一種研磨材料的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種研磨材料的制造方法，包括制備碳化硼，其中制備碳化硼包括如下步驟：(1)碳納米管的純化與分散處理；(2)合成原料準(zhǔn)備；(3)原料的化學(xué)反應(yīng)及熱處理；(4)超高壓合成；(5)殘余應(yīng)力消除。根據(jù)該方法可以制成耐磨性良好的研磨材料。
【專利說明】一種研磨材料的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種研磨材料的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硼(boron carbide)，又名一碳化四硼，分子式為B4C,通常為灰黑色粉末。碳化硼俗稱人造金剛石，其相對(duì)密度2.52，熔點(diǎn)2350°C，沸點(diǎn)> 3500°C，顯微硬度> 3500kgf/_2，抗彎強(qiáng)度> 400Mpa，是一種有很高硬度的硼化物。與酸、堿溶液不起反應(yīng)，容易制造而且價(jià)格相對(duì)便宜。廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)材料的磨削、研磨、鉆孔及拋光，金屬硼化物的制造以及冶煉硼鈉、硼合金和特殊焊接等。
[0003]碳化硼具有高化學(xué)位、中子吸收、耐磨及半導(dǎo)體導(dǎo)電性。是對(duì)酸最穩(wěn)定的物質(zhì)之一，在所有濃或稀的酸或堿水溶液中都穩(wěn)定。
[0004]由于碳化硼是一種比碳化硅或碳化鎢還要硬的固體，在很久以前它已經(jīng)作為一種粗砂研磨材料。由于它本身熔點(diǎn)高，不易鑄成人工制品，但是通過高溫熔煉粉末，它可以加工成簡單的形狀。用于硬質(zhì)合金、寶石等硬質(zhì)材料的磨削、研磨、鉆孔及拋光。但是如何合成性能優(yōu)異的碳化硼材料一直是本領(lǐng)域技術(shù)人員致力解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種研磨材料，其具有良好的高耐磨性。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的研磨材料的制造方法包括制備碳化硼，其中制備碳化硼包括如下步驟:
[0007](1)碳納米管的純化與分散處理:
[0008]多壁或者單壁的碳納米管采用丙酮浸泡清洗，純化工藝如常規(guī)方法，然后將碳納米管放置于混合溶液中進(jìn)行超聲波振蕩分散，最后放入烘箱內(nèi)烘干；
[0009](2)合成原料準(zhǔn)備:
[0010]合成原料配方:質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5~5%分散后的碳納米管，其兩倍摩爾比的氧化硼，粘接劑為18~22%，余量為粒徑范圍5μm~20μm的金剛石微粉，硬質(zhì)合金基體；在使用之前金剛石微粉進(jìn)行表面凈化處理和預(yù)石墨化，硬質(zhì)合金基體和粘接劑進(jìn)行表面凈化處理；使用的其他輔助材料進(jìn)行相應(yīng)的清洗處理；組裝前的葉臘石塊、葉臘石環(huán)必須除去水分；將金剛石微粉、粘接劑和碳納米管混合料，先用無水乙醇濕混，烘干后干混制成混合原料；
[0011](3)原料的化學(xué)反應(yīng)及熱處理:
[0012]將混合原料加熱至溫度為620~680°C，時(shí)間為0.5~1.5h ;然后，將反應(yīng)后的原料放置在溫度為80~100°C的烘箱中保存?zhèn)溆茫?br> [0013](4)超高壓合成:
[0014]將合成塊放置于葉臘石塊模具中，在模具外加裝上葉臘石環(huán)、導(dǎo)電鋼圈和觸媒片，在六面頂壓機(jī)中進(jìn)行超高壓高溫合成實(shí)驗(yàn)；合成工藝參數(shù)為:燒結(jié)溫度1450~1600°C，燒結(jié)壓力5~6GPa，保溫保壓時(shí)間為3~5分鐘；
[0015](5)殘余應(yīng)力消除:
[0016]將合成后產(chǎn)品進(jìn)行真空時(shí)效退火。
[0017]所述的混合溶液為200ml無水乙醇+0.1~1.0g十二烷基硫酸鈉混合溶液中。
