硅烷偶联剂对金刚石表面改性研究

用硅烷偶联剂KH550的醇水溶液和甲苯溶液分别对金刚石表面进行改性,研究了两种表面改性方法对金刚石表面性质的影响.结果表明,两种表面改性方法均可实现KH550与金刚石表面的化学结合,改变其表面Zeta电位,减少金刚石之间的团聚,且KH550甲苯溶液改性效果优于KH550的醇水溶液.

Ni对金刚石磨具陶瓷结合剂性能的影响

采用粉末冶金法制备了不同Ni含量的金刚石磨具陶瓷结合剂。通过SEM、EDS、XRD、TG-DSC、三点弯曲等分析方法对含Ni陶瓷结合剂的微观结构、结合界面、氧化性能以及抗折强度等性能进行分析,同时研究了含Ni陶瓷结合剂对金刚石润湿性的影响。结果表明,在实验范围内,Ni的加入对陶瓷结合剂耐火度及流动性影响不大,但降低了结合剂的烧成收缩;750℃烧成时,Ni与陶瓷结合剂界面结合紧密,界面形成合金化结合,提高了结合强度,抗折强度随着Ni的加入量先升高后降低,当Ni含量为15%(质量分数,下同)时达到最大值62.8MPa,较基础陶瓷结合剂提高了19.41%;Ni的加入能够改善高温状态下陶瓷结合剂对金刚石的润湿性,当Ni添加量为15%时,陶瓷结合剂对金刚石的润湿角为64°,比未添加Ni时的润湿角(84.5°)减小了24.3%。

温度对铁基预合金粉腐蚀泡沫化人造金刚石微粉的影响

采用铁基预合金粉对粒径为40~50μm的人造金刚石微粉进行腐蚀泡沫化处理。研究了不同温度对金刚石微粉表面形貌、颗粒直径、比表面积和孔容积的影响,并对腐蚀图案的各向异性和泡沫化机理进行分析。结果表明:当金刚石和预合金粉质量比为1∶2时,800℃处理的金刚石表面出现明显的腐蚀坑。随着处理温度升高,金刚石泡沫化程度先增大后减小,当处理温度为1 000℃时,金刚石泡沫化效果最好;此时,金刚石的比表面积和孔容积最大,分别为7.322m2/g和0.012mL/g。在腐蚀泡沫化过程中,金刚石发生了石墨化。

烧结温度对SiC/莫来石复相多孔陶瓷的影响

以高岭土、SiC粉末、Al2O3粉末为主要原料,采用添加造孔剂法制备了SiC/莫来石复相多孔陶瓷,探讨了烧结温度对多孔陶瓷的气孔率、体积密度、抗折强度等的影响。分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征了样品的物相组成与断面形貌。结果表明,以淀粉为造孔剂,在1350℃下保温2h制备的样品综合性能最佳,其孔隙率为31.40%,抗折强度达到42.50MPa。

煅烧工艺对溶胶-凝胶制备微球形氧化铝的影响

以工业级拟薄水铝石为原料,采用溶胶-凝胶及喷雾造粒技术制备球形氧化铝粉料,将粉料置于马弗炉中,分别在不同温度下煅烧,采用SEM观察获得粉体的微观形貌,XRD分析了不同煅烧温度粉体的相组成,马尔文激光粒度仪测定粉体的粒度组成,集成表面粗糙度仪测定被抛光工件的表面粗糙度.结果表明:经喷雾造粒和煅烧后制得的粉料外形为球体;煅烧温度逐步提高时,其物相的变化规律由γ-Al2O3转变为θ-Al2O3,再转变为α-Al2O3相;煅烧温度过高时,将造成粉料颗粒间相互粘结,适当延长保温时间会促使粒子沿着致密区长大.并且,结晶度较好、粒度分布均匀的粉料抛光性能较好.

