope(SE M),and it was f ound that CBN grits were bonded fir m ly by vitrified bond and with unif or m m icr ostructure. Keywords CBN face grinding wheel;vitrified bond;strength 3河南省重点科技攻关项目072102230005
低温烧成陶瓷结合剂磨具的优点
低温烧成陶瓷结合剂磨具的优点 导读：陶瓷结合剂磨具具有强度较高，耐热性能好，切削锋利，磨削效率高，磨削过程中不易发热和堵塞，热膨胀量小，易控制加工精度，且容易修整等特点…… 陶瓷结合剂磨具具有强度较高，耐热性能好，切削锋利，磨削效率高，磨削过程中不易发热和堵塞，热膨胀量小，易控制加工精度，且容易修整等特点。 陶瓷结合剂磨具一般用于粗磨、半精磨、精磨及某些产品的抛光，接触面积较大的成型磨削，超硬磨料烧结体的磨削等。陶瓷结合剂磨具广泛应用于机械制造行业，许多重要的机器零件都要进行磨加工。如喷汽发动机，水压汽轮机，一般用螺旋浆，轴承部件等。在这些零件的加工中陶瓷结合剂磨具都发挥了很好的作用。 陶瓷磨具产量比较大，从过去到现在，陶瓷磨具在磨具总的构成中一直占主要地位，尽管随着结合剂材料种类的不断发展和磨具种类的扩大，陶瓷磨具产量在磨具总产量中呈下降趋势，但仍占有较大比例。因此，有必要对陶瓷结合剂磨具进行进一步的研究，比如降低烧成温度以节约能源，改善磨具的结构与性能等。 一．低温烧成陶瓷结合剂磨具的优势 1．低温烧成含义 就这个问题我从多方面进行了查找,没有一个确定的答案,下面有几个方面的例子: 通过配方调整使工业硬瓷的烧成温度从1400℃降低到1300℃是低温烧成；日用有骨质瓷外观的陶瓷的烧成温度从约1200℃降低到1050～1080℃是低温烧成；工艺陶瓷烧成温度已经达到850～900℃的低温；低温烧成、低膨胀性陶瓷釉料可在700～1000℃的低温范围烧成，并具有低的膨胀系数（热膨胀系数α≤6.0×10－6／℃）。 所以一般说来，凡烧成温度有较大幅度降低（60~100℃）且产品性能与通常烧成产品性能相近的烧成方法可称为低温烧成。 对我们陶瓷磨具来说烧成温度从约1250℃降低到1150℃、1050℃也是低温烧成，但人们习惯上把烧成温度在1000℃以上称为高温烧成，在1000℃以下称为低温烧成。
纳米陶瓷技术
纳米陶瓷技术 摘要:纳米陶瓷粉体是介于固体与分子之间的具有纳米数量级尺寸的亚稳态中间物质。随着粉体的超细化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了块状材料所不具有的特殊的效应。纳米陶瓷的超细晶粒、高浓度晶界以及晶界原子邻近状况决定了它们具有明显区别于普通陶瓷的特异性能。本文对纳米陶瓷的这些主要的特异性能及其制备进行了阐述。 关键词：纳米陶瓷；性能；制备 陶瓷材料作为材料的三大支柱之一，在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是，由于传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，因而使其应用受到了较大的限制。所以随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。 一、纳米陶瓷 纳米陶瓷是80年代中期发展起来的先进材料。利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是指在陶瓷材料的显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平，使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响，为替代工程陶瓷的应用开拓了新领域。 二、纳米陶瓷材料的性能研究 2.1 力学性能 研究表明当陶瓷材料成为纳米材料后，材料的力学性能得到极大改善，主要表现在以下三个方面: 1)断裂强度大大提高；2)断裂韧性大大提高；3)耐高温性能大大提高。与此同时，材料的硬度、弹性模量、热膨胀系数都会发生改变。 不少纳米陶瓷材料的硬度和强度比普通陶瓷材料高出4～5倍。在陶瓷基体中引入纳米分散相并进行复合，不仅可大幅度提高其断裂强度和断裂韧性，明显改善其耐高温性能，而且也能提高材料的硬度、弹性模量和抗热震、抗高温蠕变的性能。 2.2 低温超塑性 陶瓷的超塑性是由扩散蠕变引起的晶格滑移所致，扩散蠕变率与扩散系数成正比，与晶粒尺寸的3次方成反比，普通陶瓷只有在很高的温度下才表现出明显的扩散蠕变。而纳米陶瓷的扩散系数提高了3个数量级，晶粒尺寸下降了3个数量级，因而其扩散蠕变率较高，在较低的温度下，因其较高的扩散蠕变速率而对外界应力做出迅速反应，造成晶界方向的平移，表现出超塑性，使其韧性大为提高。