[0018]所述的六面頂壓機(jī)為鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)，合成中采用液相傳壓方式。
[0019]所述的硬質(zhì)合金基體和粘接劑的表面凈化處理是指:首先將結(jié)合表面進(jìn)行打磨拋光處理，抹去結(jié)合表面的氧化層和坑穴，直至露出新鮮表面，然后進(jìn)行去油、水洗、超聲波清洗、紅外烘干，最后裝入干凈器皿中備用。
[0020]所述的粘接劑為鉆片和欽片。
[0021]上述步驟(3)原料的化學(xué)反應(yīng)及熱處理:真空處理完畢后，將合成塊放置在烘箱中保存?zhèn)溆?，烘箱溫度?0~100°C。
[0022]采用上述技術(shù)方案的碳化硼的制備方法，經(jīng)過半濕混使碳納米管與金剛石微粉以及粘接劑等彌散地均勻地混合在一起成為聚晶金剛石層的原材料，將它與硬質(zhì)合金基體，通過高溫高壓燒結(jié)工藝和適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に囍圃斐蔀樘技{米管增強(qiáng)的roc，該材料是具有高抗沖擊韌性、高耐磨性、高熱穩(wěn)定性的復(fù)合材料。經(jīng)過對(duì)于PDC沖擊破壞和熱損傷的研究與分析，利用纖維增強(qiáng)理論，通過加入適量分散的碳納米管和材料熱處理技術(shù)，在不降低PDC耐磨性的基礎(chǔ)上，大幅提高PDC材料的抗沖擊韌性和穩(wěn)定性?？箾_擊韌性提高幅度100 %~1000 %。該碳化 硼應(yīng)用于制備高速高精度切削各種有色金屬的切削刀具或者切削刃中。鑰杯、鑰片和碳管的作用是定型。
[0023]本發(fā)明通過上述制造方法，制備了一種具有高耐磨性的碳化硼，進(jìn)而制備性能優(yōu)異的研磨材料。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]用于形成研磨材料的碳化硼的制備方法包括如下步驟:
[0027](I)碳納米管的純化與分散處理
[0028]多壁或者單壁的碳納米管采用丙酮浸泡清洗，純化工藝如常規(guī)方法，然后將碳納米管放置于200ml無水乙醇+0.5g十二烷基硫酸鈉混合溶液中，進(jìn)行超聲波振蕩分散，最后放入烘箱內(nèi)烘干；
[0029](2)合成原料準(zhǔn)備
[0030]合成原料配方:質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%分散后的碳納米管，其兩倍摩爾比的氧化硼，粒徑范圍5~10 μ m的金剛石微粉，粘接劑為22%，硬質(zhì)合金基體；在使用之前金剛石微粉必須進(jìn)行表面凈化處理和預(yù)石墨化，硬質(zhì)合金基體、鈷片、鈦片原輔材料，首先將結(jié)合表面進(jìn)行打磨拋光處理，抹去結(jié)合表面的氧化層和坑穴，直至露出新鮮表面，然后進(jìn)行去油、水洗、超聲波清洗、紅外烘干，最后裝入干凈器皿中備用；使用的其他輔助材料也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的清洗處理；組裝前的葉臘石塊、葉臘石環(huán)必須先進(jìn)行焙燒處理，以除去葉臘石中的水分；將金剛石微粉、粘接劑和碳納米管混合料，先用無水乙醇濕混，烘干后干混，保存混合原料；
[0031](3)原料的化學(xué)反應(yīng)及熱處理[0032]將混合原料加熱至溫度為620~680°C，時(shí)間1.5h，然后將反應(yīng)后的原料放置在烘箱中保存?zhèn)溆?，烘箱溫度?0°C ；
[0033](4)超高壓合成
[0034]將合成塊放置于由葉臘石塊模具中，在模具外加裝上葉臘石環(huán)、導(dǎo)電鋼圈和觸媒片，在鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)中進(jìn)行超高壓高溫合成實(shí)驗(yàn)；合成中采用液相傳壓方式，合成工藝參數(shù)為:燒結(jié)溫度1450，燒結(jié)壓力5GPa，保溫保壓時(shí)間為3分鐘；
[0035](5)殘余應(yīng)力消除
[0036]將合成后產(chǎn)品進(jìn)行真空時(shí)效退火。