溶胶凝胶法陶瓷结合堆积磨料的制备与性能研究

采用溶胶凝胶法制备了球形陶瓷堆积600#SiC磨料,利用Zeta电位、SEM和FTIR等方法对样品进行分析表征。结果表明:600#SiC表面电荷大于240#SiC,说明前者具有更好的亲水性;酸性硅溶胶加入到铝溶胶中并没有引起聚沉;H3BO3对铝溶胶丁达尔现象影响较小;NaNO3、Zn(NO3)2、LiNO3会造成铝溶胶胶粒的长大,混合溶胶液粒径为545.4 nm;结合剂量为4wt%时,溶胶凝胶法低于干粉法陶瓷堆积磨料磨削粗糙度,Ra达到0.35μm。

温度对铁粉催化腐蚀人造金刚石单晶的影响

在无流通气体条件下采用铁粉催化腐蚀人造金刚石单晶,研究了不同温度对铁粉催化腐蚀人造金刚石单晶表面腐蚀形貌、腐蚀深度和物质结构的影响,并对腐蚀过程中金刚石所表现出来的各向异性进行了分析。结果表明:当金刚石和铁粉的质量比为1∶2时,腐蚀后金刚石表面的P-V值随着温度的升高而增大;在相同温度下,{100}面比{111}面腐蚀严重;当温度达到960℃时,{100}面和{111}面的P-V值分别为3.75μm和2.77μm。金刚石表面腐蚀后的形貌与对应晶面的碳原子排列有关,{100}面倾向于形成倒立金字塔形的腐蚀坑,而{111}面则会形成轮廓为三角形或六边形的腐蚀坑。

分散剂和消泡剂对溶胶原位成型所制砂轮性能的影响

以金刚石微粉和硅溶胶等为原料,采用溶胶-凝胶原位成型法来制备金刚石/陶瓷结合剂砂轮.研究了4种分散剂及3种消泡剂对金刚石/陶瓷结合剂混合浆料和砂轮性能的影响.结果表明:当萘系减水剂添加量(质量分数)为0.4%时,混合浆料粘度达最小值,分散性和流动性最佳;当有机硅DD消泡剂添加量为0.2%时,复合烧结体显微结构变均匀,气孔率最小,抗折强度最大;与无添加剂砂轮相比,添加分散剂和消泡剂的砂轮结构均匀致密,磨削后的硬质合金工件表面质量较好,无较深划痕,表面粗糙度为0.04μm.

Cu含量对铝基结合剂及其金刚石工具性能的影响

以Al-Cu-Mg-Ti-Cr混合金属粉末为结合剂,利用热压烧结法制备金刚石工具,研究了Cu含量对铝基结合剂及其工具性能的影响。结果表明:随着Cu含量增加,结合剂烧结体的抗弯强度和相对密度先增大后减小,而硬度呈现逐渐增大的趋势。Cu粉的加入可以促进Al2CuMg强化相和Al3Ti、Al2Cr弥散相的形成,细化烧结体晶粒,阻碍晶粒位错运动,从而提高烧结体的力学性能。当Cu的质量分数为4.5%时,烧结体的综合力学性能最优,抗弯强度和硬度分别为334 MPa和98HRB,相对密度达到98.94%。此时,铝基结合剂对金刚石的包镶能力较好,金刚石工具试样强度损失率达到最低,为12.8%,磨削比提高9.7%,被磨削工件表面粗糙度达到0.092μm。

玻璃结合球形空心堆积SiC磨料的制备与性能

以R2O-ZnO-Al2O3-SiO2-B2O3体系玻璃为粘结剂,空心玻璃微珠为载体,240#SiC为磨料,稀释水玻璃为润湿粘结剂,采用滚球法制备了球形空心堆积SiC磨料。研究了粘结剂性质、润湿粘结剂用量和玻璃质粘结剂含量等对堆积磨料制备、形貌和结构的影响,并考察了用其制备的砂带的磨削性能。结果表明：玻璃质粘结剂量为5wt%,750℃温度下烧结,粘结剂产生的液相能对SiC磨料进行包裹和产生较强的粘结力。润湿粘结剂量为242 mL/kg干物料时,堆积磨料粒径在1.0~1.4 mm范围内成球率达到最大值为95%。空心球堆积SiC磨料砂带240#最大磨削比为71∶1,标准材料切除率ZˊW为0.89 mm3/mm·s。

