[发明专利]一种陶瓷基体立方氮化硼复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷制备方法，具体是一种陶瓷基体立方氮化硼复合材料制备方法。

背景技术

目前，立方氮化硼和金刚石都是获得工业应用的重要超硬材料；由于金刚石和立方氮化硼具有不同的化学结构和性能，二者应用领域和加工对象存在不同的差异；金刚石高温容易氧化，特别是与铁系元素亲和性好，不适合用于铁系元素黑色金属加工；立方氮化硼热稳定性优于人造金刚石，在高温下仍能保持足够高的力学性能和硬度，具有很好的红硬性;立方氮化硼结构稳定，具有高的抗氧化能力，化学稳定性好，尤其是立方氮化硼在高达1100-1300摄氏度的温度下也不与铁族元素起化学反应；与金刚石相比，立方氮化硼特别适合于加工黑色金属材料。

但是，立方氮化硼同金刚石一样，主要以复合材料形态获得应用；具体的是把立方氮化硼与金属、陶瓷或树脂等基体复合制备成复合材料；其中，陶瓷基体立方氮化硼复合材料近年来发展迅速；

陶瓷基体立方氮化硼复合材料的主要品种有砂轮、油石、研磨条、磨盘和磨头等；这些立方氮化硼复合材料制品己在工具、汽车、轴承、机床、航天、军工等行业中得到了不同程度的应用；但是，陶瓷基体立方氮化硼复合材料主要用于磨具制造，原料处理和制备工序非常复杂，加工制造难度大，最终产品性能不易控制；目前，陶瓷基体立方氮化硼复合材料的陶瓷结合剂磨具发展缓慢、产品质量低、应用效果不理想；结合剂烧结后最终成为陶瓷基体，而决定陶瓷结合剂磨具性能的关键是结合剂的性能；也就是说，制备陶瓷基体立方氮化硼复合材料采用的陶瓷基体结合剂是最终影响陶瓷磨具的重要因素；除所用超硬材料和主要辅料不同以外，制备陶瓷基体立方氮化硼复合材料与制备陶瓷基体金刚石复合材料的工艺流程基本相同；

目前，制备陶瓷磨具采用的陶瓷基体结合剂主要成份有玻璃料和粘土，如氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、硅酸盐等；把这些结合剂经过熔炼、粉碎、过筛后与立方氮化硼磨料混配混合在一起，再用粘接剂水玻璃、有机糊精等润湿混合、拌匀、压制成型、干燥、气氛炉烧结、冷却等工序加工而成；为了提高陶瓷结合剂的性能和可加工性，人们开发研究了很多方法，开发了低熔点高强度纳米陶瓷结合剂，具有良好的加工性；

但是，传统玻璃料和粘土结合剂高温熔炼法制备陶瓷基体立方氮化硼复合材料，成型得到立方氮化硼磨具方法存在的多种不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种陶瓷基体立方氮化硼复合材料制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种陶瓷基体立方氮化硼复合材料制备方法，所述陶瓷含有氧化铝和具有钙钦矿结构的锶的氧化物，锶的氧化物含有Sr_aA_bO_c和Sr_XE_YO_z，其中，A为钽或铌，E为钴、铁和锰中的一种，a值为1.5-2.5，b值为1.5-2.5，c值为6.5-7.5，X值为0.9-1.1，Y值为0.9-1.1，Z值为2.7-3.3；所述陶瓷韧性为6-8MPa.m^1/2，抗摔次数为10-15次；所述陶瓷红绿值为0.06-0.07，蓝黄值为0.032-0.02，陶瓷表面反射光强度L为43-44；

所述陶瓷制备方法包括以下步骤：

1）将含有基体材料、添加剂、增韧剂、黑色染色剂的陶瓷原料与烧结助剂在有机溶剂中混合均匀，然后加入粘结剂混合均匀，得到混合浆料A；其中，基体材料为氧化铝，添加剂含有碳酸锶，增韧剂为五氧化二担和/或五氧化二铌，黑色染色剂为碳酸钻和碳酸铁的混合物和/或碳酸锰，分散剂为羟丙甲纤维素；所述混合浆料A中，其重量配比为：添加剂为1-4份，增韧剂为0.2-3份，黑色染色剂0.5-5份，烧结助剂0.2-0.5份，粘结剂为0.4-0.6份；

2）将混合浆料A干燥除去有机溶剂，得到球形粉体B；

3）将含氢的直链形聚硅氧烷、直链形乙烯基聚硅氧烷、环聚形四甲基四乙烯基聚硅氧烷按照质量比2:1:1混合，制成聚硅氧烷复合物，得到产物C；

4）将铝源化合物5份、含硅化合物4份、蒸馏水10份，按照3:2:120摩尔比混合，再加入盐酸0.4份，调整其pH值2-3，在60-80摄氏度温度条件下，反应2小时，聚合得到硅铝复合物溶胶溶液，得到产物D；

5）将产物C、产物D混合后，加入聚硅氧烷固化交联剂1份、立方氮化硼15份、短切玻璃纤维2份和刚玉2份，混合并搅拌，得到溶液E；