本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料和機械加工領(lǐng)域，特別是涉及一種新型納米陶瓷結(jié)合劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代精密加工工業(yè)的發(fā)展，對加工工具要求越來越高，陶瓷磨具的重要性也日益顯現(xiàn)，但是陶瓷磨具在高端精密磨削方面還存在些問題，現(xiàn)有的普通陶瓷結(jié)合劑具有強度低，燒結(jié)溫度高及自身脆性等不足，不能滿足陶瓷磨具加工強度要求，這就需要我們進一步改善陶瓷結(jié)合劑。因此，有必要探索一種燒結(jié)溫度低，強度高的陶瓷結(jié)合劑，可以很好地滿足陶瓷磨具在精密加工方面的需求。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種新型納米陶瓷結(jié)合劑的制備方法，包括如下步驟：
S1：制備鈦酸鹽一維納米材料；
S2：提供Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末；
S3：將S1制備的鈦酸鹽一維納米材料按0.2～5wt％的添加量添加到基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末中，充分混合分散均勻，制得納米陶瓷結(jié)合劑。
優(yōu)選地，制備所述鈦酸鹽一維納米材料所用的原料為二氧化鈦、金屬鈦、鈦合金或鈦鹽。
更優(yōu)選地，所述鈦酸鹽一維納米材料為鈦酸鈉納米線、鈦酸鉀納米線、鈦酸鈉納米纖維、鈦酸鉀納米纖維、鈦酸鈉納米帶、鈦酸鉀納米帶中的任意一種。
更優(yōu)選地，S1的具體步驟為：配制10mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，備用；
稱取二氧化鈦粉末，按照固液比1g：20～40ml的比例，將二氧化鈦粉末加入到氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，充分溶解，得到混合溶液；
將所述混合溶液加入到水熱反應(yīng)釜中，在140～160℃下保溫8～10h，隨后自然冷卻至室溫，經(jīng)洗滌、離心、干燥后，在420～450℃下煅燒1～2h，得到鈦酸鈉納米線或鈦酸鉀納米線。
更優(yōu)選地，S1的具體步驟為：配制10mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，備用；
稱取鈦片，按照固液比1g：15～25ml的比例，將鈦片和氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液依次加入水熱反應(yīng)釜中；在140～160℃下保溫8～12h，隨后自然冷卻至室溫，取出鈦片并經(jīng)洗滌、離心、干燥后，在420～450℃下煅燒1～2h，得到鈦酸鈉納米帶或鈦酸鉀納米帶。
更優(yōu)選地，S1的具體步驟為：按照體積比1：3～5的比例分別量取鈦酸丁酯和乙醇，并配制10mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，備用；
將鈦酸丁酯緩慢加入到乙醇中，再加入與鈦酸丁酯等體積的10mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，充分混合后，靜置2h形成溶膠，將所述溶膠加入到水熱反應(yīng)釜中，180～200℃保溫12h，隨后自然冷卻至室溫，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)洗滌、離心、干燥后，在440～460℃下煅燒1～2h，得到鈦酸鈉納米纖維或鈦酸鉀納米纖維。
優(yōu)選地，S1中，所述Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末的制備過程為；
按照質(zhì)量比8:5:72:15的比例，分別稱取碳酸鈉、氫氧化鋁、二氧化硅和硼酸，備用；
將所述碳酸鈉、氫氧化鋁、二氧化硅和硼酸混合后，球磨至200～400目，壓制成塊體，將所述塊體用玻璃熔煉爐在1200～1300℃進行熔融，加熱時間為0.5～2h，然后將熔體進行水淬，產(chǎn)物經(jīng)干燥、球磨，粉碎粒度小于200目，得到所述Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末。
