一种陶瓷结合剂、陶瓷金属复合材料及其制备方法、复合材料承烧板

摘要

本发明公开了一种陶瓷结合剂、陶瓷金属复合材料及其制备方法、复合材料承烧板，属于超硬材料制品制造技术领域。该陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：50‑70％的SiO2、15‑25％的Al2O3、5‑10％的H3BO3、5‑10％的MgO、3‑8％的Na2CO3、1‑2％的CaF2，原料成分简单，结合强度高，高温下稳定。该复合材料承烧板由以下质量百分比的原料制成：25‑35％的上述陶瓷结合剂、5‑10％的金属结合剂、55‑65％的氧化铝或白刚玉、1‑5％的水玻璃，该复合材料承烧板将陶瓷无机物与金属很好的匹配，达到理想的传热速度，稳定烧结制品的性能。

权利要求

1.一种陶瓷金属复合材料，其特征在于：由以下质量百分比的原料制成：25-35%的陶瓷结合剂、5-10%的金属结合剂、55-65%的氧化铝或白刚玉、1-5%的水玻璃，所述金属结合剂为镍铬合金或铬，所述陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：50-70%的SiO2、15-25%的Al2O3、5-10%的H3BO3、5-10%的MgO、3-8%的Na2CO3、1-2%的CaF2。

2.一种如权利要求1所述的陶瓷金属复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）备料：将配方量的陶瓷结合剂、金属结合剂、氧化铝或白刚玉、水玻璃混合，压制成型、干燥，得毛坯；

2）烧结：将毛坯在1000-1200℃条件下，保温4-6h，即得。

3.根据权利要求2所述的陶瓷金属复合材料的制备方法，其特征在于：所述氧化铝或白刚玉粒度为300-400目，所述金属结合剂粒度为300-400目。

4.根据权利要求2所述的陶瓷金属复合材料的制备方法，其特征在于：在所述压制成型时，施加的压力为50-100kg/cm2，保压20-40s。

5.根据权利要求2所述的陶瓷金属复合材料的制备方法，其特征在于：所述干燥是在

80-100℃条件下干燥20-24h。

6.根据权利要求2所述的陶瓷金属复合材料的制备方法，其特征在于：所述烧结包括如下步骤：将毛坯在650-700℃下保温60-90min；再升温至800-900℃，保温60-90min；再升温至1000-1200℃条件下，保温4-6h，即得。

7.根据权利要求6所述的陶瓷金属复合材料的制备方法，其特征在于：所述烧结包括如下步骤：将毛坯以2-3℃/min的速度升到650-700℃，保温60-90min；再以1-2℃/min的速度升温至800-900℃，保温60-90min；再以1-2℃/min的速度升温至1000-1200℃，保温4-6h；随炉冷却，冷却至80℃以下出炉，即得。

8.一种采用如权利要求1所述的陶瓷金属复合材料的复合材料承烧板。

说明书

一种陶瓷结合剂、陶瓷金属复合材料及其制备方法、复合材料

承烧板

技术领域

[0001] 本发明涉及一种陶瓷结合剂、陶瓷金属复合材料及其制备方法、复合材料承烧板，属于超硬材料制品制造技术领域。

背景技术

[0002] 超硬材料烧结工艺分为热压烧结和冷压烧结，热压烧结即在烧结时升温和施压同时进行，热压烧结制品气孔率少、密度大、性能较稳定，但是一次烧结数量少、生产效率低、生产成本较高。冷压烧结即在无压状态下自由烧结，冷压烧结制品具有气孔率高、锋利度好、一次烧结数量多、生产成本较低，适宜于异形制品的生产加工等优点，越来越受到生产厂家的青睐。

[0003] 但是在冷压烧结过程中，配方原料随着温度的升高，逐步发生物理化学反应，制品在没有保护的情况下，会发生一定程度的变形，甚至出现裂纹等烧结废品。为提高烧结的成功率，现有技术中多采用石墨承烧板、陶瓷承烧板等作为辅助工具来支撑保护烧结产品。石墨板导热性好，但是在高温下容易氧化，不能保证精度，其使用寿命短，同时在烧结炉里面容易产生一氧化碳、二氧化碳等气体，不利于烧结。

