正文 8.2 超硬材料陶瓷磨具的原材料(2 / 3)

(1)玻璃料的調整

一般根據超硬磨料陶瓷磨具的性能要求,玻璃料的調整主要從以下幾個方麵:

①增加玻璃料對超硬磨料的潤濕性:資料介紹,堿金屬及堿土金屬氧化物對金剛石的潤濕性影響與陽離子半徑大小有關。堿金屬離子半徑越大,潤濕性越差;堿土金屬氧化物陽離子半徑大的,潤濕性較好,即Ba2+>Ca2+>Mg2+,Cd2+>Zn2+。玻璃中加入TiO2、V2O5也有助於改善潤濕性,而CoO的加入使潤濕性變差,以Na2O、PbO取代B2O3會使潤濕性更差。玻璃熔體對CBN的潤濕規律,大體上與對金剛石的相似。但PbO代替B2O3會使潤濕性改善,Na2O代替K2O的玻璃熔體能更好地潤濕CBN。

②降低軟化熔融溫度和減小熱膨脹係數:玻璃中堿金屬氧化物多,有利於降低其軟化溫度,但會增大玻璃熔體的熱膨脹係數。SiO2在玻璃狀態時含量多會降低熱膨脹係數,但會升高玻璃熔體的熔融、軟化溫度。因此,在實際設計過程中,應綜合考慮。

③提高強度和硬度:玻璃熔體的強度主要決定於其化學成分,一般來說鍵強大的玻璃熔體的強度也大。

玻璃熔體的硬度決定它的化學成分,一般石英玻璃熔體和含有10%~12%B2O3的硼矽酸鹽玻璃硬度最大,多鉛或堿性氧化物玻璃的硬度小。玻璃的晶化有利於提高其硬度和耐磨性。

各種氧化物在玻璃料中作用不同。SiO2、B2O3、P2O5等在玻璃中為網絡形成體氧化物,在玻璃中能形成各自特有的網絡係統。Li2O、Na2O、K2O、CaO、BaO等一般處於網絡之外,是“遊離氧”的提供者,起斷網作用。而Al2O3、ZnO、BeO、TiO2等的作用介於網絡形成體和網絡外體之間,同時存在奪取和給出“遊離氧”的傾向,一般電場強度大,奪取能力大,電場強度小,給出能力大。

玻璃料的製備過程是先將各種組成原料按規定的比例稱量和混合,然後在高溫下熔煉、冷卻、粉碎而成。玻璃料的粉碎粒度應滿足不同種類結合劑的要求。結合劑的粒度要求不大於磨料粒度的1/6~1/4,含水量小於5%。

(2)玻璃料所用原料

熔製玻璃料所用原料可以是工業礦物原料、化工原料,或者化學試劑,主要有以下幾種:

①石英:石英的主要成分是SiO2,是往玻璃中引入SiO2來製造硼矽玻璃的主要原料,純度一般要求達到98%~99%。

②硼酸(H3BO3):硼酸熔點148℃,易溶於熱水。工業純硼酸加熱脫水即成硼酐(B2O3),硼酐密度2.46g/cm3,熔點460℃。硼酸是向製造硼矽酸鹽玻璃中引入B2O3的主要原料。

③硼砂(Na2B4O7·10H2O):硼砂也是製造硼矽酸鹽玻璃中引入B2O3的原料。但由於硼砂會引入較多的鈉離子,增大玻璃的熱膨脹係數,所以一般較多地使用硼酸而少用硼砂。

④氧化鋁(Al2O3):白色粉末,密度為3.65~3.70g/cm3,熔點2050℃。工業氧化鋁是向玻璃中引入氧化鋁的主要原料,純度要求不小於98.5%。

⑤氧化鋅(ZnO):氧化鋅密度為5.68g/cm3,熔點1975℃。它與硼酐形成硼鋅玻璃,在磨具燒成過程中起助熔作用。玻璃料中ZnO成分一般用工業純(ZnO>95%)原料引入。

⑥氧化鋇(BaO):氧化鋇密度為5.72g/cm3,熔點1923℃。引入氧化鋇,可以降低結合劑的耐火度,改善結合劑和磨料的黏結性能及提高磨具強度。玻璃料中BaO成分可以由BaO、BaCO3、Ba(OH)2·8H2O等原料引入。