技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于納米陶瓷復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種金屬氧化物一維納米材料添加的納米陶瓷結(jié)合劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
陶瓷磨具具有化學(xué)穩(wěn)定性高，耐腐燭性好，磨削適應(yīng)范圍廣，磨具形狀保持好，磨削精度高，磨具自銳性好，可以滿足難加工材料和一般材料的磨削需要。但是，現(xiàn)代工業(yè)科技的發(fā)展對(duì)磨具磨削加工提出更高要求。在磨具中，結(jié)合劑對(duì)磨具的影響最大。陶瓷結(jié)合劑與其它結(jié)合劑相比，具有對(duì)磨料的把持力強(qiáng)，硬度高，應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，可以適用于高精度要求的磨削加工。然而，普通的無(wú)機(jī)陶瓷結(jié)合劑由于自身脆性和強(qiáng)度等問(wèn)題，限制了陶瓷磨具在高精密磨削加工方面的應(yīng)用。針對(duì)此問(wèn)題，開(kāi)展了不少研究，其中開(kāi)發(fā)一種金屬氧化物一維納米材料添加的新型納米陶瓷結(jié)合劑是一個(gè)很好的解決方法。
納米陶瓷結(jié)合劑是在陶瓷結(jié)合劑基體中引入納米級(jí)的顆粒、片晶、晶須和纖維等第二相而形成的一種納米復(fù)合材料。作為一種新型材料，納米陶瓷結(jié)合劑研究大都停留在引入納米級(jí)顆粒的研究，而對(duì)于單獨(dú)一維金屬氧化物納米材料的添加研究還未見(jiàn)報(bào)道。
為了更好地滿足陶瓷磨具在高精密磨削加工方面的應(yīng)用，有必要探索一種金屬氧化物一維納米材料添加的納米陶瓷結(jié)合劑及其制備方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種金屬氧化物一維納米材料添加的納米陶瓷結(jié)合劑及其制備方法，以便更好滿足陶瓷磨具超高速和超精密等特種磨削加工方面的應(yīng)用。該方法所得納米陶瓷結(jié)合劑具有強(qiáng)度高、燒結(jié)溫度低、燒結(jié)致密及對(duì)磨料的浸潤(rùn)好等特點(diǎn)。
本發(fā)明的一種金屬氧化物一維納米材料添加的納米陶瓷結(jié)合劑及其制備方法包括以下步驟：
a、按重量比取得基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑；
b、調(diào)控制備一種金屬氧化物一維納米材料；
c、將步驟b所得一維納米材料添加到基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑中，通過(guò)高頻球磨分散均勻，制得納米陶瓷結(jié)合劑。
本發(fā)明所述基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑主要是K2O-Al2O3-SiO2系、Al2O3-SiO2-B2O3系、Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3系和Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3-CaO系中的任意一種。
本發(fā)明所述金屬氧化物一維納米材料為TiO2、ZnO、SnO等納米線、納米棒和納米帶任意一種。
本發(fā)明所述混料機(jī)為行星式球磨機(jī)、滾動(dòng)球磨機(jī)、快速研磨機(jī)或高速混合機(jī)中的任意一種。
本發(fā)明所述制得納米陶瓷結(jié)合劑的方法為混合球磨法和溶膠共混法的任意一種。
本發(fā)明所述所得納米陶瓷結(jié)合劑可以應(yīng)用于普通陶瓷磨具和超硬磨具中的任意一種。
本發(fā)明與已有的其他的方法相比，具有如下有益效果：
（1）制得納米陶瓷結(jié)合劑強(qiáng)度高。
（2）有效降低了燒結(jié)溫度和更致密化燒結(jié)。
（3）制得的納米陶瓷結(jié)合劑對(duì)磨料的浸潤(rùn)好，一定程度上提高了對(duì)超硬磨料的把持力，磨削效果顯著提高。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步描述：
實(shí)施例1：
以碳酸鈉、氫氧化鋁、二氧化硅和硼酸為原料，按8:5:72:15配比混合球磨至300 目左右，壓制成塊體，并用玻璃熔煉爐在1300℃進(jìn)行玻璃料的制備。將制得的玻璃料干燥、球磨、粉碎至200目以細(xì)，得到Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉料。
實(shí)施例2：
以碳酸鈉、氫氧化鋁、二氧化硅、碳酸鈣和硼酸為原料，按8:5:67:5:15配比混合球磨至 300 目左右，壓制成塊體，并用玻璃熔煉爐1250℃進(jìn)行玻璃料的燒制。將制得的玻璃料干燥、球磨、粉碎至200目以細(xì)，得到Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3-CaO基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑。
實(shí)施例3：
以氫氧化鋁、二氧化硅和硼酸為原料，按8:79:12配比混合球磨至 300 目左右，壓制成塊體，并用玻璃熔煉爐1300℃下進(jìn)行玻璃料的制備。將制得的玻璃料干燥、球磨、粉碎至200目以細(xì)，得到Al2O3-SiO2-B2O3基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑。
實(shí)施例4：
將45mL乙醇倒入100mL燒杯中，放在磁力攪拌器上攪拌，緩慢加入15mL鈦酸丁酯，再依次加入醋酸。靜置2h未出現(xiàn)異常，將溶膠加入到水熱反應(yīng)釜中，180℃保溫12h后自然冷卻至室溫，然后分別用去離子水和無(wú)水乙醇充分洗滌，離心，干燥，并在馬弗爐中450℃下煅燒2h即可得到二氧化鈦納米纖維。
實(shí)施例5：
配置10mol/L的氫氧化鈉溶液45mL，置于塑料燒杯中，磁力攪拌，使溶液充分均勻，稱取二氧化鈦粉末1.5g，溶于氫氧化鈉水溶液中，充分?jǐn)嚢?，直到成為均勻的乳白色溶液。將溶膠加入到反應(yīng)釜中，150℃保溫10h后自然冷卻至室溫，用去離子水充分洗滌，并在1mol/L的HNO3溶液中浸泡3h（最終PH≤5），然后再經(jīng)離心、去離子水和無(wú)水乙醇洗滌、離心，干燥，并在馬弗爐中450℃下煅燒2h即可得到二氧化鈦納米線。
實(shí)施例6：
配置10mol/L的氫氧化鈉溶液45mL，置于塑料燒杯中，玻璃棒攪拌，使溶液充分均勻，稱取鈦片2.5g放到反應(yīng)釜。再將氫氧化鈉溶液加入到反應(yīng)釜中，150℃保溫12h后自然冷卻至室溫，取出鈦片用去離子水沖洗，并在超聲條件下于1mol/L的HNO3溶液中浸泡1h（最終PH≤5），然后再經(jīng)離心、去離子水和無(wú)水乙醇洗滌、離心，干燥，并在馬弗爐中450℃下煅燒2h即可得到二氧化鈦納米帶。
實(shí)施例7：
以實(shí)施例1得到的Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3陶瓷結(jié)合劑為基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑，依次加入質(zhì)量比為0％、1％、3％和5％的二氧化鈦納米線（以實(shí)施例5得到的），制得納米陶瓷結(jié)合劑。經(jīng)過(guò)一系列分析測(cè)試，結(jié)果表明：當(dāng)添加量為3wt％時(shí)，其抗折強(qiáng)度達(dá)到最大95MPa，燒結(jié)溫度為705℃，與不添加相比抗折強(qiáng)度提高47%，燒結(jié)溫度降低150℃。