关于金刚石线锯发展中的若干技术问题

超硬材料是朝阳行业。超硬材料的发展正处于加速进步阶段,当前从金刚石工具时代已经向功能时代过渡。根据金刚石线锯行业发展形势,指出了需要关注的几个核心技术问题,如通过改进电镀配方和工艺提高生产效率,以及创新性地寻找其他制造方法解决磨料结合强度的问题。为了提高产品标准化水平,针对当前行业内金刚石线锯专业术语使用混乱的现象,分析和介绍了标准化和规范化的相关要求。

化学气相沉积法合成金刚石的研究进展

为了更深入地了解化学气相沉积法合成金刚石,对化学气相沉积法合成金刚石的主要类型、合成的金刚石结构及主要形态和主要应用领域进行了综述。化学气相沉积法合成金刚石的方法可分为微波等离子体化学气相沉积法、热丝化学气相沉积法和直流电弧等离子体喷射化学气相沉积法。化学气相沉积法合成的金刚石的形态主要有金刚石单晶、微纳米级多晶金刚石膜和类金刚石膜。该法合成的金刚石主要用作钻石培育、刀具涂层、半导体器件材料、水处理电极材料以及其他功能材料。由于该合成金刚石在质量、尺寸、净度、功能等方面的众多优势,预计在未来几十年内,在产量上快速赶上高压高温法,在质量上超过高压高温法。为了加快化学气相沉积法合成金刚石的发展,应该从提高速率、提升质量、加大尺寸、细化功能四个方面深入开展化学气相沉积法合成金刚石的技术研发。

不同结合剂原料放电等离子烧结制备TiC/Ti3SiC2复合结合剂金刚石复合材料

分别以Ti/Si/2TiC混合粉体和Ti3SiC2单相粉体作为结合剂原料,采用放电等离子体烧结技术合成了TiC/Ti3SiC2结合剂金刚石复合材料,探讨不同的结合剂原料和保温时间对TiC/Ti3SiC2结合剂金刚石复合材料的物相构成、微观形貌以及磨削性能的影响。结果表明:采用Ti/Si/2TiC为结合剂原料,保温1 min时,会形成较多量的Ti3SiC2,Ti3SiC2基体与金刚石结合良好,二者之间没有孔隙;当保温5 min时,Ti3SiC2发生分解,基体主相转变为TiC,同时有一定量的Si,金刚石表面被侵蚀,形成凹凸不平的表面。采用Ti3SiC2为结合剂原料时,Ti3SiC2基体发生严重的分解,生成TiC和Si;金刚石与基体间存在一个过渡层,厚度约15μm。Ti/Si/2TiC为结合剂原料保温1 min时试样的磨耗比值最大,为1128。单相Ti3SiC2为结合剂的2个试样的磨耗比值约为100左右。

超硬材料包覆新技术研究综述

为了提高超硬材料工具或制品的性能并延长其使用寿命,对超硬材料进行表面包覆,不仅可以明显提高超硬材料与基体的机械结合强度,还具有改善超硬材料耐用性、热稳定性、分散性和抗氧化性能等作用。通常,超硬材料表面包覆的方法主要有化学镀、电镀、真空微蒸发镀、物理气相沉积、化学气相沉积等。采用超硬材料表面包覆新技术,包括熔盐处理、钎焊、溶胶凝胶法、异质外延生长、等离子体烧结、自蔓延烧结、静电纺丝等新技术实现了超硬材料的表面包覆,可以针对特定的使用目的和需求,采用不同的技术在超硬材料表面对组织结构、形貌、物理和化学成分进行复合设计、修饰和性能调控,对相关研究成果进行了综述。

静电纺丝制备金刚石/聚丙烯腈杂化复合纤维

为了改善金刚石在聚合物中的均匀分散性,并提高导热性能,以不同粒度的金刚石和聚丙烯腈(PAN)共聚物为原料,采用静电纺丝方法制备得到金刚石/PAN杂化复合纤维。通过改变纺丝溶液中金刚石的添加量,研究了不同金刚石含量及不同粒度的金刚石对金刚石/PAN杂化复合纤维形态和热性能的影响。研究结果表明,静电纺丝可以有效解决微米级金刚石在PAN聚合物中的分散问题,金刚石的粒度对纺丝的稳定性和连续性影响很大,粒度为0.5～1μm的金刚石经过纺丝可以有效地包覆在纤维中。当金刚石的粒度大于1～2μm时,纺丝时稳定性差,纤维中很少或几乎没有包覆金刚石颗粒。当金刚石粒度为0.5～1μm、实际质量分数为38.5wt%时,金刚石/PAN杂化复合纤维热导率最高,达到1.923W/(m·K)。

