一種陶瓷結合劑金剛石復合材料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，特別涉及一種界面結合性較好的陶瓷結合劑金剛石復合材料。
【背景技術】
[0002]金剛石硬度和熔點極高，熱導率高，熱容小，熱膨脹率低，是一種性能極其優良的超硬材料，但是金剛石燒成時擴散系數很低，單一的金剛石并不能制成生產應用中所需的金剛石制品。因此，在工業生產中，一般通過其他材料，也就是通常所說的各類結合劑，通過各種方式把金剛石結合到一起，來制備可以投入實際應用的各類金剛石復合材料。陶瓷結合劑金剛石復合材料是一類重要的金剛石基復合材料，在工業各領域中均具有廣泛的應用。
[0003]目前，對于陶瓷結合劑與金剛石界面結合方面的研究比較少，對其陶瓷結合劑與金剛石之間的結合機理認識還比較淺，這制約了新型陶瓷結合劑金剛石復合材料研究進展。Zhang X H等人研究了金剛石與硼硅玻璃體系結合劑的潤濕性和反應性。李旭燕、栗正新等人研究了金剛石陶瓷結合劑界面結合對金剛石把持力的影響。楊雪峰等探索了提高陶瓷結合劑對于金剛石顆粒界面結合力的兩種可行方法，一種方法是提高陶瓷結合劑的硬度，另一種方法是在金剛石顆粒表面涂覆一層氧化鋁層。張小福等通過掃描電子顯微鏡對復合材料微觀形貌的分析，以及復合材料的物相分析來研究復合材料中金剛石顆粒與陶瓷結合劑的界面結合情況。Wang P F等研究了Na20-B203_Si02系陶瓷結合劑與金剛石復合材料的界面結合情況，并分析了 Zn0，Fe203等添加劑對復合材料界面性能的影響。本發明沒有采用氧化物添加或者研究基礎配方來提高界面結合性，而是通過添加低熔點金屬銅來改善兩者界面結合性。
【發明內容】
[0004]本發明主要通過研究基礎陶瓷結合劑成分，低熔點金屬銅添加劑對陶瓷結合劑的性能影響，以及結合劑與金剛石之間界面潤濕性、物相成分、界面結合強度等界面結合行為的影響，并通過X衍射儀、SEM等測試手段分析其界面結合狀況，確定了本發明的陶瓷結合劑成分與添加劑最優添加量，從而改善了結合劑與金剛石間的界面結合狀態，提供了一種界面結合性較好的陶瓷結合劑金剛石復合材料。
[0005]本發明通過如下技術得以實現，
[0006]—種陶瓷結合劑金剛石復合材料，原料組分及其質量比為陶瓷結合劑:金剛石顆粒:陶瓷粘結劑=20:100:7;
[0007]陶瓷結合劑的原料組分及其質量百分比含量為:S1235wt%?45wt%、H3B0320wt% ?30wt%、Na2C〇3 2wt%?6wt%、Li2C〇3 4wt% ?8wt%、Al2〇3 4wt%?8wt%、CaO 10wt%?20wt%，在此基礎上外加銅粉末3.5￥丨％?4.5￥七％ ;
[0008]上述陶瓷結合劑金剛石復合材料的制備方法，具有如下步驟:
[0009](I)按原料組分及其質量百分比含量:S12 35wt%?45wt%、H3B0320wt%?30wt%、Na2C03 2wt%?6wt%、Li2C〇3 4wt%?8wt%、Al2〇3 4wt%?8wt%、CaO 10wt%?20wt %進行配料，放入球磨機干磨6小時，球料比為2:1，過篩；
[0010](2)將步驟(I)過篩后的原料在電阻爐中于1300°C煅燒，之后水冷淬火，制得玻璃熔料；
[0011](3)將步驟(2)淬火后的玻璃熔料干燥，粉碎，球磨，過篩，得到基礎陶瓷結合劑粉末；
[0012](4)在步驟(3)的基礎陶瓷結合劑中，外加質量百分比含量為3.5?4.5%的銅粉末，制得本發明的陶瓷結合劑；
[0013](5)將步驟(4)的陶瓷結合劑與金剛石顆粒、陶瓷粘結劑按20:100:7的質量比混合，干壓成為坯體，然后將坯體在高溫燒結爐中燒結至750°C，之后室溫自然冷卻，制得陶瓷結合劑金剛石復合材料。
[0014]所述銅粉末為質量純度99.9%的金屬銅粉末。
[0015]所述陶瓷粘結劑為石蠟。
[0016]所述步驟(I)的原料過100目篩。
[0017]所述步驟(3)的玻璃熔料過250目篩。
[0018]所述步驟(4)的銅粉末的外加質量百分比含量為4%。
[0019]所述步驟(4)的陶瓷結合劑的耐火度為647°C，流動性為300%，結合劑與金剛石顆粒潤濕角15°。
[0020]所述步驟(5)的溫度制度為:310°C以下升溫速率為3°C/min，于310°C保溫90min;310°C 到 520°C 升溫速率為 4°C/min，于 520°C 保溫 30min;520°C 到 750°C 升溫速率為 2°C/min，于 750°C 保溫 120min。
[0021 ]所述步驟(5)的坯體為30毫米X 6毫米X 4毫米的矩形條狀坯體。
[0022]本發明提供了一種成本低廉、工藝簡單、綜合性能優良、界面結合性較好的陶瓷結合劑金剛石復合材料。該復合材料中Cu添加量為4wt%，耐火度為647°C，流動性為300%，結合劑與金剛石顆粒潤濕角15°，750 °C燒結后復合材料強度為56.24MPa。
【附圖說明】
[0023]圖1為實施例1添加4wt.%Cu的掃描電鏡微觀形貌圖；
[0024]圖2為實施例1添加4wt.%Cu和不添加Cu的復合材料XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0025]本發明所用原料均為市售化工原料，下面結合具體實施例對發明作進一步的說明。
[0026]實施例1
[0027]1.用電子天平稱取硼酸10克、二氧化硅7克、氧化鋁2克、碳酸鋰1.5克、碳酸鈉1.5克、氧化鈣2.5克，放入球磨罐中，用氧化鋁球為介質，按照原料:氧化鋁球的質量比為2:1，干磨6小時，將干磨后的粉料過100目篩；
[0028]2.過篩后的粉料在電阻爐中于1300 0C煅燒，水冷淬火，得到玻璃熔料；
[0029]3.將淬火后的玻璃熔料干燥，粉碎，球磨，最后過250目篩，得到基礎陶瓷結合劑；
[0030]4.將高純度金屬銅粉末(99.9%)加入到基礎陶瓷結合劑粉末中，外加量為4wt.% ,得到陶瓷結合劑；
[0031 ] 5.稱取陶瓷結合劑與金剛石顆粒及陶瓷粘結劑混合，干壓成為坯體，陶瓷結合劑:金剛石顆粒:陶瓷粘結劑=20:100:7;還體尺寸為30mmX6mmX4mm，成型壓力100kN，保壓時間5至1s，于750°C燒結，之后室溫自然冷卻，制得陶瓷結合劑金剛石復合材料。
[0032]本發明制品的測試方法如下:
[0033]采用三點彎曲法進行抗