Na_2O含量对金刚石砂轮陶瓷结合剂性能的影响

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导读： 2007年10月总第161期第5期金刚石与磨料磨具工程DiamondAbrasivesEngineeringOct.2007 Seria.l161 No.5 文章编号:1006-852X(2007)05-0050-03 Na2O含量对金刚石砂轮陶瓷结合剂性能的影响刘小磐万隆汪洋马文闵 (1.湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙4

2007年10月总第161期第5期

金刚石与磨料磨具工程Diamond&AbrasivesEngineeringOct.2007

Seria.l161 No.5

文章编号:1006-852X(2007)05-0050-03

Na2O含量对金刚石砂轮陶瓷结合剂性能的影响

刘小磐万隆汪洋马文闵

(1.湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082)

(2.湘潭大学低维材料及其应用技术教育部重点实验室,湖南湘潭411105)

摘要研究了陶瓷结合剂中Na2O的含量对陶瓷结合剂性能的影响。发现结合剂的耐火度随Na2O含量的增加而降低;结合剂中Na2O含量对由结合剂和金刚石磨料制得的力学试条的强度有很大影响,结合剂Na2O含量较低时,随Na2O含量的增加,力学试样抗弯强度提高。Na2O/(B2O3+Al2O3)的摩尔比为0.5时,试样的抗折强度最高为70MPa。同时,随Na2O含量提高结合剂的膨胀系数增长,但Na2O含量较低时膨胀系数增长较慢。实验结果表明通过改变Na2O含量可以有效的调节金刚石用陶瓷结合剂的性能。

关键词陶瓷结合剂;Na2O;金刚石砂轮;膨胀系数;耐火度中图分类号 TG74 文献标识码 A

EffectofNa2Ocontentonpropertiesofwheel

vitrifiedbondfordiamondgrinding

LiuXiaopan WanLong WangYang MaWenmin

(1.MaterialScienceandTechnologyCollege,HunanUniversity,Changsha410082,China)

(2.KeyLaboratoryofLowDimensionalMaterials&Application,Xiangtan

University,Xiangtan411105,China)

Abstract Therefractoriness,roomtemperaturestrengthandexpansioncoefficientofvitrifiedbondswithdifferentNa2Ocontentwereinvestigated.ExperimenttherefractorinessdecreasedaccompanytheincreaseofNa2Ocontent,bentstrengthofsamplesalsoenhancedastheNa2Ocontenthigherandthebentstrengthreachthemaximalvalue,70MPa,whenthemolrateofNa2O/(B2O3+Al2O3)is0.5.CurrentlyNa2OcontentaffectedtheexpansioncoefficientastheNa2Ocontentwaslower,rapidly.TheexperimentresultshowedthattheperformanceofvitrifiedwasadjustedbychangingNa2Ocontent.Keywords vitrifiedbond;Na2O;diamondgrindingwhee;lexpansioncoefficient;refractoriness

theexpansion

coefficientslowlyincreasedfollowingtheraiseNa2Ocontent;astheNa2Ocontentwashighertheexpansioncoefficientincreased

0 引言

陶瓷结合剂金刚石砂轮不仅具有切削锋利、磨削力小、生产效率高、使用寿命长、易于整形与修锐、磨削精度高等优点

[1]

对金刚石砂轮陶瓷结合剂性能的影响,对于开发高性

能的金刚石砂轮陶瓷结合剂有一定的参考价值。

1 实验

按普通陶瓷结合剂的制备方法制备不同Na2O含量的结合剂,各种结合剂的理论成分配比如表1所示。先将按理论需要量称量好的各种原料在研钵中研磨均匀,然后装入坩埚。在空气气氛中将结合剂在1200 ~1250 进行熔炼。待原料完全熔融后倒入盛有水的铁盆中水淬。水淬后的原料用XM-4行星快速研磨机以800r/min湿磨60min,取出干燥后过200目筛

,而且还具有磨削时工件温度低,加工

[2-3]

的工件耐用度高的特点。因此,近年来国内外许

多学者一直致力于陶瓷结合剂金刚石砂轮的开发。

陶瓷结合剂性能的好坏直接关系到金刚石磨粒优良性能能否得到充分的发挥,从而最终影响金刚石砂轮的磨削效果。所以,陶瓷结合剂是研究陶瓷结合剂2

即获得结合剂。本实验采用SCN-802造型材料耐火性能测试仪测定耐火度。测试试样为8 10mm圆形柱,升温速度为5 /min,1.01 10MPa下氩气保护,当温度接近材料耐火度时,每升高10 保温1h,圆柱体的边角变圆时的温度即为材料耐火度。用不同结合剂制备砂轮抗折样品,结合剂与金刚石磨料重量比为3:7,在氮气气氛保护下在结合剂耐火度以上30 保温1h。烧结出来的试样加工成40mm 5mm 5mm的试样条,采用SKZ-500型数显抗折试验机测定试样的抗折强度。选取刀口的跨距为30mm,加荷速