氮化硼系列材料的合成制备及应用研究进展

六方氮化硼(hBN)、立方氮化硼(cBN)和聚晶立方氮化硼(PcBN)等系列氮化硼材料,具有优异的耐热、高硬度等多种物理性能,应用领域广阔。hBN有许多产品形态,如微粉、纤维、陶瓷、薄膜和纳米材料等。hBN可以通过添加触媒,采用静态触媒法超高压高温合成cBN,cBN是硬度仅次于金刚石的超硬材料。利用cBN的超硬特性,cBN经超高压高温再进行烧结,制备PcBN,得到理想的机械加工刀具材料。以hBN、cBN和PcBN三种主要氮化硼系列材料为研究对象,综述了氮化硼系列材料的合成制备方法、性能及应用研究进展。建议重点研发的相关课题有:hBN、cBN和PcBN之间的关联性转变、hBN的绿色合成、粗粒度cBN的合成,以及高韧性PcBN的合成等。

Co/Al金属在聚晶立方氮化硼中的作用及加工适用性

通过正交试验和切削试验相结合的方法,检测聚晶立方氮化硼(PCBN)烧结体的硬度和强度,分析并观察烧结体组元相互熔渗状况以及微观形貌,探索了Co/Al金属对PCBN烧结体的影响以及不同结合剂含量PCBN的加工适应性。试验结果表明:CBN含量和Co含量对PCBN的抗弯强度和硬度影响显著;在刀具材料的选择上,高PCBN浓度的刀具适合加工灰铸铁,低PCBN浓度的刀具适合加工淬硬钢;Co/Al金属能够通过高温高压在PCBN层和硬质合金基体之间进行相互熔渗,导致PCBN层在距硬质合金10~20μm处Co含量达到最大值;PCBN的失效为穿晶断裂方式。

超硬材料合成方法、结构性能、应用及发展现状

为了对超硬材料有更深入的了解,对以金刚石和立方氮化硼为主的超硬材料的合成方法、发展历程、结构与性能及应用领域进行了综述。金刚石的合成方法主要有静压触媒高压高温法、化学气相沉积法、动压爆炸法或爆轰法。经过几十年的发展,我国超硬材料制造技术和装备已经处于国际先进水平。超硬材料除了硬度高之外,还有许多优良的物理力学和化学性能,广泛应用于磨具、刀具、锯切、钻进等超硬材料工具和新型功能材料。

ZrO2对陶瓷结合剂CBN磨具性能的影响

陶瓷结合剂立方氮化硼磨具具有高耐磨性、高切削效率、高耐热性、良好的自锐性以及较长的使用寿命。本文以Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2基础玻璃加入ZrO2来制备陶瓷结合剂,研究ZrO2加入量对立方氮化硼磨具性能的影响。结果表明:随着ZrO2含量的增加,结合剂的耐火度提高,高温流动性变差,且ZrO2能够促进玻璃相析晶;当ZrO2的含量为1%时,磨具试条的硬度达到HRB110.6,抗弯强度为68.23MPa,提高了27.9%,同时耐磨性急剧提高,磨耗比提高119%。