[0004] 陶瓷承烧板板目前使用最多的刚玉-莫来石板，其具有不易氧化的优点，如公开号为CN102674864A的中国发明专利公开了一种刚玉莫来石承烧板配方：它是由电熔莫来石、电熔白刚玉、板状刚玉、a-A12O3微粉、高岭土、活化剂、结合剂组成的，但是其导热性较差，陶瓷承烧板上下温差较大，使得制品性能不均一。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种陶瓷结合剂，该陶瓷结合剂选用的原料成分简单，配比合理，结合强度高，高温下稳定。

[0006] 本发明的另一个目的是提供一种陶瓷金属复合材料，该陶瓷金属复合材料导热性较好，在高温下形状保持较好，变形量小。

[0007] 本发明还提供了上述陶瓷金属复合材料的制备方法。

[0008] 本发明还提供了使用上述陶瓷金属复合材料的复合材料承烧板，该承烧板导热性较好，作为辅助烧结工具，能够提高烧结制品烧结成功率。

[0009] 为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

[0010] 一种陶瓷结合剂，由以下质量百分比的组分组成：50-70％的SiO2、15-25％的Al2O3、5-10％的H3BO3、5-10％的MgO、3-8％的Na2CO3、1-2％的CaF2。上述原料均为市面上所售分析纯原料。

[0011] 本发明的陶瓷结合剂选用的原料成分简单，配比合理，原料中的无机物在高温下相互作用，形成Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2系列基础结合剂，经过合适的烧结曲线，可形成石英固溶体微晶玻璃，此微晶玻璃能使陶瓷结合剂的结合强度增强，并且在高温下较稳定。

[0012] 一种采用上述的陶瓷结合剂的陶瓷金属复合材料，由以下质量百分比的原料制成：25-35％的陶瓷结合剂、5-10％的金属结合剂、55-65％的氧化铝或白刚玉、1-5％的水玻璃，所述金属结合剂为镍铬合金或铬。

[0013] 本发明的陶瓷金属复合材料，以氧化铝作为骨架材料，镍铬合金或铬作为填料加入，镍铬合金或铬在1000℃以下较为稳定，抗腐蚀性强，传热系数为12.171w/[m*k]，传热性较好，但是单独的金属传热太快，而单独的陶瓷结合剂中的无机物则传热效率较慢，陶瓷无机物与金属可以很好的匹配，达到理想的传热速度。

[0014] 一种上述陶瓷金属复合材料的制备方法，包括如下步骤：

[0015] 1)备料：将配方量陶瓷结合剂、金属结合剂、氧化铝或白刚玉、水玻璃混合，压制成型、干燥，得毛坯；

[0016] 2)烧结：将毛坯在1000-1200℃条件下，保温4-6h，即得。

[0017] 优选的，所述氧化铝或白刚玉粒度为300-400目，所述金属结合剂粒度为300-400目。

[0018] 优选的，在所述压制成型时，施加的压力为50-100kg/cm2，保压20-40s。

[0019] 进一步优选的，所述干燥是在80-100℃条件下干燥20-24h。

[0020] 作为本发明的一种优选烧结方式，所述烧结包括如下步骤：将毛坯在650-700℃下保温60-90min；再升温至800-900℃，保温60-90min；再升温至1000-1200℃条件下，保温4-6h，即得。使用梯度温度烧结，可以更好地完成陶瓷结合剂晶相的成形和长大。

[0021] 作为本发明的另一种优选烧结方式，所述烧结包括如下步骤：将毛坯以2-3℃/min的速度升到650-700℃，保温60-90min；再以1-2℃/min的速度升温至800-900℃，保温60-90min；再以1-2℃/min的速度升温至1000-1200℃，保温4-6h；随炉冷却，冷却至80℃以下出炉，即得。

[0022] 本发明的陶瓷金属复合材料的制备方法，使得陶瓷金属复合材料经过1000-1200℃的煅烧，其在850℃以下形状保持性较好，变形量小。

[0023] 本发明还提供了一种采用上述陶瓷金属复合材料的复合材料承烧板。

[0024] 优选的，本发明的复合材料承烧板使用上述陶瓷金属复合材料的制备方法制备。

[0025] 本发明的复合材料承烧板，以氧化铝作为骨架材料，镍铬合金或铬作为填料加入，与上述陶瓷结合剂结合后能达到理想的传热速度，能够使承烧板上下温度一致，稳定承烧板的性能，还能提高复合材料承烧板的强度及硬度，使该复合材料承烧板在高温下不易变形。该复合材料承烧板中陶瓷无机物与金属可以很好的匹配，达到理想的传热速度，能够制品上下温度一致，稳定烧结制品的性能。