-1

度为9.8 0.1N S。在日本JMS-5600LV型扫描电子显微镜下观察不同结合剂砂轮的组织结构。在德国莱茨200综合热分析仪上测量结合剂烧结样的热膨胀系数,升温速率为10 /min。

合剂中,Na2O提供了自由氧 ,部分自由氧将会与硅氧四面体网络中的硅成键,断开了硅与硅之间的桥氧键 ,破坏了硅氧三维网络结构,因此降低了结合剂的耐火度。同时结合剂中还存在着硼氧三角体和铝氧八面体,它们倾向于夺取Na2O中的自由氧而变成硼氧四面体和铝氧四面体,而这些铝氧四面体和硼氧四面体会与硅氧四面体相连,参与三维网络的构成,这会提高结合剂中玻璃结构的致密度,但对结合剂的耐火度影响不大。因此,当Na2O含量较低时,大部分自由氧被硼氧三角体和铝氧八面体夺取,与硅成键的自由氧相对减少,耐火度下降较慢。2.2 Na2O

含量对试样抗折强度的影响

有大量的文献报道了

[3]

2 试验结果与讨论

2.1 Na2O含量对结合剂耐火度的影响

图1是Na2O含量对结合剂耐火度的影响,图1表明随着结合剂中Na2O含量的增加结合剂的耐火度迅速降低,且结合剂中Na2O含量越高,增加相同量的Na2O耐火度降低越大。这主要是因为,陶瓷结合剂中存在着大量的[SiO4]结构,这些硅氧四面体相互联成

表1 不同结合剂配料成分的摩尔比

序号1#2#3

Na2O含量对陶瓷结合剂

强度有较大的影响,一般认为当结合剂中Na2O/(B2O3+Al2O3)的摩尔比为1时陶瓷结合剂的本征强度最高,此时绝大部分B2O3和Al2O3都转变为四面体参与网络构成,因此强度最高。图2是Na2O含量对试样抗折强度的影响,实验结果表明当Na2O/(B2O3+Al2O3)的摩尔比为0.5时,试样的抗折强度最高为70MPa。这主要是因为,陶瓷结合剂砂轮的抗折强度不仅仅与陶瓷结合剂的本征强度有关还和其他许多因素有关。图3和图4分别为2试样和5试样的断口照片。

图片表明5试样中金刚石与结合剂的界面处产生了大量的气泡,这表明结合剂与金刚石磨料发生了化学反应,并有气体产生。从热力学角度来看在烧结温度下单纯的Na2O化合物相当稳定,不可能与金刚石起反应。但是,在结合剂中Na2O提供了自由氧 ,这

B2O30.130.130.130.130.13

SiO20.750.700.650.600.55

Al2O30.070.070.070.070.07

Na2O0.050.100.150.200.

4#5#

图1 Na2O含量对结合剂耐火度的影响

图2 Na2O含量对试样抗折强度的影响

网络结构,构成了结合剂中的骨架。将Na2O引入结

图5 Na2O含量对结合剂25 ~500 平均

图3 2#

结合剂抗折试样微观结构

热膨胀系数的影响

图4 5#结合剂抗折试样微观结构

类自由氧在结合剂中一端与Na相连,一端与Si相连,这种不对称结构必然导致氧原子的化学势升高,反应活性增强,在烧结温度下部分自由氧与金刚石反应产生CO2气体,在烧结体中留下气泡。因此,结合剂中Na2O含量越高,结合剂与金刚石磨料的反应越剧烈,烧结体中的气泡越多,强度大幅度下降。2.3 Na2O含量对结合剂膨胀系数的影响

在以往的研究中已有一些文献对碱金属氧化物对结合剂性能的影响做出了讨论

[4]

图6 1#结合剂和5#结合剂的热膨胀系数图

,大致规律是,随着碱

金属氧化物含量的提高,膨胀系数增大。图5给出了Na2O含量对结合剂20 -500 平均热膨胀系 …… 此处隐藏：4687字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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