溶胶-凝胶法在金刚石表面涂覆铝-硅-硼氧化物涂层的研究

采用溶胶-凝胶法在金刚石表面涂覆了铝-硅-硼氧化物涂层,并用扫描电子显微镜、综合热分析仪和抗压强度仪对涂层的形貌、结构以及涂膜前后金刚石的氧化行为和单颗粒金刚石的抗压强度进行了表征。结果表明:所制得的涂层在金刚石颗粒表面分布较均匀,结构致密,可将金刚石颗粒的起始氧化温度提高100℃左右,并能有效地延缓金刚石在高温环境下的氧化速度,同时还可以提高金刚石单颗粒抗压强度约22.75%。

喷雾干燥法金刚石-陶瓷结合剂复合烧结体的制备及表征

以金刚石和无机溶胶为原料,采用喷雾干燥法制备金刚石-陶瓷结合剂复合粉体,将粉体压制、烧结,获得金刚石-陶瓷结合剂烧结体。采用扫描电镜和激光粒度分析仪对复合粉体的形貌和粒径分布进行表征,借助综合热分析仪选取复合体的烧结温度,利用抗折试验机、扫描电镜和X射线衍射分别对喷雾干燥法和熔融法所制烧结试样的抗弯强度、断面形貌及物相进行分析。结果表明:经喷雾干燥的复合粉体为球形,易于成型,且复合粉体尺寸分布范围较宽,利于提高坯体致密度;选取金刚石-陶瓷结合剂复合体的烧结温度为820℃,在此温度下结合剂可实现对金刚石的黏结和包裹;烧结后,随陶瓷结合剂含量增加,两种工艺所制试样的抗弯强度均有提高,气孔率都相应降低;当结合剂含量为32%(质量分数)时,喷雾干燥法所制烧结试样的微观结构均匀,易析晶,抗弯强度和气孔率分别为99.46MPa和38.55%;熔融法所制试样的抗弯强度和气孔率分别为72.42MPa和39.89%。

研磨手机屏幕玻璃用新型树脂研磨垫的磨料选择

选用两种不同粒度的RVD金刚石原生料和破碎料,分别与树脂结合剂混合制成新型研磨垫用来加工手机屏幕玻璃。考察了金刚石磨料的种类和粒度对研磨切削力、研磨盘耐磨性及研磨后的玻璃表面粗糙度的影响,并分析了不同研磨表面的微观形貌。结果表明:随金刚石粒度的减小,金刚石研磨盘的切削力降低,耐磨性也有所下降,但玻璃产品表面平均粗糙度降低,表面质量较好;相同粒度下两种金刚石相比较,金刚石原生料研磨手机屏幕玻璃可获得较好的磨削效果。

温度对草酸钴腐蚀人造金刚石单晶的影响

在氢、氮混合气氛条件下,采用草酸钴对人造金刚石单晶进行表面腐蚀,利用扫描电镜和显微拉曼光谱对腐蚀后的金刚石进行了表面形貌、腐蚀深度和腐蚀前后结构成分的研究,分析了温度对草酸钴腐蚀金刚石的影响及腐蚀图案的各向异性,并对腐蚀机理做出推理。结果表明:温度的升高会促进金刚石{111}面和{100}面的腐蚀;相比较而言,{100}面比{111}面更易腐蚀;{111}面的腐蚀坑形状多呈六边形和三角形,{100}面倾向于形成四边形。腐蚀有三种可能的机制:(1)金刚石在草酸钴分解出的钴作用下发生石墨化并在钴中扩散;(2)金刚石碳原子在氢气气氛中氢化并扩散;(3)金刚石碳原子和草酸钴分解出的水和二氧化碳发生氧化还原。

金刚石表面刻蚀研究进展

金刚石具有优异的机械、电、热及化学性能,广泛应用于高效加工、生物传感器、半导体及量子器件等领域,而刻蚀技术对其性能发挥起着重要作用。根据刻蚀剂种类,金刚石刻蚀分为熔盐刻蚀、气相刻蚀、金属刻蚀及金属氧化物刻蚀。熔盐刻蚀借助熔融硝酸盐中产生的高活性氧对金刚石进行选择性腐蚀。气相刻蚀利用气体或等离子体与金刚石反应从而在金刚石表面制备特殊形状的阵列。金属刻蚀分为金属反应刻蚀、金属催化刻蚀和金属催化氢气刻蚀,可用于金刚石磨粒表面微图案化和薄膜表面微纳米孔制备。金属氧化物刻蚀通过氧化物与金刚石之间的氧化还原反应对金刚石进行腐蚀。介绍了以上四大类金刚石刻蚀技术的研究进展、作用原理和应用情况。

