溶胶—凝胶原位法成型砂轮的微晶玻璃结合剂研究

发布时间：2017-09-26 15:35

  本文关键词：溶胶—凝胶原位法成型砂轮的微晶玻璃结合剂研究

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【摘要】：传统精密磨削用的陶瓷结合剂砂轮由于超细磨料易团聚和结合剂颗粒较粗等原因,使得所制备的砂轮微观结构较粗大,均匀性差,导致砂轮磨削性能不够理想。为此,本论文采用溶胶-凝胶法来制备Li_2O-ZnO-Al_2O_3-SiO_2系多组分溶胶,研究了电解质、固含量、pH值、体系温度和外加剂DMF等因素对溶胶的凝胶行为的影响；进而制备了Li_2O-ZnO-Al2O3-SiO_2微晶玻璃结合剂材料,研究了ZnO、ZrO_2和P_2O_5含量及晶化温度对结合剂的收缩率、析晶行为、显微结构、抗弯强度和热膨胀系数等的影响,所得主要结果如下：获得以下研究结果：1、电解质的加入对SiO_2溶胶稳定性的影响顺序为ZrOCl2·8H_2O (NH_4)_2HPO_4Zn(NO3)2·6H_2O。当pH=1.5时,多组分溶胶的粘度和凝胶时间分别达到最小值18mPa.s和最大值150min,溶胶的粒径最小为327.0nm。当固含量为50-55wt%时,凝胶时间大概在40-60min左右。当体系温度为90℃2时,溶胶的浊度和粘度分别达到最大值156NTU和15.2mPa.s,初始凝胶时间最短为20min,当温度为70～80℃时,溶胶的凝胶时间为40-60min左右。添加N,N-二甲基甲酰胺(DMF)能有效改善凝胶在干燥过程的开裂问题,确定DMF的最佳实验用量为10vol%,可以满足原位凝胶成型砂轮工艺所要求的凝胶条件。2、ZnO、ZrO_2和P_2O_5加入对结合剂的性能影响均较大,ZnO加入量为10m01%时,结合剂的收缩率最大,抗弯强度达到最大值为86MPa; ZrO_2含量为4m01%,且晶化工艺为900℃/2h时,结合剂中析出了Li_2ZnSiO_4和m-Zr02晶相,晶体的数量较多,晶粒尺寸较小,抗弯强度最大为104MPa,热膨胀系数最小为11.3×10~(-6)/℃；P_2O_5含量为3mo1%时,结合剂中析出热膨胀系数较小的β-锂辉石固溶体和β-石英固溶体晶相,结合剂的抗弯强度达到最大值为98MPa,热膨胀系数最小为6.7x 10~(-6)/℃。虽然添加4mol% ZrO_2的结合剂的抗弯强度较高,但是考虑到结合剂与磨料之间热膨胀系数的匹配程度,最终选择添加3mol% P_2O_5的结合剂作为最优配方。3、采用溶胶-原位凝胶法制成金刚石/微晶玻璃结合剂复合坯体,经600℃/1h和900-℃2h烧结后,结合剂对金刚石的包覆率接近100%,金刚石磨料与结合剂的结合紧密,且结合剂经热处理后析出微晶体,对提高微晶玻璃结合剂金刚石磨具的强度具有重要作用。
【关键词】：溶胶 微晶玻璃结合剂 砂轮 原位凝胶成型 热处理工艺
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG743
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-29
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 陶瓷结合剂14-21
• 1.2.1 陶瓷结合剂简介14-16
• 1.2.2 微晶玻璃16-20
• 1.2.3 微晶玻璃的制备工艺20-21
• 1.2.4 微晶玻璃的结构及性能21
• 1.3 溶胶-凝胶法概述21-27
• 1.3.1 溶胶-凝胶法的基本反应原理22
• 1.3.2 胶体稳定的DLVO理论22-24
• 1.3.3 溶胶的凝胶化过程24-27
• 1.4 微晶玻璃的研究现状27-28
• 1.5 研究意义及内容28-29
• 第2章 实验29-37
• 2.1 实验材料与设备29-31
• 2.1.1 材料选择与作用29-30
• 2.1.2 实验设备及仪器30-31
• 2.2 制备工艺31-34
• 2.2.1 微晶玻璃体系的选择31
• 2.2.2 微晶玻璃的配方设计31-32
• 2.2.3 结合剂多组分溶胶和凝胶的制备32-34
• 2.2.4 结合剂干凝胶的热处理34
• 2.3 测试与表征34-37
• 2.3.1 溶胶的性能测试与表征34-35
• 2.3.2 结合剂干凝胶的性能测试与表征35-37
• 第3章 多组分溶胶的凝胶行为研究37-49
• 3.1 引言37
• 3.2 多组分溶胶的制备37-38
• 3.3 多组分溶胶的稳定性及其凝胶机理38-48
• 3.3.1 电解质对溶胶性能的影响38-40
• 3.3.2 pH值对多组分溶胶性能的影响40-42
• 3.3.3 固含量对多组分溶胶性能的影响42-44
• 3.3.4 温度对多组分溶胶性能的影响44-46
• 3.3.5 N,N-二甲基甲酰胺对多组分溶胶稳定性的影响46-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 溶胶原位成型砂轮用微晶玻璃结合剂研究49-71
• 4.1 引言49
• 4.2 ZnO含量对结合剂性能的影响49-52
• 4.2.1 ZnO含量对结合剂流动性的影响49-51
• 4.2.2 ZnO含量对结合剂抗弯强度的影响51-52
• 4.3 晶核剂ZrO_2对结合剂结构和性能的影响52-58
• 4.3.1 ZrO_2含量对结合剂流动性的影响52-53
• 4.3.2 ZrO_2含量对结合剂高温性能的影响53-54
• 4.3.3 ZrO_2含量对结合剂晶相和显微结构的影响54-56
• 4.3.4 ZrO_2含量对结合剂抗弯强度的影响56-58
• 4.4 晶核剂P_2O_5对结合剂结构和性能的影响58-62
• 4.4.1 P_2O_5含量对结合剂流动性的影响58-59
• 4.4.2 P_2O_5含量对结合剂高温性能的影响59
• 4.4.3 P_2O_5含量对结合剂晶相及显微结构的影响59-61
• 4.4.4 P_2O_5含量对结合剂抗弯强度的影响61-62
• 4.5 晶化温度对结合剂结构和性能的影响62-68
• 4.5.1 晶化温度对结合剂析晶情况的影响62-64
• 4.5.2 晶化温度对结合剂显微结构的影响64-66
• 4.5.3 晶化温度对结合剂热膨胀系数的影响66-68
• 4.6 微晶玻璃结合剂与金刚石结合界面的显微结构分析68-69
• 4.7 本章小结69-71
• 结论71-73
• 参考文献73-80
• 致谢80-81
• 攻读硕士期间发表的论文81

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本文编号：924328