先进制造技术答案完整版
先进制造技术复习题 一、填空题 1．先进制造技术包含主体技术群、支撑技术群和制造技术环境三个技术群。2．制造系统是由制造过程及其所涉及硬件、软件和人员组成的一个有机整体。 3．系统的可靠性预测要根据系统的组成形式分别按串联系统，并联系统 和混联系统可靠度进行计算。 4．根据产品的信息来源，反求工程可分为实物反求，软件反求和影像反求。5．先进制造工艺技术的特点除了保证优质、高效、低耗外，还应包括清洁 和灵活生产。 6．微细加工中的三束加工是指电子束，离子束，激光束。7．超精密机床的关键部件包括：主轴，导轨，床身，其中机床的床身多采用天然花岗石制造。 8. 绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响 和资源效率的现代制造模式。 9.及时制生产追求的目标为零缺点，零库存，零整备时间，零前置时间。最终目标是排除一切可能浪费。 10．扫描隧道显微镜的两种工作模式为恒（直）电流工作模式，恒高度工作模式。 11.超高速机床主轴的结构常采用交流伺服电动机内置式集成结构，这种主轴通常被称 为空气轴承主轴。 12.快速原型制造常用的工艺方法光固化成形，叠层实体制造， 选择性激光烧结，熔融沉积制造。
13.精益生产的体系结构中三大支柱是GIT及时生产制，GT成组技术和 T QC全面质量管理 14.敏捷制造的基本思想就是在“竞争—合同—协同”机制下，实现对市场需求作出快速反应的一种生产制造新模式。 15.虚拟制造技术是以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支持，在产品设计或制造系统的物理实现之前，就能使人体会或感受到未来产品的性能或者制造系统的状态，从而可以作出前瞻性的决策与优化实施方案。 16.并行工程的特征为并行特性，整体特性，协同特性，约束特性。 17.大规模集成电路的微细制作方法有外延生长，氧化，光刻，选择扩散，真空镀膜。 18.优化设计的两个前提条件以数学规划为理论基础，以计算机为基础。 19.常用的看板有生产看板，运送看板两种。 20.快速原型制造技术的熔丝沉积成形法通常采用的原材料是热塑性材料。 21.精密与超精密加工有色金属时，常用的刀具材料为金刚石。 22.FMS的机床配置形式通常有柔性制造单元，柔性制造系统和柔性制造生产线。 23.超精密机床导轨的主要形式有：立式，滚珠丝杠式和 R-θ式 24.制造业的生产方式沿着“手动→机械化→ 单机自动化→ 刚性流水自动化→ 柔性自动化→ 智能自动化”的方向发展。 25.与传统制造技术比较，先进制造技术具有的特征是：集成化，柔性化，网络化，虚拟化和智能化。 26.从时间维的角度划分，产品设计的四个阶段分别为：产品规划，方案设计，技术设计，施工设计。 27.优化设计的三要素是：目标函数，设计变量，约束条件。
金刚石磨具低温结合剂的研究
金刚石磨具低温结合剂的研究 本文通过熔制玻璃料，研究了化学成份对陶瓷结合剂专用玻璃料的影响。并对结合剂的热膨胀系数、耐火度、高温润湿性等进行测定，利用XRD、SEM等分析方法，对金刚石磨具低温陶瓷结合剂进行了研究。 1．通过研究Na2O—B2O3— SiO2、Li2O—B2O3— SiO2、K2O—B2O3— SiO2三种体系的预熔玻璃料，结果表明Na2O— B2O3—SiO2预熔玻璃料耐火度为630℃～650℃，抗折强度为55.4MPa，具有适宜的膨胀系数和润湿性，是低温陶瓷结合剂优良的基础玻璃料。 2．通过研究基础玻璃料中分别加入PbO、CuO、 Al2O3等氧化物对结合剂性能的影响，发现在烧结温度下，加入适量，结合剂的湿润角从58°降到38°，流动性由130％提高到150％～160％，抗折强度明显提高。 但PbO的加入会增大结合剂的线膨胀系数，PbO的加入量控制在3％～4％内，改善了结合剂的综合性能。 3．通过研究基础玻璃料中分别添加HZ812合金、Cu、Al等金属粉末对结合剂性能的影响。 实验表明，结合剂中加入HZ812合金8％～10％，结合剂的抗折强度由 55.4MPa提高到约67MPa，冲击强度由2KJ／m2提高到4KJ／ m2。 4．综合结果表明，低温陶瓷结合剂的组成是：以 Na2O—B2O3—SiO2系为基础玻璃料，同时添加3％～4％的PbO和8％～10％的HZ812合金粉。
陶瓷结合剂金刚石磨具的研究与应用