[0037]樣品效果:利用磨削碳化硅砂輪方法測定I3DC的磨耗比約為2.70461 X 105 ;利用重錘沖擊法測試的抗沖擊韌性,單次沖擊功1.4J，樣品平均沖擊次數(shù)為13次。
[0038]實(shí)施例2:
[0039]用于形成研磨材料的碳化硼的制備方法包括如下步驟:
[0040](1)碳納米管的純化與分散處理
[0041]多壁或者單壁的碳納米管采用丙酮浸泡清洗，純化工藝如常規(guī)方法，然后將碳納米管放置于200ml無水乙醇+0.1g十二烷基硫酸鈉混合溶液中，進(jìn)行超聲波振蕩分散，最后放入烘箱內(nèi)烘干；
[0042](2)合成原料準(zhǔn)備
[0043]合成原料配方:質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%分散后的碳納米管，其兩倍摩爾比的氧化硼，粒徑范圍15~20 μ m的金剛石微粉，粘接劑為20%，硬質(zhì)合金基體；在使用之前金剛石微粉必須進(jìn)行表面凈化處理和預(yù)石墨化，硬質(zhì)合金基體、鈷片、鈦片原輔材料，首先將結(jié)合表面進(jìn)行打磨拋光處理，抹去結(jié)合表面的氧化層和坑穴，直至露出新鮮表面，然后進(jìn)行去油、水洗、超聲波清洗、紅外烘干，最后裝入干凈器皿中備用；使用的其他輔助材料也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的清洗處理；組裝前的葉臘石塊、葉臘石環(huán)必須先進(jìn)行焙燒處理，以除去葉臘石中的水分；將金剛石微粉、粘接劑和碳納米管混合料，先用無水乙醇濕混，烘干后干混，保存混合原料；
[0044](3)原料的化學(xué)反應(yīng)及熱處理
[0045]將混合原料加熱至溫度為620~680°C，時(shí)間lh，然后，將反應(yīng)后的原料放置在烘箱中保存?zhèn)溆?，烘箱溫度?0°C ；
[0046](4)超高壓合成
[0047]將合成塊放置于由葉臘石塊模具中，在模具外加裝上葉臘石環(huán)、導(dǎo)電鋼圈和觸媒片，在鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)中進(jìn)行超高壓高溫合成實(shí)驗(yàn)；合成中采用液相傳壓方式，合成工藝參數(shù)為:燒結(jié)溫度1500°C，燒結(jié)壓力5.5GPa，保溫保壓時(shí)間為5分鐘；
[0048](5)殘余應(yīng)力消除
[0049]將合成后產(chǎn)品進(jìn)行真空時(shí)效退火。
[0050]樣品效果:利用磨削碳化硅砂輪方法測定I3DC的磨耗比約為2.70461 X 105 ;利用重錘沖擊法測試的抗沖擊韌性,單次沖擊功1.4J，樣品平均沖擊次數(shù)為14次。
[0051]實(shí)施例3:
[0052]用于形成研磨材料的碳化硼的制備方法包括如下步驟:
[0053](1)碳納米管的純化與分散處理
[0054]多壁或者單壁的碳納米管采用丙酮浸泡清洗，純化工藝如常規(guī)方法，然后將碳納米管放置于200ml無水乙醇+1.0g十二烷基硫酸鈉混合溶液中，進(jìn)行超聲波振蕩分散，最后放入烘箱內(nèi)烘干；
[0055](2)合成原料準(zhǔn)備
[0056]合成原料配方:質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%分散后的碳納米管，其兩倍摩爾比的氧化硼，粒徑范圍10~20 μ m的金剛石微粉，粘接劑為18%，硬質(zhì)合金基體；在使用之前金剛石微粉必須進(jìn)行表面凈化處理和預(yù)石墨化，硬質(zhì)合金基體、鈷片、鈦片原輔材料，首先將結(jié)合表面進(jìn)行打磨拋光處理，抹去結(jié)合表面的氧化層和坑穴，直至露出新鮮表面，然后進(jìn)行去油、水洗、超聲波清洗、紅外烘干，最后裝入干凈器皿中備用；使用的其他輔助材料也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的清洗處理；組裝前的葉臘石塊、葉臘石環(huán)必須先進(jìn)行焙燒處理，以除去葉臘石中的水分；將金剛石微粉、粘接劑和碳納米管混合料，先用無水乙醇濕混，烘干后干混，保存混合原料；
[0057](3)原料的化學(xué)反應(yīng)及熱處理
[0058]將混合原料加熱至溫度為620~680°C，0.5h，然后，將反應(yīng)后的原料放置在烘箱中保存?zhèn)溆?，烘箱溫度?00°C ；
