[发明专利]一种陶瓷结合剂的溶胶凝胶制备方法

说明书

本发明涉及一种陶瓷结合剂的溶胶凝胶制备方法，包括：1)取醋酸锌、醋酸锆溶于醋酸溶液中制成混合液A；取硝酸钠、硝酸锂、硝酸铝溶于硼酸溶液中制成混合液B；2)取钛酸四丁酯加入无水乙醇中制成溶液，加入混合液A，超声条件下保温反应制成溶胶A；3)先在酸性硅溶胶中加入混合液B混合均匀，再加入溶胶A制成混合溶胶；4)超声条件下，在混合溶胶中加入氨水使体系pH达到5以上，制得湿凝胶；5)将所得湿凝胶干燥、烧结，冷却即得。该制备方法通过顺利合胶促进陶瓷结合剂各成分在分子水平混合均匀，晶粒粒度小，反应活性高，耐火度大幅降低，高温流动性得到明显改善；烧结后形成的气孔细小均匀，组织均一无缺陷，力学强度高。

技术领域

本发明属于陶瓷结合剂技术领域，具体涉及一种陶瓷结合剂的溶胶凝胶制备方法。

背景技术

磨具是用以磨削、研磨和抛光的工具，在人们的日常生活、工业生产中应用广泛。一般情况下，磨具由磨料、结合剂和气孔三要素组成，磨料是磨具的骨架，硬度大，不易破碎，主要作用是磨削；结合剂主要用来粘结磨料，使其成为特定的形状并具有一定的强度和自锐性，并在磨削过程中对磨料起把持作用；气孔是指存在于磨料、结合剂之间的间隙，具有容屑、断屑、储存冷却液、润滑、排除热量的作用。上述三要素中，结合剂的性能直接影响磨具的强度、硬度、自锐性、磨削效率和使用寿命，这就要求结合剂具有高韧性、高强度、与磨料之间无明显化学反应且与磨料的热膨胀系数相匹配的特点。结合剂按照成分不同可分为树脂结合剂、金属结合剂和陶瓷结合剂。陶瓷结合剂是采用低熔点的矿物玻化料制成的无机结合剂；与树脂结合剂、金属结合剂相比，采用陶瓷结合剂的磨具具有耐高温、不易变形、自锐性好、磨削精度高、易修整的特点；陶瓷结合剂在烧结过程中会产生气孔且气孔可调，化学性质稳定。基于上述优点，陶瓷结合剂磨具在磨削加工行业中具有越来越明显的优势，成为新一代高效、高速、高精、低成本、低污染的高性能磨具。

陶瓷结合剂常用的基础玻璃体系主要有铅玻璃系、硼硅酸盐玻璃系、硼铝硅酸盐玻璃系等，制备方法有干混、湿混及高温熔融法。由于磨料在高温条件下容易被氧化而失去磨削性能，陶瓷结合剂的耐火度不能太高；为了获得低烧成温度的磨具，需要在基础玻璃体系中加入助熔剂等添加剂，这又会影响结合剂的强度和韧性。研究发现，结合剂的粒度越小，颗粒的比表面积和表面活化能越高，反应活性越强，也能降低结合剂的耐火度，因此人们尝试将纳米材料引入陶瓷结合剂中，以降低烧结温度，如在基础玻璃体系中加入纳米添加剂，或是采用纳米粉体替代基础玻璃体系中的部分成分。但是纳米材料在粉体中易团聚、不易分散，依靠简单地干混、湿混很难在结合剂中均匀分布，结构不均一的陶瓷结合剂会造成磨具在烧结成型时结合松散、组织均匀性差、分相甚至开裂，难以发挥纳米材料降低耐火度的优势，获得高性能陶瓷结合剂磨具。

发明内容

本发明的目的是提供一种低耐火度高强度陶瓷结合剂的溶胶凝胶制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种陶瓷结合剂的溶胶凝胶制备方法，包括以下步骤：

1)取醋酸锌、醋酸锆溶于醋酸溶液中，制成混合液A；

取硝酸钠、硝酸锂、硝酸铝溶于硼酸溶液中，制成混合液B；

2)取钛酸四丁酯加入无水乙醇中制成溶液，缓慢加入步骤1)所得混合液A，在38℃-43℃及超声条件下保温反应20-30min，制成溶胶A；

3)在50-60℃条件下，先在酸性硅溶胶中加入步骤1)所得混合液B，混合均匀后再加入步骤2)所得溶胶A，制成混合溶胶；

4)在78-83℃条件及超声条件下，在步骤3)所得混合溶胶中加入氨水，使体系pH达到5以上，制得湿凝胶；

5)将步骤4)所得湿凝胶在100-120℃干燥4-6h，再升温至280-300℃干燥2-3h，然后升温至500-520℃烧结2-4h，冷却即得。