无机高分子结合剂在超硬材料制品中应用

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1、无机高分子结合剂在超硬材料制品中应用□文/黄曦陕西德谦科技有限公司前言伴随着环境污染的恶化和石油资源的日趋枯竭，以丰富而廉价的无机矿物质为原材料，制备无毒、耐高温、耐老化、高强度、而且多功能化的无机材料，越来越多地取代有机材料，成为当今材料学研究的重要方向之一。无机合成与制备在固体化学和材料化学研究中占有重要的地位，是化学和材料科学的基础学科。无机合成与制备化学的宗旨是制造新物质。在实际的固体化学和材料化学研究领域里，无机合成与制备化学研究分散在各自具体的研究之中，然而，无机合成与制备化学学科本身

2、的系统而规律性的研究必将促进固体化学和材料化学研究的发展。无机高分子结合剂正是超硬材料制品中利用其新的凝聚态和聚集态以及具有可控性能的新材料。在绿色(节能、高效、洁净、经济)工艺路线应用的指导原则下，以超硬材料制品领域在现有的原材料（金刚石、立方氮化硼），以无机高分子材料为结合剂和其它辅料，采用合理的、科学的、先进的工艺复合技术，为提高我国超硬材料制品的质量、应用领域、快速推广，提供一种节能、高效、洁净与经济性的应用方向与前沿方法。目前还没有以无机高分子结合剂在超硬材料制品基础性研究论文和综述的发

3、表。本研究从09年开始在无机高分子结合剂系列在超硬材料应用方面做了些初步的探索工作，积累了一定的经验。本文力争比较全面地对无机高分子结合剂在超硬制品这类材料进行总结，为后续的研究工作提供一个借鉴。1无机高分子结合剂简述1.1无机高分子新材料的概念及发展现状无机高分子，又称为无机聚合物，属于无机化学和高分子化学之间古老而新兴的交叉学科。传统无机化学中许多内容属于无机聚合物如：金刚石、石墨、二氧化硅、玻璃、陶瓷、氧化硼等。第一届国际无机聚合物会议（1961）将之定义为：凡在主链上不含碳原子的多聚化合物

4、，称谓无机聚合物。此定义相当于将离子晶体和固态金属也包括进去了。因此，一般定义为：主链由非碳原子共价键结合而成的巨大分子。无机聚合物是由非碳原子(N、P、O、S等杂原子)组成的大分子物质,原子间主要以共价键相结合,形成与有机聚合物中的碳链相类似的杂原子主链。与有机聚合物相比,无机聚合物具有许多独特的性能，问世以来，一直受到人们的关注。国内外研究基本上集中在：以有机桥基和金属离子为单元，构筑各类具有功能特性的聚合物。国内外前沿领域：设计合成有机配体，组装具有纳米孔洞的金属-有机纳米笼、金属-有机纳米

5、管、金属-有机纳米线以及一维、二维或三维的新型无机聚合物。无机聚合物的范围非常广泛，随着研究深入，不断地向高性能化、多功能化、精细化、智能化发展。新型无机聚合物将成为集金属、陶瓷和有机聚合物于一身的新型材料。1.2无机高分子材料简介1.2.1无机高分子材料的组成及形成原理无机高分子结合剂的化学成份为类聚合铝硅酸盐，其聚合物缩聚成高分子，聚合度较高；是由Si、Al、O、P、N为主链，引入CH3-、C-C6H6-、NH2-、CH2=CH-元素或基团等链节通过共价键或离子键构成的。无机高分子聚合材料是通

6、过对新型无机高分子聚合物合成、规律及性能的研究，采用纳米笼技术设计，利用无机高化学活性组分的化合物作为前驱体在碱（酸）催化剂的存在下，在液体化学中溶解络合、分散迁移、自组装配位桥联，在能量动态反应机理控制过程中分离和表征出大量的中间态产物，从而获得具有良好的力学性能和物理形态上呈三维空间网络结构的化学稳定性。1.2.2无机高分子材料的性能应用简介无机高分子结合剂的化学组成是以非碳元素通过共价键或离子键构成主链的无机高分子。其由尺度为纳米级的粒子堆积桥联聚合固化而成，它在较低温度下固结就能达到致密化

7、，同时它的小尺寸效应、表面和界面效应，量子尺寸效应和量子隧道效应，使得它具有独特的性能，它的出现将有助于解决无机高分子结合剂的强化和增韧问题。具体地说无机高分子材料具有以下独特性能：1)粒径小、比表面积大和高的化学性粘结，提高产品性能；反应性低温固结，节约能源；2)使材料的组成结构致密化、均匀化，改善材料组织的性能，提高使用的可靠性；3)可以从量子数量级上控制材料的成分和结构，有利于充分发挥无机高分子材料的潜在性能，使无机高分子结合剂材料的组织结构和性能的定向设计成为可能。低温（＜180℃）反应固

8、结后，粘结性强、机械强度大、断裂能大、韧性好、耐温耐蚀耐磨、膨张系数小、理化性能稳定，满足作为超硬材料制品所必需的条件，另外在制作固结磨具、涂附磨具、刹车材料、耐温保温材料、结构性材料等制品比众多其它传统材料不但质量提高，而且还具有传统材料所不具有的独特功能。在固结磨具的应用中，高速陶瓷、重负荷磨具（＞100m/s）已经开始应用，并且对于以前按传统方法解决不了的固结磨具问题，无机高分子结合剂的介入，反而使问题简单；由于无机高分子结合剂的剥离强度优异，在涂附磨具上也在进行试用；无机高