[发明专利]陶瓷结合剂及其制备方法、应用和金刚石磨具

说明书

一种陶瓷结合剂及其制备方法、应用和金刚石磨具。该制备方法包括步骤：提供原料，原料包括硝酸锌、硝酸锂、硝酸铝、硝酸镁、氧化锆、硅溶胶、有机燃料、分散剂和有机碳源；将原料溶于溶剂形成混合液，再将混合液雾化并进行燃烧反应，得到燃烧粉末产物；将燃烧粉末产物先于惰性气体氛围下进行保温处理，以使燃烧粉末产物中的部分氧化硅与碳单质发生碳热还原反应并原位生长碳化硅纳米晶须，再于氧化气氛下进行煅烧处理，以使碳热还原过程中形成的除碳化硅纳米晶须之外的碳化物氧化，得到陶瓷结合剂。该方法制得的陶瓷结合剂，粒度细小、混合均匀，且均匀掺杂有SiC_nw，能降低刚石磨具的烧结温度，提高金刚石磨具的抗弯强度和使用寿命。

技术领域

本发明涉及金刚石磨具制造技术领域，特别是涉及一种陶瓷结合剂及其制备方法、应用和金刚石磨具。

背景技术

金刚石磨具作为机械加工中必不可少的工具，相对于普通刚玉磨具和碳化硅磨具，具有磨削力强、磨削温度较低、磨具磨损较小及使用寿命长等特点，因此被广泛应用于微晶玻璃、结构陶瓷、硬质合金等新型工程材料的精密磨削加工，具有广阔的应用前景。

金刚石磨具通常是以金刚石磨料为原料，用金属粉、树脂粉、陶瓷或电镀金属作结合剂制成的。陶瓷结合剂金刚石磨具是以陶瓷类材料为结合剂，在一定的烧结温度下将金刚石磨料牢固地粘结而制成。陶瓷结合剂金刚石磨具具有金刚石和陶瓷结合剂的共同特性，呈现出许多优良的性能，是磨加工聚晶立方氮化硼材料(英文简称：PDC)外圆与平面、韧磨PDC刀具最合适的工具，其在航空航天领域导弹端头罩的磨削、电子信息领域半导体硅片的磨削加工等方面发挥了独特的优势，已成为世界各国磨削工业中研究和开发的热点。

目前的陶瓷结合剂金刚石磨具一般的烧结温度为900℃以上，而金刚石磨料的高温化学稳定性差，金刚石磨料在该烧结温度下易石墨化及氧化，氧化生成二氧化碳，在金刚石表面产生孔洞，破坏了金刚石的晶型和强度。此外研究结果表明：含碱性氧化物的陶瓷结合剂会促进金刚石的氧化。因此需要降低烧结温度。而陶瓷结合剂是多组分的混合物，其耐火温度较高，若降低烧结温度难以熔融成为成分均匀的熔体，这将影响结合剂的微观结构从而降低金刚石磨具的强度。因此目前制得的陶瓷结合剂金刚石磨具抗弯强度低，使用寿命短，限制了其在工业生产和科研、航空航天等领域的应用。

发明内容

基于此，有必要提供一种能降低烧结温度、提高抗弯强度和使用寿命的陶瓷结合剂及其制备方法、应用和金刚石磨具。

一种陶瓷结合剂的制备方法，包括以下步骤：

提供原料，所述原料包括硝酸锌、硝酸锂、硝酸铝、硝酸镁、硝酸锆、硅溶胶、有机燃料、分散剂和有机碳源；

将所述原料溶于溶剂形成混合液，再将所述混合液雾化并进行燃烧反应，得到燃烧粉末产物，其中所述燃烧粉末产物至少含有碳单质、氧化硅及原料中各硝酸金属盐对应的金属氧化物；

将所述燃烧粉末产物先于惰性气体氛围下进行保温处理，以使所述燃烧粉末产物中的部分氧化硅与碳单质发生碳热还原反应并原位生长碳化硅纳米晶须，再于氧化气氛下进行煅烧处理，以使碳热还原过程中形成的除所述碳化硅纳米晶须之外的碳化物氧化，得到所述陶瓷结合剂。

上述陶瓷结合剂的制备方法，原材料来源广泛，价格低廉，工艺简单易实现。制得的陶瓷结合剂，其各组分粒度细小、混合均匀，且均匀掺杂有SiC_nw，从而大大提高了陶瓷结合剂的反应活性，降低了陶瓷结合剂金刚石磨具的烧结温度，避免了高温烧结使得金刚石磨料易氧化和石墨化的问题，有效地提高了金刚石磨具的抗弯强度、韧性和磨削精度，从而提高了金刚石磨具的使用寿命。

在其中一个实施例中，所述燃烧反应的条件为：将所述混合液雾化成液滴并喷入500～900℃的惰性气体环境中诱发液滴进行燃烧反应。

在其中一个实施例中，所述将所述燃烧粉末产物先于惰性气体氛围下进行保温处理的条件为：于1300～1500℃的氩气气氛中保温1～5h；