[0026] 超硬烧结制品的烧制温度一般都在850℃以下，而本发明的复合材料承烧板经过1000-1200℃的煅烧，其在850℃以下形状保持性较好，变形量小，可提高超硬烧结制品的精度。本发明的复合材料承烧板在高温下不易氧化变形，导热性较好，制作方便，且能根据制品的形状制成相应的结构，使用周期长，可提高超硬制品的烧结成功率。

附图说明

[0027] 图1实施例1中的杯型砂轮复合材料承烧板的结构示意图。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

[0029] 实施例1

[0030] 本实施例中的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：60％的SiO2、20％的Al2O3、7％的H3BO3、8％的MgO、4％的Na2CO3、1％的CaF2。

[0031] 本实施例中的陶瓷金属复合材料由以下质量百分比的原料制成：32％的上述陶瓷结合剂、8％的镍铬合金、58％的白刚玉、2％的水玻璃。

[0032] 所述陶瓷金属复合材料为复合材料承烧板。

[0033] 本实施例中的复合材料承烧板的制备方法：包括如下步骤：

[0034] 1)将配方量的陶瓷结合剂、镍铬合金、白刚玉、水玻璃混合得混合料，将混合料放进模具，以100kg/cm2的压力保压30s压制成型，脱模后放进烘箱里80℃干燥24h，得毛坯；所述镍铬合金粒度为320目，白刚玉粒度为325目；

[0035] 2)将步骤1)所得毛坯放进高温炉里烧结，以3℃/min的速度升到700℃保温90min，以2℃/min的速度升到850℃保温90min，完成晶核成形和长大，以2℃/min的速度升到1000℃保温5h，随炉冷却，低于80℃出炉，即得复合材料承烧板半成品。

[0036] 将所得复合材料承烧板粗品进行后续加工；所述后续加工是将承烧板粗品的上下面磨平，使平行度≤0.02，即得复合材料承烧板。所得复合材料承烧板的结构如图1所示，为杯型砂轮复合材料承烧板1，其为外径350mm、内径320mm、厚度10mm的环形。

[0037] 实施例2

[0038] 本实施例中的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：50％的SiO2、25％的Al2O3、10％的H3BO3、6％的MgO、8％的Na2CO3、1％的CaF2。

[0039] 本实施例中的陶瓷金属复合材料由以下质量百分比的原料制成：25％的上述陶瓷结合剂、10％的镍铬合金、60％的氧化铝、5％的水玻璃。

[0040] 本实施例中的陶瓷金属复合材料的制备方法：包括如下步骤：

[0041] 1)将配方量的陶瓷结合剂、镍铬合金、氧化铝、水玻璃混合得混合料，将混合料放进模具，以50kg/cm2的压力保压20s压制成型，脱模后放进烘箱里100℃干燥20h，得毛坯；所述镍铬合金粒度为300目，氧化铝粒度为300目；

[0042] 2)将步骤1)所得毛坯放进高温炉里烧结，以2℃/min的速度升到650℃保温60min，以1℃/min的速度升到800℃保温60min，完成晶核成形和长大，以1℃/min的速度升到1200℃保温6h，随炉冷却，低于80℃出炉，即得。

[0043] 实施例3

[0044] 本实施例中的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：65％的SiO2、15％的Al2O3、8％的H3BO3、5％的MgO、5％的Na2CO3、2％的CaF2。

[0045] 本实施例中的陶瓷金属复合材料由以下质量百分比的原料制成：35％的上述陶瓷结合剂、5％的镍铬合金、59％的白刚玉、1％的水玻璃。

[0046] 本实施例中的陶瓷金属复合材料的制备方法：包括如下步骤：

[0047] 1)将配方量的陶瓷结合剂、镍铬合金、白刚玉、水玻璃混合得混合料，将混合料放进模具，以75kg/cm2的压力保压45s压制成型，脱模后放进烘箱里90℃干燥22h，得毛坯；所述镍铬合金粒度为400目，白刚玉粒度为400目；

[0048] 2)将步骤1)所得毛坯放进高温炉里烧结，以3℃/min的速度升到675℃保温75min，以2℃/min的速度升到850℃保温75min，完成晶核成形和长大，以2℃/min的速度升到1100℃保温4h，随炉冷却，低于80℃出炉，即得。

