cbn超硬材料磨用低温陶瓷结合剂的设计实验

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1、CBN超硬材料磨用低温陶瓷结合剂的设计实验本实验中要求设计一种适用于超硬磨料的陶瓷结合剂，要求其抗折强度大于60MPa，膨胀系数小于7×10-6/℃,烧结温度不高于950℃。通过配方设计、高温熔制、制样、烧结温度范围测试直至烧结后测试样品的热膨胀系数、抗折强度测试等等。了解设计一种新的超硬磨料陶瓷结合剂需要考虑的多方面的影响因素，从而提高分析问题、解决问题的能力。实验目的：设计一种低温高强度的CBN砂轮陶瓷结合剂。实验流程如下：玻璃组成的设计与配合料的制备→玻璃料的熔制→试样的制备→压制成型→烧结温度范围的测定→烧结→试样相关性能测试（热膨胀系数、抗折强度）一

2、、玻璃组成的设计与配合料的制备配料是根据设计的玻璃成分和选择的原料的化学组成来计算的。为得到指定性能的玻璃，玻璃的熔制需要反复实验多次，并多次修改玻璃成分，以达到合乎要求的玻璃性能。因此要根据实验结果反复改变配方，及时调整原来组成及其质量配比。设计配方时，应注意原料中所含水分的变动，要确切地掌握原料的化学成分，然后按所要求的玻璃成分，并根据各种原料的化学成分计算配方。同时根据试验中相关性能测试所用试样的质量及实验过程中的损耗量，确定原料的总用量。根据现有实验条件，运用相关专业知识，查阅大量相关文献，并理论计算相关性能的契合度，设计配方如下：SiO2A1203B

3、203K20Na20Li20CaOMgO整体摩尔质量60.110269.694.26229.856.140.3质量百分数%48.2119.6313.752.457.62.233.562.57100摩尔组分80.2163119.245119.755752.60084912.258067.4832216.3458116.377171154.2823摩尔百分数%51.9932112.4739512.804941.6857737.9452194.8503444.1131184.133444100膨胀系数（10^-6）4.444-40.8601725140261366.

4、961826组分膨胀系数（10^-8)214.2452-78.5211.82737124.9530457.9846.2815.42696.1826温度系数11.21.251110.50.60.456895抗拉强度系（Mpa）0.90.50.650.10.220.171.2835确定玻璃的类型为硼酸盐玻璃体系。（A）相关计算1、膨胀系数（干福熹法计算）《玻璃工艺学》计算得ψ=-0.72595<4，又SiO2含量为48.21%，则α（B2O3）=12.4*(4-ψ)=8.0172*10-7α（SiO2）=35+0.5*(67-a)=44.44*10-7整体膨胀系数

5、计算公式为2、熔制温度《无机材料专业实验指导书》τ=(SiO2+A1203)/（Na20+K20+0.5B203）=4.00827表1不同τ对应的熔制温度τ值6.05.54.84.23.8熔制温度oC1450-146014201380-14001320-13401260-1280查表知熔制温度约为1320oC3、抗折强度抗折强度指模局在受到弯曲应力作用时不发生破裂的极限能力。大约相当于抗拉强度的3-3.5倍。玻璃的化学组成对其强度的贡献符合加法法则。抗拉强度为71.2835MPa，则抗张强度213.8505-249.4923MPa4、耐火度K=（a1B203+

6、a2K20+a3Na20+a4Na20+a5Li20+a6CaO）/(b1SiO2+b2A1203)=0.456895表2结合剂耐火度与熔融温度系数K的关系K1．101．000．980．940．90O．860．820．780．74耐火度(℃)635650675684696707713730742K0．700．660．620．580．540．500．480.440．46耐火度(℃)768765776788800811817830850查表估算结合记得耐火度在830与850℃之间，符合小于950℃的条件。综上，理论计算符合各性能要求。（B）原料分类及作用玻璃原料的

7、分类：主要原料和辅助原料。主要原料，是指想玻璃中引入各种组成氧化物的原料，如：石英砂、氧化硼、碳酸钙、硝酸钠、氧化镁、硼酸、碳酸锂、氧化铝等。辅助原料，是指使玻璃获得某些必要的性质和加速熔制的原料。用量少，却很重要。有澄清剂、着色剂、乳浊剂、氧化剂、助熔剂（加速剂）等、。各组分的影响及作用：（一）引入酸性氧化物的原料1、引入SiO2的原料：SiO2相对分子质量：60.1，相对密度：2.4~2.65。SiO2是重要的玻璃形成氧化物，以硅氧四面体[SiO4]的结构组元形成不规则的连续网络，成为玻璃的骨架。单纯的SiO2可以在1800℃以上的高温下，熔制成石英玻璃（

8、SiO2的熔点是1713℃）。在钠-钙