基于PcBN应用的立方氮化硼触媒法高压高温合成

聚晶立方氮化硼(PcBN)具有优异的高硬度、耐热和耐磨等多种物理性能,已经成为重要的刀具材料,应用领域广阔。立方氮化硼(cBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料,利用cBN的超硬特性,可以制成聚晶立方氮化硼。以六方氮化硼(hBN)为原料,经静态触媒法超高压高温反应,可以得到PcBN特殊要求的cBN。研究了hBN预处理后的粒度和结晶度,合成cBN的二阶升压工艺中暂停时间及台阶压力,诱导剂的添加等工艺变化对cBN合成的影响。采用N2气氛热压烧结法对hBN进行预处理,明显改变了hBN的结晶度,但是其粒度变化不大。对于粒度相近的hBN,其结晶度的变化对cBN合成结果影响更显著。采用较低结晶度的hBN合成cBN时转化率较高,cBN晶体的粒度相对较小,正是合成PcBN的理想原料。合成cBN时,台阶压力高,cBN成核较多;台阶压力低,成核少;台阶压力低时,晶粒较大,晶形明显变好。随着暂停时间的延长,cBN的成核率降低,产量减少,粒度明显增大,晶形完整率提高。通过添加B、Si或Ce等晶形诱导剂,可以调整cBN晶体的颜色、晶形和杂质含量等。为了得到用于制备PcBN的高质量cBN,控制合成工艺条件为:台阶压力4.0GPa,终态压力4.6GPa,暂停时间15s,合成温度1 390℃。

静电纺丝聚丙烯腈基杂化复合纤维制备及其应用研究现状

聚丙烯腈是用于静电纺丝的主要高分子聚合物原料,采用静电纺丝技术制备聚丙烯腈基杂化复合纤维,或再经预氧化炭化制备纳米碳纤维的研究已取得了许多有意义的成果。为了对静电纺丝制备聚丙烯腈基有机无机杂化复合微纳米纤维及其碳纤维更深入的了解,介绍了静电纺丝的相关基本原理和技术进展。对以聚丙烯腈为主要聚合物原料,添加或不添加其他有机及无机化合物,通过静电纺丝制备聚丙烯腈基杂化复合纤维的主要类型、改性方法和应用领域进行了综述。对聚丙烯腈基杂化复合纤维及其碳纤维开展了许多实际应用研究,主要应用领域集中在燃料电池、离子电池和电容器等新能源材料,卫生过滤材料,水处理及气体净化的吸附和光催化降解材料,催化剂载体材料,传感器材料,电磁波吸收和屏蔽材料。

镁基触媒合成立方氮化硼的研究

采用金属镁粉与六方氮化硼(HBN)为原料,按质量比1∶1的比例混合均匀后在700℃温度下进行氮化处理,得到氮硼化镁混合物,将其作为触媒和六方氮化硼在高温高压条件下合成立方氮化硼(CBN)。实验结果表明,氮硼化镁与1500℃条件下制备的HBN可合成出单产高、粗颗粒比例高的CBN单晶,其80/100粒度单晶冲击强度(TI值)可达到51.3%。

高压高温烧结PCBN的工艺参数及其切削性能研究

聚晶立方氮化硼有着优异的理化性能,是切削刀具的理想材料。通过高压高温烧结制造工艺,探究PCBN烧结工艺中温度与压力对其性能的影响,并将制备的PCBN刀具进行GCr15淬火钢切削实验。结果表明:压力在4.5~5.5 GPa范围内,PCBN的硬度和抗弯强度随着压力的升高而增加;烧结温度的升高使PCBN的硬度和抗弯强度在前期增加显著,当烧结温度到一定值时,PCBN的硬度和抗弯强度增加幅度平缓;合成温度和压力二者都低的条件下制备的PCBN,切削实验中切削路程较短,且刀具易崩刃失效。

PcBN复合材料及其用作刀具的发展现状研究

为了更深入地了解聚晶氮化硼复合材料及其用作刀具研究的发展现状,对氮化硼的多样性、聚晶氮化硼复合材料的制备、聚晶氮化硼刀具的发展历程和应用等进行了综述。氮化硼主要有六方氮化硼微晶、六方氮化硼纳米片、立方氮化硼超硬材料、聚晶立方氮化硼。聚晶氮化硼复合材料的合成方式有高压烧结和低压烧结两种,高压烧结已经应用于聚晶立方氮化硼刀具生产,而低压烧结在制备大块体尺寸的聚晶氮化硼复合材料时更有优势,应加快低压烧结技术的研发。

