cBN磨具用微晶玻璃结合剂的制备与研究

论文摘要

本文就cBN磨料、cBN磨具的发展和微晶玻璃的制备做了详细系统的综述。依据cBN砂轮的要求，选用氟硅酸盐微晶玻璃做为研究对象，选用CaF2为晶核剂，利用分析纯的原料，采用烧结法制备了晶相为富含氟的碱钙硅石微晶玻璃，采用了XRD、SEM等手段对微晶玻璃的结构和性能进行了研究。实验结果表明：在720℃晶化2h后，在CaF2晶体的基础上析出了硅碱钙石晶体和富含氟的硅碱钙石。其中硼酸含量为11%时，经850℃烧结的微晶玻璃结合剂的强度最大，对应的抗折强度为94.13MPa。晶体为随机取向,尺寸为2.5μm以内互锁的板条状晶体。此时的断裂韧性也最好，其KIC值为0.4386MPa·m1/2。用烧结法制备微晶玻璃，烧结制度对微晶玻璃的性能有很大的影响。对于研究体系，液相烧结温度为850℃,保温2h；晶化温度为750℃，晶化2h为最合适的热处理制度。该条件下的得到的微晶玻璃有由于晶体各向异性，该微晶玻璃有很高的抗弯强度和硬度及断裂韧性。立方氮化硼遇到空气中的氧，在800℃以上反应形成氧化硼，它会在立方氮化硼的表面表面形成一层氧化膜，能够防止立方氮化硼的进一步氧化。当温度超过1000℃后，随着氧化层的挥发，空气中的氧气就会进一步侵蚀立方氮化硼，使其破坏。立方氮化硼磨具在空气中烧结，温度不宜超过900℃，烧结温度越低越有利于保护磨料不受损失，从而提高磨削效率。选用11%H3BO3掺量的微晶玻璃直接作cBN磨具的结合剂，发现其膨胀系数大，润湿性差，强度不高等。通过加入低熔点的硼硅酸盐玻璃可以提高结合剂对磨粒的润湿性，提高结合强度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 献综述
• 1.1 立方氮化硼（cBN）砂轮
• 1.1.1 立方氮化硼（cBN）
• 1.1.2 立方氮化硼（cBN）砂轮研究状况和发展方向
• 1.2 cBN砂轮结合剂
• 1.2.1 树脂结合剂cBN砂轮
• 1.2.2 金属结合剂cBN砂轮
• 1.3 陶瓷结合剂cBN砂轮
• 1.3.1 普通陶瓷结合剂 cBN 砂轮
• 1.3.2 cBN陶瓷结合剂种类
• 1.3.2.1 铅玻璃
• 1.3.2.2 硼玻璃
• 1.3.2.3 铝硼硅酸盐玻璃
• 1.4 微晶玻璃结合剂
• 1.4.1 微晶玻璃
• 1.4.1.1 微晶玻璃的形成
• 1.4.1.2 均匀成核
• 1.4.1.3 非均匀成核
• 1.4.1.4 晶体长大
• 1.5 微晶玻璃的制备工艺
• 1.6 微晶玻璃的性能
• 1.7 微晶玻璃的应用
• 1.8 微晶玻璃结合剂研究状况
• 1.9 耐火度的影响
• 1.10 膨胀系数的影响
• 1.11 烧成工艺对强度的影响
• 1.12 课题研究的目的和意义
• 1.13 课题研究的主要内容
• 第二章 试验
• 2.1 基础玻璃配方
• 2.2 制备工艺
• 2.2.1 原材料的选择
• 2.2.2 基础玻璃制备工艺流程图
• 2.2.3 基础玻璃的熔制
• 2.2.4 实验设备与仪器
• 2.3 性能测试
• 2.3.1 流动性
• 2.3.2 耐火度
• 2.3.3 膨胀系数
• 2.3.4 抗弯强度
• 2.3.5 显微硬度
• 2.3.6 断裂韧性
• 2.3.7 密度
• 2.3.8 差热分析
• 2.3.9 物相分析
• 2.3.10 显微结构分析
• 第三章 微晶玻璃结合剂结构和性能的研究
• 3.1 基础玻璃化配方的选定
• 3.1.1 配方的筛选
• 3.1.2 配方的选择
• 3.2 配方改进
• 3.2.1 差热分析
• 3.2.2 微晶玻璃结合剂的耐火度和流动性
• 3.2.3 微晶玻璃结合剂收缩率与密度
• 3.2.4 微晶玻璃结合剂的力学性能
• 3.2.5 显微硬度
• 3.2.6 断裂韧性
• 3.2.7 XRD
• 3.2.8 SEM 分析
• 3.3 小结
• 第四章 烧结工艺的研究
• 4.1 烧结理论
• 4.2 热处理制度
• 4.3 晶化工艺对试样性能和微观结构的影响
• 4.4 小结
• 第五章 cBN磨料的热分析
• 5.1 立方氮化硼热失重分析
• 5.2 小结
• 第六章 微晶玻璃用作cBN磨具结合剂的研究
• 6.1 磨具配方的确定
• 6.2 磨具制备工艺的确定
• 6.3 磨具试样的结构和性能分析
• 6.4 加入填料
• 6.4.1 加入硼酸
• 6.4.2 加入低熔点的硼玻璃
• 6.5 小结
• 结果和展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历