優(yōu)選地，S3中，向所述Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末中，按照1～3％的添加量加入所述酸鹽一維納米材料，充分混合分散均勻，制得納米陶瓷結(jié)合劑。
本發(fā)明還提供了一種納米陶瓷結(jié)合劑，由上述任一所述的方法制備獲得。
優(yōu)選地，本發(fā)明提供的納米陶瓷結(jié)合劑，在普通陶瓷磨具或超硬磨具制備中的應(yīng)用。
本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下有益效果：
(1)由于現(xiàn)有的普通陶瓷結(jié)合劑具有強度低，燒結(jié)溫度高及自身脆性等不足，本發(fā)明通過添加一種鈦酸鹽一維納米材料而制備的納米陶瓷結(jié)合劑克服了普通陶瓷結(jié)合劑的不足，不僅大大降低了結(jié)合劑的燒結(jié)溫度，節(jié)省了能源，還顯著提高了陶瓷結(jié)合劑的強度，可以很好地應(yīng)用于陶瓷磨具中。
(2)本發(fā)明制得的納米陶瓷結(jié)合劑燒結(jié)溫度低，強度高，可以很好地滿足陶瓷磨具在精密加工方面的需求，且制得的納米陶瓷結(jié)合劑對磨料的浸潤好，很大程度上提高了對超硬磨料的把持力，磨削效果顯著提高。
具體實施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實施，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。
當(dāng)實施例給出數(shù)值范圍時，應(yīng)理解，除非本發(fā)明另有說明，每個數(shù)值范圍的兩個端點以及兩個端點之間任何一個數(shù)值均可選用。除非另外定義，本發(fā)明中使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的意義相同。除實施例中使用的具體方法、設(shè)備、材料外，根據(jù)本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對現(xiàn)有技術(shù)的掌握及本發(fā)明的記載，還可以使用與本發(fā)明實施例中所述的方法、設(shè)備、材料相似或等同的現(xiàn)有技術(shù)的任何方法、設(shè)備和材料來實現(xiàn)本發(fā)明。
本發(fā)明一種新型納米陶瓷結(jié)合劑，具體由以下步驟制備而成：
S1：制備鈦酸鹽一維納米材料；
S2：提供Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末；
S3：將S1制備的鈦酸鹽一維納米材料按0.2～5wt％的添加量添加到基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末中，充分混合分散均勻，即得所述納米陶瓷結(jié)合劑。
在這里需要說明的是，制備上述鈦酸鹽一維納米材料所用的原料為二氧化鈦、金屬鈦、鈦合金或鈦鹽。而制得的上述鈦酸鹽一維納米材料為鈦酸鈉納米線、鈦酸鉀納米線、鈦酸鈉納米纖維、鈦酸鉀納米纖維、鈦酸鈉納米帶、鈦酸鉀納米帶中的任意一種。
下面就本發(fā)明的技術(shù)方案進行具體的舉例說明。
實施例1
一種新型納米陶瓷結(jié)合劑，其制備過程具體如下：
首先配制10mol/L的氫氧化鈉溶液，取氫氧化鈉溶液45mL，置于塑料燒杯中，磁力攪拌，使溶液充分均勻；然后稱取二氧化鈦粉末1.5g，溶于上述氫氧化鈉水溶液中，充分?jǐn)嚢?，直到成為均勻的乳白色混合溶液。將混合溶液加入到反?yīng)釜中，150℃保溫10h后自然冷卻至室溫，用去離子水充分洗滌，然后再經(jīng)離心、去離子水和無水乙醇洗滌、離心，干燥，并在馬弗爐中450℃下煅燒2h，即可得到鈦酸鈉納米線。
按照質(zhì)量比8:5:72:15的比例，分別稱取原料碳酸鈉、氫氧化鋁、二氧化硅和硼酸，將四種原料混合后，球磨至300目，壓制成塊體，將塊體用玻璃熔煉爐在1300℃進行熔融，加熱時間為1h，然后將熔體進行水淬，產(chǎn)物經(jīng)干燥、球磨、粉碎粒度小于200目，得到Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末。向上述Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末中，按照3％的添加量加入上述鈦酸鈉納米線，充分混合分散均勻，制得納米陶瓷結(jié)合劑。