固相反应调控合成不同形貌的ZnO纳米晶体

用不同锌盐与氢氧化钠,通过固相反应合成ZnO纳米材料,研究不同原料配比、锌盐种类和表面活性剂对ZnO纳米晶体形貌的影响。用XRD、FE-SEM分析了ZnO产物的物相组成与显微形貌。研究结果表明:当锌盐与氢氧化钠的物质的量比为1∶2时,合成的ZnO晶体均呈颗粒状,以Zn(NO_3)_2和ZnCl_2为锌盐,得到的ZnO纳米晶体平均粒度分别为50nm和60nm,而以Zn(CH_3COO)_2为锌盐,得到的ZnO晶体粒度为80~620nm;当锌盐与氢氧化钠的物质的量比为1∶5时,以Zn(NO_3)_2和Zn(CH_3COO)_2为锌盐,合成的ZnO呈薄片状,以Zn(NO_3)_2为锌盐,得到的ZnO晶体片厚30nm,片长180nm,而以Zn(CH_3COO)_2为锌盐,得到的ZnO晶体片厚50nm,片长500nm,当锌盐为ZnCl_2时,其产物呈颗粒状,晶体粒度为120~400nm;原料中添加表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠),对产物的形貌有较大影响,以Zn(NO_3)_2为锌盐,与氢氧化钠的物质的量比分别为1∶2和1∶5时,可分别得到片状与颗粒状的ZnO。

六方氮化硼的合成及表征

以硼酸、三聚氰胺为原料,通过高温反应,在氮气气氛下制备出六方氮化硼(h-BN)样品。考察了硼酸与三聚氰胺物质的量比、焙烧温度对h-BN产率、纯度及形貌的影响。制备h-BN最佳工艺条件:硼酸与三聚氰胺物质的量比为4.0∶1,1 000℃焙烧2 h,1 400℃焙烧2 h。在此条件下h-BN产率为25%、纯度为97%、粒度约为250 nm。

前驱体法制备多形貌介孔h-BN

以硼酸和三聚氰胺为主要原料,经微波反应,制得了不同形貌h-BN样品,分别对样品的形貌、结构、纯度和吸附性能进行了表征。研究结果显示:与烘干干燥方式相比,冷冻干燥获得的样品更为细长,冷冻处理获得样品的长径比是烘干处理的3~6倍;与未添加表面活性剂的样品相比,添加表面活性剂制得的样品轮廓更为鲜明;添加盐不仅可以促进晶体生长,能使样品的形貌呈现多样性,可以产生方片状和原片状的纳米片。此外,该方法所得的h-BN具有较多的介孔,对亚甲基蓝具有较好的吸附能力,10 min吸附率高达91%以上。

六方氮化硼微晶的合成及其应用发展现状

六方氮化硼(hBN)具有与石墨类似的结构,密度小、热膨胀率低、透波、电绝缘、高导热、耐腐蚀、化学耐久性和热稳定性优良,可广泛应用在超硬材料、涂料、电子器件、润滑、化妆品等领域,是不可多得的功能材料。目前,hBN合成方法很多,行业内主要采取低温法和高温法。对hBN微晶材料进行功能修饰,可大幅度改善其与基体的相容性、润湿性,提高hBN复合材料的性能,拓展hBN的应用。以六方氮化硼为研究对象,综述了hBN的合成方法、功能改性、陶瓷制品制备方法和主要应用情况等。

水基抛光液的分散性改善方法和应用研究综述

基于微纳米级无机粉体磨料能够在其他材料中均匀分散的特性,以不同磨料的水基抛光液为代表,介绍了提高氧化铈、氧化铝和纳米金刚石3种抛光液分散性的方法,以及分散性的研究方法。采用球磨、超声处理、化学表面修饰和加入分散剂等方法,可以改善磨料的分散效果。以水基氧化铈抛光液、水基氧化铝抛光液和水基纳米金刚石抛光液为例,介绍了抛光液的制备、分散方法以及主要应用领域,并对比分析了不同磨料抛光液应用于微晶玻璃的抛光效果。

多形貌六方氮化硼的制备及其应用研究进展

六方氮化硼(hBN)是一种用途极广的新型陶瓷材料,具有高疏水性、导热、电绝缘、抗氧化、导热性、高化学稳定性、机械强度和储氢能力等特殊的物化性质,可广泛应用于多种研究领域。hBN具有多种不同形貌。本文按照形貌的不同分别介绍了hBN纳米片、纳米管、纳米纤维、纳米薄膜、微球以及特殊形貌hBN的合成方法及研究现状。分析了hBN制备过程中存在的不足,展望了多形貌hBN合成的发展趋势。