低烧结温度锂铝硅微晶玻璃结合剂的研究

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精密加工对于机械制造行业的发展起到至关重要的作用。超硬磨具种类繁多,用途各异,可以对各种材料进行高精度加工,它的研究对于国家发展具有重要意义。微晶玻璃结合剂金刚石磨具属于超硬磨具的一种,具有高磨削效率、高加工精度、使用寿命长等诸多优点,被广泛应用于各种材料的生产加工。微晶玻璃结合剂金刚石磨具的性能主要受到微晶玻璃结合剂的影响,因此,具有低烧结温度、与金刚石相匹配的热膨胀系数、以及高抗折强度的微晶玻璃结合剂的制备是研究的重点。本文选取Li2O-Al2O3-Si O2体系微晶玻璃作为基础,该体系微晶玻璃的特点是热膨胀系数在很大范围内可调。设计了MgO/B2O3含量变化、Zn O/MgO含量变化以及微晶玻璃结合剂和金刚石共烧等研究方案。通过综合热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)分析、红外光谱(FTIR)分析、高温显微镜(HSM)分析、扫描电子显微镜(SEM)分析、热膨胀系数测试、抗折强度测试等方法,对微晶玻璃结合剂以及结合剂与金刚石复合烧结体的结构与性能进行分析。结果表明:(1)在660~740℃烧结温度下微晶玻璃中均析出了锂辉石和β-锂辉石两种晶体。烧结温度升高,β-锂辉石的析出量增加,微晶玻璃的热膨胀系数呈现波动式增长,最小值为2.95×10-6K-1,最大值为3.68×10-6K-1。烧结温度升高,微晶玻璃的抗折强度降低,在660℃烧结时抗折强度取得最大值,为85.97 MPa。(2)烧结温度为660℃时,随着MgO/B2O3增加,微晶玻璃中析出的β-锂辉石晶体逐渐减少,并出现了新的晶体镁橄榄石。晶体种类的变化使微晶玻璃的热膨胀系数增加。微晶玻璃的晶粒尺寸先减小后增加,晶粒尺寸最小时,对应的抗折强度最大,达到110.52 MPa。(3)微晶玻璃在640~720℃烧结温度下均析出了锂辉石和镁橄榄石两种晶体。随着烧结温度的增加,锂辉石并未向β-锂辉石转变,微晶玻璃的热膨胀系数逐渐增大,抗折强度先增大后减小。烧结温度为660℃时抗折强度取得最大值110.52MPa。(4)烧结温度为660℃时,随着Zn O/MgO增加,微晶玻璃中析出的β-锂辉石晶体逐渐增加,热膨胀系数减小至3.53×10-6K-1。同时微晶玻璃中的缺陷和裂纹数量增加,抗折强度先增大后减小,最大值达到111.63 MPa。(5)润湿角测试表明微晶玻璃结合剂与金刚石颗粒能够进行润湿,SEM图像显示微晶玻璃结合剂确实对金刚石颗粒有很好的包覆效果。随着烧结温度升高,复合烧结体中析出的晶体种类不变,含量也没有明显变化,在700℃时,一部分金刚石转化为石墨。随着烧结温度升高,复合烧结体的抗折强度先增大后减小,最佳烧结温度相比微晶玻璃结合剂向低温方向偏移。最大抗折强度在烧结温度为640℃时达到,为99.54 MPa。
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