[0059](4)超高壓合成
[0060]將合成塊放置于由葉臘石塊模具中，在模具外加裝上葉臘石環(huán)、導(dǎo)電鋼圈和觸媒片，在鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)中進(jìn)行超高壓高溫合成實(shí)驗(yàn)；合成中采用液相傳壓方式，合成工藝參數(shù)為:燒結(jié)溫度1550°C，燒結(jié)壓力6GPa，保溫保壓時(shí)間為4分鐘；
[0061](5)殘余應(yīng)力消除
[0062]將合成后產(chǎn)品進(jìn)行`真空時(shí)效退火。
[0063]樣品效果:利用磨削碳化硅砂輪方法測定I3DC的磨耗比約為2.70461 X 105 ;利用重錘沖擊法測試的抗沖擊韌性,單次沖擊功1.4J，平均沖擊次數(shù)為34次。
[0064]當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種研磨材料的制造方法，包括制備碳化硼，其特征在于，制備碳化硼包括如下步驟: (1)碳納米管的純化與分散處理: 多壁或者單壁的碳納米管采用丙酮浸泡清洗，純化工藝如常規(guī)方法，然后將碳納米管放置于混合溶液中進(jìn)行超聲波振蕩分散，最后放入烘箱內(nèi)烘干； (2)合成原料準(zhǔn)備: 合成原料配方:質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5~5%分散后的碳納米管，其兩倍摩爾比的氧化硼，粘接劑為18~22%，余量為粒徑范圍5 μ m~20 μ m的金剛石微粉，硬質(zhì)合金基體；在使用之前金剛石微粉進(jìn)行表面凈化處理和預(yù)石墨化，硬質(zhì)合金基體和粘接劑進(jìn)行表面凈化處理；使用的其他輔助材料進(jìn)行相應(yīng)的清洗處理；組裝前的葉臘石塊、葉臘石環(huán)必須除去水分；將金剛石微粉、粘接劑和碳納米管混合料，先用無水乙醇濕混，烘干后干混制成混合原料； (3)原料的化學(xué)反應(yīng)及熱處理: 將混合原料加熱至溫度為620~680°C，時(shí)間為0.5~1.5h ;然后，將反應(yīng)后的原料放置在溫度為80~100°C的烘箱中保存?zhèn)溆茫? (4)超高壓合成: 將合成塊放置于葉臘石塊模具中，在模具外加裝上葉臘石環(huán)、導(dǎo)電鋼圈和觸媒片，在六面頂壓機(jī)中進(jìn)行超高壓高溫合成實(shí)驗(yàn)；合成工藝參數(shù)為:燒結(jié)溫度1450~1600°C，燒結(jié)壓力5~6GPa，保溫保壓時(shí)間為3~5分鐘； (5)殘余應(yīng)力消除: 將合成后產(chǎn)品進(jìn)行真空時(shí)效退火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨材料的制造方法，其特征是:所述的混合溶液為200ml無水乙醇+0.1~1.0g十二烷基硫酸鈉混合溶液中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨材料的制造方法，其特征是:所述的六面頂壓機(jī)為鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)，合成中采用液相傳壓方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的研磨材料的制造方法，其特征是:所述的硬質(zhì)合金基體和粘接劑的表面凈化處理是指:首先將結(jié)合表面進(jìn)行打磨拋光處理，抹去結(jié)合表面的氧化層和坑穴，直至露出新鮮表面，然后進(jìn)行去油、水洗、超聲波清洗、紅外烘干，最后裝入干凈器皿中備用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的研磨材料的制造方法，其特征是:所述的粘接劑為鈷片和鈦片。
【文檔編號(hào)】C01B31/36GK103803551SQ201310545589
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】張翠 申請(qǐng)人:溧陽市江大技術(shù)轉(zhuǎn)移中心有限公司