陶瓷结合剂金刚石磨具的研究与应用 陶瓷结合剂金刚石磨具具有磨削精度高、磨削效率高、磨削温度低、使用寿命长、耐酸碱、耐腐蚀、自锐性好等特点,在现代材料加工特别是硬脆材料加工领域应用广泛。本文主要针对陶瓷结合剂金刚石磨具制备过程中的低温陶瓷结合剂的制备,金刚石磨料的表面改性,润湿剂的选用,烧结工艺和磨削应用等方面进行了研究,并取得了一定的成效。 其主要的研究工作及实验结果概括如下：1)自制HO结合剂,其熔点约为650℃,烧结范围较宽；陶瓷结合剂金刚石磨具的烧成温度在735℃时抗折强度达到最大为90.08MPa；确定了HO陶瓷结合剂金刚石磨具的升降温烧结工艺；HO 陶瓷结合剂金刚石磨具烧成后为产生微晶相锂辉石(LiAlSi2O6),提高磨具强度。 2)对金刚石表面进行镀钛、镀镍和镀铜处理,在与陶瓷磨具同样的温度工艺处理后,冷压自由烧结,表面金属镀层在含氧气氛中会发生化学反应,导致镀层疏松、脱落,并且会使金刚石表面与结合剂的结合处产生缝隙,最终导致陶瓷磨具的强度下降。 3)使用乙醇为溶剂的树脂液作为润湿剂并且其加入量为4wt%时,成型料的 成型性最好,生坯强度可达到5.93MPa,磨具强度最高可达到91.28MPa。4)金刚石粒度为140/170目的陶瓷结合剂金刚石磨具磨削牌号为YG8的硬质合金后粗糙度为0.5μm～0.9金刚石粒度270/325目的陶瓷磨具磨削后粗糙度为0.1μm～0.3μm,并且磨削效率较高,但表面光洁度相对于同粒度树脂砂轮较差。 磨削PCD材料时,自制每片磨具可磨削1304型PCD1233片,且磨削效率高。使用HO低温陶瓷结合剂生产的金刚石磨具,相比国内同类产品,在耐磨性、锋利度以及所磨削的工件质量方面,具有一定优势。
纳米陶瓷的应用前景及存在的问题
纳米陶瓷的应用前景及存在的问题 学院：纺织与材料工程学院 专业班级： 学生姓名： 教师： 2013年5月19日
纳米陶瓷的发展前景及存在的问题 前言：纳米陶瓷——所谓纳米陶瓷是指陶瓷材料的显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处于纳米尺寸水平。包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸都是纳米级。 一、纳米陶瓷的发展前景 未来纳米陶瓷发展的方向主要有以下几个方面： （1）在设备技术方面，应该向低温烧结、纳米材料的调控和复合、小型化方向发展，完善和发展陶瓷粉体、纳米陶瓷结构和性能表征方法。研究制备过程中纳米粉体的形成、生长机制及各种条件的影响、纳米粉体在化学制备过程中的团聚体形成机理等（2）在性能方面，应该向开发制备高效率、低成本、多功能和智能化的方向发展。纳米陶瓷粉体新的制备方法和工艺条件的研究与开发；开发高效率、低成本的制备技纳米陶瓷粉体新的制备方法和工艺条件的研究与开发；开发高效率、低成本的制备技术。 （3）在应用方面，应该向着智能化敏感陶瓷元件计算机用光纤陶瓷材料、计算机硬盘和高稳定性陶瓷电容器、纳米粉体对环境的污染机理等方向发展 （4）纳米粉体形成纳米陶瓷的反应机理研究；加速纳米粉体工业生产和应用的进程（5）在环境方面，研究纳米粉体对环境的污染机理，做好应用过程中的环境保护；（6）在经济方面，加速纳米粉体的工业化生产和应用进程。在21世纪，纳米陶瓷粉体将飞速发展，在各领域的应用将全面展开，并将产生一批新技术、新产品；在电子、通信等高技术领域的广泛应用，将成为经济发展的新的增长点。 二、纳米陶瓷存在的问题 （1）纳米陶瓷基础理论存在的问题: 1)纳米材料的结构、成分、制造等科学技术问题; 2)纳米材料的物理性质、化学性质及其测定方法的研究; 3)量子力学、量子化学对纳米陶瓷的结构和性质的影响; 4)纳米复相陶瓷的形成机理。 （2）纳米陶瓷应用中存在的问题: 1)纳米陶瓷材料特性产生的原理与其形成机制研究不深入; 2)在纳米陶瓷粉体的制备过程中,团聚的形成机理研究与分析不完善; 3)纳米陶瓷的烧结动力学分析和相应的物理化学反应机理研究有所欠缺; 4)未能研究开发出简便易行、生产成本较低的制备工艺。 结束语：根据上课所学的纳米陶瓷的知识，纳米陶瓷将解决陶瓷的强化和增韧问题。在生物医疗方面也应用颇多，解决纳米陶瓷最主要解决团聚问题。以及在经济中如何控制低成本产业化的问题。还有安全也是一个重要的问题，据《自然》杂志报道，纳米颗粒可以通过呼吸系统、皮肤接触、食用、注射等途径，进入人体组织内部。纳米颗粒进入人体后，由于其体积小，白由度大，反应活性高等特性，几乎不受任何阻碍就可以进入细胞，与体内细胞发生反应，引起发炎、病变等症状。同时，纳米颗粒也可能进入人的神经系统，影响大脑，导致更严重的疾病发生。纳米颗粒长期停留在人体内，同样会引发病变，如停留在肺部的石棉纤维会导致肺部纤维化。要使纳米材料的发展真正造福于人类，安全问题不可忽视。最后是环境问题，我们要研究出对环境无污染，最好能循环利用的纳米产品，使纳米材料真正服务大众。