[0049] 实施例4

[0050] 本实施例中的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：65％的SiO2、15％的Al2O3、6％的H3BO3、10％的MgO、3％的Na2CO3、1％的CaF2。

[0051] 本实施例中的陶瓷金属复合材料由以下质量百分比的原料制成：29％的上述陶瓷结合剂、5％的铬、65％的白刚玉、1％的水玻璃。

[0052] 本实施例中的陶瓷金属复合材料的制备方法，包括如下步骤：

[0053] 1)将配方量的陶瓷结合剂、铬、白刚玉、水玻璃混合得混合料，将混合料放进模具，以75kg/cm2的压力保压45s压制成型，脱模后放进烘箱里90℃干燥22h，得毛坯；所述铬粒度为320目，白刚玉粒度为300目；

[0054] 2)将步骤1)所得毛坯放进高温炉里烧结，以3℃/min的速度升到675℃保温75min，以2℃/min的速度升到850℃保温75min，完成晶核成形和长大，以2℃/min的速度升到1100℃保温4h，随炉冷却，低于80℃出炉，即得。

[0055] 实施例5

[0056] 本实施例中的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：70％的SiO2、15％的Al2O3、5％的H3BO3、5％的MgO、3％的Na2CO3、2％的CaF2。

[0057] 本实施例中的陶瓷金属复合材料由以下质量百分比的原料制成：35％的上述陶瓷结合剂、7％的铬、55％的白刚玉、3％的水玻璃。

[0058] 本实施例中的陶瓷金属复合材料的制备方法同实施例4。

[0059] 实施例6

[0060] 本实施例中的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：50％的SiO2、25％的Al2O3、10％的H3BO3、6％的MgO、8％的Na2CO3、1％的CaF2。

[0061] 本实施例中的陶瓷金属复合材料由以下质量百分比的原料制成：25％的上述陶瓷结合剂、10％的铬、60％的白刚玉、5％的水玻璃。

[0062] 本实施例中的陶瓷金属复合材料的制备方法同实施例4。

[0063] 实施例7

[0064] 本实施例中的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：65％的SiO2、15％的Al2O3、8.5％的H3BO3、7％的MgO、3％的Na2CO3、1.5％的CaF2。

[0065] 本实施例中的陶瓷金属复合材料由以下质量百分比的原料制成：29％的上述陶瓷结合剂、5％的铬、65％的氧化铝、1％的水玻璃。

[0066] 本实施例中的陶瓷金属复合材料的制备方法，包括如下步骤：

[0067] 1)将配方量的陶瓷结合剂、铬、氧化铝、水玻璃混合混合料，将混合料放进模具，以75kg/cm2的压力保压45s压制成型，脱模后放进烘箱里90℃干燥22h，得毛坯；所述铬粒度为
320目，氧化铝粒度为325目；

[0068] 2)将步骤1)所得毛坯放进高温炉里烧结，以3℃/min的速度升到675℃保温75min，以2℃/min的速度升到850℃保温75min，完成晶核成形和长大，以2℃/min的速度升到1100℃保温4h，随炉冷却，低于80℃出炉，即得。

[0069] 实施例8

[0070] 本实施例中的陶瓷结合剂由以下质量百分比的组分组成：67％的SiO2、15％的Al2O3、5％的H3BO3、7％的MgO、4.5％的Na2CO3、1.5％的CaF2。

[0071] 本实施例中的陶瓷金属复合材料由以下质量百分比的原料制成：35％的上述陶瓷结合剂、7％的铬、55％的氧化铝、3％的水玻璃。

[0072] 本实施例中的陶瓷金属复合材料的制备方法，包括如下步骤：

[0073] 1)将配方量的陶瓷结合剂、铬、氧化铝、水玻璃混合得混合料，将混合料放进模具，2
以75kg/cm的压力保压45s压制成型，脱模后放进烘箱里90℃干燥22h，得毛坯；所述铬粒度为320目，氧化铝粒度为400目；

[0074] 2)将步骤1)所得毛坯放进高温炉里烧结，以3℃/min的速度升到675℃保温75min，以2℃/min的速度升到850℃保温75min，完成晶核成形和长大，以2℃/min的速度升到1100℃保温4h，随炉冷却，低于80℃出炉，即得。