對實施例1制得的納米陶瓷結(jié)合劑進行性能測試，結(jié)果表明，抗折強度達到最大98MPa，耐火度為700℃，與不添加相比抗折強度提高50％，燒結(jié)溫度降低135℃。
實施例2
一種新型納米陶瓷結(jié)合劑，其制備過程具體如下：
首先配制10mol/L的氫氧化鈉溶液，取氫氧化鈉溶液45mL，置于塑料燒杯中，磁力攪拌，使溶液充分均勻；然后稱取鈦片2.5g放到水熱反應(yīng)釜中，再將氫氧化鈉溶液加入水熱反應(yīng)釜中，在150℃下保溫12h，隨后自然冷卻至室溫，取出鈦片用去離子水沖洗，然后再經(jīng)離心、去離子水和無水乙醇洗滌、離心、干燥后，并在馬弗爐中450℃下煅燒2h，即可得到鈦酸鈉納米帶。
按照質(zhì)量比8:5:72:15的比例，分別稱取原料碳酸鈉、氫氧化鋁、二氧化硅和硼酸，將四種原料混合后，球磨至300目，壓制成塊體，將塊體用玻璃熔煉爐在1300℃進行加熱，加熱時間為1h，將加熱后的產(chǎn)物干燥、球磨、粉碎至200目，得到Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末。
向上述Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末中，按照3％的添加量加入上述鈦酸鈉納米帶，充分混合分散均勻，制得納米陶瓷結(jié)合劑。
對實施例2制得的納米陶瓷結(jié)合劑進行性能測試，結(jié)果表明，抗折強度達到最大95MPa，耐火度為710℃。
實施例3
一種新型納米陶瓷結(jié)合劑，其制備過程具體如下：
量取45mL乙醇，倒入100mL燒杯中，放在磁力攪拌器上劇烈攪拌，緩慢加入15mL鈦酸丁酯，待溶液穩(wěn)定后再繼續(xù)在強烈攪拌下逐滴加入15mL10mol/L的氫氧化鉀水溶液，繼續(xù)平穩(wěn)攪拌20min，然后靜置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即可得到鈦酸鉀納米纖維。
按照質(zhì)量比8:5:72:15的比例，分別稱取原料碳酸鈉、氫氧化鋁、二氧化硅和硼酸，將四種原料混合后，球磨至300目，壓制成塊體，將塊體用玻璃熔煉爐在1250℃進行加熱，加熱時間為1h，將加熱后的產(chǎn)物干燥、球磨、粉碎至200目，得到Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末。
向上述Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末中，按照1％的添加量加入上述鈦酸鉀納米纖維，充分混合分散均勻，制得納米陶瓷結(jié)合劑。
對實施例3制得的納米陶瓷結(jié)合劑進行性能測試，結(jié)果表明，抗折強度達到最大101MPa，耐火度為705℃，與不添加相比抗折強度提高55％，燒結(jié)溫度降低130℃。
實施例4
一種新型納米陶瓷結(jié)合劑，其制備過程具體如下：
首先配制10mol/L的氫氧化鈉溶液，取氫氧化鈉溶液45mL，置于塑料燒杯中，磁力攪拌，使溶液充分均勻；然后稱取二氧化鈦粉末2.0g，溶于上述氫氧化鈉水溶液中，充分?jǐn)嚢瑁钡匠蔀榫鶆虻娜榘咨旌先芤?。將混合溶液加入到反?yīng)釜中，150℃保溫6h后自然冷卻至室溫，用去離子水充分洗滌，然后再經(jīng)離心、去離子水和無水乙醇洗滌、離心，干燥，并在馬弗爐中430℃下煅燒1h，即可得到鈦酸鈉納米線。
按照質(zhì)量比8:5:72:15的比例，分別稱取原料碳酸鈉、氫氧化鋁、二氧化硅和硼酸，將四種原料混合后，球磨至400目，壓制成塊體，將塊體用玻璃熔煉爐在1250℃進行加熱，加熱時間為1h，將加熱后的產(chǎn)物干燥、球磨、粉碎至200目，得到Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末。
向上述Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑粉末中，按照3％的添加量加入上述鈦酸鈉納米線，充分混合分散均勻，制得納米陶瓷結(jié)合劑。
對實施例4制得的納米陶瓷結(jié)合劑進行性能測試，結(jié)果表明，抗折強度達到最大106MPa，耐火度為685℃，與不添加相比抗折強度提高63％，燒結(jié)溫度降低150℃。
以上所述實施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實施例，其保護范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。