叶腊石、白云石对陶瓷结合剂磨具微观结构和性能的影响正文大学学位论文.doc

1引言 陶瓷磨具自1877年诞生以来，就被广泛应用于食品、日用化工、机械制造、电子、建筑等各个行业领域，成为我国经济建设中不可缺少的工具。在磨料磨具行业中陶瓷磨具占有相当大的比例，用量占50%以上。是磨具中占主导地位的产品之一。陶瓷磨具具有磨削锋利，自锐性好，耐热性好，使用寿命长，修整容易，耐油，耐水，耐酸，耐碱，耐老化，适合不同冷却液条件下的粗磨、精磨和超精磨削等的应用，是磨具产品中最重要的一类。陶瓷结合剂磨具是以陶瓷原料为结合剂,将松散的磨料粘结起来,固结成一定形状，具有磨削性能的陶瓷砂轮，广泛应用于机械制造行业，如喷气发动机，水压汽轮机，轴承部件等。随着我国机械工业的迅速发展，陶瓷磨具行业的竞争趋于激烈，价格、使用性能等是企业竞争和在市场中赖以生存的必然条件。因此，我国大多数生产厂家采用传统的生产方式制作陶瓷结合剂磨具，所用磨料为单一粒度，采用一般的粘土、长石类烧结结合剂，采用这种简单的制作工艺可降低磨具的生产成本，但磨具的使用性能却较差，尤其是结合剂把持磨料的强度低，磨料过早脱落而不能充分展现其自锐性。解决这一问题的方法国内不少学者作过一些研究，如在结合剂中加入金属粉末，利用金属的延展性来缓解磨料周围应力现象，防止产生裂纹。但这种方法对普通陶瓷结合剂磨具来说生产成本太高。如何在传统生产工艺条件不变、产品成本也基本保持不变的情况下，生产出性能优良的产品是我们本课题研究的主要目的。 从无机材料的长期研究结果知道，材料的工艺参数、结构、性能之间有密切的关系。在一定的工艺条件下，原材料的选择对磨具的性能有直接的关系。材料选择合适时制品中会形成针状的二次莫来石晶相，二次莫来石具有较低的膨胀系数和较高的抗蠕变性，它构成陶瓷中玻璃基质的骨架，骨架的强度可以明显改变玻璃相基质的强度，从而提高陶瓷制品力学性能，通常希望陶瓷制品中莫来石晶相的晶粒大小均匀或有较多的网状莫来石；可减小玻璃体和磨料膨胀系数存在的差异，从而减少微裂纹，达到提高结合剂强度的目的。本文根据以上思路主要针对不同原材料对普通陶瓷结合剂磨具性能的影响作了一系列实验研究。 高温陶瓷磨具主要是用粘土、长石为结合剂，在1300℃左右烧结而成。磨具的微观结构中主要有磨料、玻璃相、晶相和气相，其中，脆性较大的玻璃体中总存在有热应力，在磨料周围产生大量的微裂纹，裂纹使磨具在使用过程中磨料过旱的脱落而不能充分展现其自锐性，这是国内磨具与国外磨具相比使用性能差的主要原因。磨具产生裂纹主要发生在两个阶段：一是低温加热干状态阶段，如果坯体收缩较大，尤其是对大规格磨具很容易使坯体内产生热应力而导致开裂；另一是缓冷阶段，结合剂已有塑性转变成了脆性，如果玻璃体的膨胀系数大，与磨料的膨胀系数匹配性差，更容易在坯体内产热应力而引发微裂纹，降低结合剂把持磨料的强度。 传统粘土、长石为结合剂的磨具中，由于粘土含有较高的结晶水，在低温加热过程中脱水较快，坯体尺寸收缩也较大，低温加热干状态阶段磨料周围已产生微裂纹。在传统陶瓷原料中，叶腊石硬度低，质软而富于脂肪感，含有较少的结晶水，加热过程中脱水缓慢，且膨胀系数较小，是制造要求尺寸准确或热稳定性好的制品的优良原料。白云石在陶瓷坯料中可降低陶瓷制品的烧成温度，促进石英的溶解和莫来石的生成，尤其是在烧结后冷却时玻璃体中会析出一定量的针状莫来石。莫来石具有较低的热膨胀系数，玻璃体中如能生成一定量的莫来石晶相，一方面可以缩小结合剂和磨料膨胀系数之间的差距，同时还可提高结合剂本身的强度。根据以上思路，本文针对就如何减少由热应力而导致磨具使用性能差这一问题，在结合剂原料选择和工艺上进行了调整，研究了在粘土、长石质结合剂中引入叶腊石和白云石对碳化硅磨具微观结构和性能的影响。本次研究是在现行的工艺条件下，逐次改变原有结合剂的成分，再分别引入叶腊石和白云，得到实验用结合剂。改变后的各结合剂与原结合剂在相同条件下，先对各组成结合剂本身性能进行实验评价。然后，再按照磨具配比要求分别制备不同种试样，最后测定各磨具试样的性能指标。从而研究了在粘土、长石质结合剂中引入叶腊石和白云石对磨具的微观结构和性能的影响。 2实验条件 2．1主要实验设备及仪器 表1 实验过程中的仪器名称、型号及用途 仪器设备名称 型号 主要用途 分析天平 TG328A(S) 精确称量原料 电子天平 HC-TP11-10 原料准确称量 测温三角锥模具 标准锥模 制作测温锥用 耐火度测定炉 常用炉 测定耐火度 万能拉力实验机 550KN 测抗折强度 冲击强度实验机 小型 测抗冲击强度 增力电动搅拌器 JJ-1 原料混合分散 鼓风电热恒温干燥箱 FN101-2A 干燥胚体 马弗炉 SRJX-4-13 烧结坯