纳米SiO_2/环氧树脂金刚石磨块的制备与性能

以液态环氧树脂为结合剂、金刚石为磨料、纳米SiO2为增强材料,采用浇注法制备了金刚石磨块,并研究了其性能。结果表明:促进剂与成型料的总质量比0.25%、固化工艺为130℃/4h+160℃/2h时,磨块可获得较好的固化效果;金刚石表面经过硅烷偶联剂或镀Ni处理均可提高磨块的耐磨性,磨削比分别提高15.0%和32.5%;添加经硅烷偶联剂改性后的纳米SiO2可均匀分散于磨块体系中,起到质点增强的作用,且其质量分数为4%时,磨块的抗弯强度和洛氏硬度最大,分别达到106MPa和HRB 56。

铁族金属对金刚石磨具陶瓷结合剂性能的影响

采用粉末冶金技术制备了铁族金属(Ni、Co、Fe)掺杂的R2O-B2O3-Al2O3-SiO2系陶瓷结合剂。研究了添加不同铁族金属对R2O-B2O3-Al2O3-SiO2系陶瓷结合剂耐火度、流动性、微观结构、氧化性能以及抗折强度的影响。结果表明:结合剂耐火度随着金属Co粉添加量的增加而升高,在Fe粉的添加量小于20%(质量分数,下同)时结合剂耐火度有明显的降低趋势,Ni粉的加入对陶瓷结合剂耐火度影响不大;在空气气氛下750℃烧结时,所添加的金属粉均有部分发生氧化,氧化程度为Fe>Co>Ni;添加金属粉后结合剂抗折强度均有不同程度的提高,其中添加25%Co的结合剂强度最高,达到75.42MPa,所添加的金属颗粒与陶瓷结合剂结合紧密程度为Co>Ni>Fe。

MgO与Li_2O摩尔比及烧结温度对结合剂及cBN磨具性能的影响

以ZnO-Na2O-SiO2-Al2O3-B2O3陶瓷体系为基础,制备了添加不同摩尔比Li2O和MgO的陶瓷结合剂及立方氮化硼(cBN)磨具。利用X衍射测试仪、线性热膨胀测试仪、扫描电镜等研究了MgO∶Li2O摩尔比(M值)和烧结温度对陶瓷结合剂及磨具性能的影响。结果表明:随着M值增加,结合剂的软化点温度增加,耐火度及化学稳定性均增强,线性热膨胀系数先增加后降低。当M值为0.67时,随着烧结温度的升高,石英晶相的析出被抑制,诱导析出Mg(Zn)Al2O4晶相,且含量逐渐增加,尺寸先减小后增加;当温度为870℃时,Mg(Zn)-Al2O4晶粒尺寸最小,约为2μm,结合剂结构最为致密,抗折强度达到最大值136.28MPa。随着烧结温度的提高,cBN磨具气孔率和吸水率先降低后增加,体积密度、硬度、抗折强度、磨耗比以及磨削效率先增加后降低;当烧结温度为890℃,磨耗比及磨削效率最高,分别为98.72%和1.3675g.min-1。

表面活性剂对金刚石在树脂中悬浮性及与树脂结合性的影响

用KH550硅烷偶联剂和聚电解质型表面活性剂聚乙烯亚胺(PEI)分别对金刚石进行表面改性,研究了KH550和PEI对金刚石表面电性、金刚石在聚酰胺酰亚胺树脂液中的悬浮性及与树脂结合性的影响。结果表明:改性后金刚石表面的电性能发生显著变化,在酸性条件下,zeta电位绝对值明显提高,颗粒间的静电斥力增强,改善了金刚石在树脂液中的悬浮稳定性;改善了树脂对金刚石表面润湿性及其界面结合性,提高了线锯的切割性能;KH550对金刚石的改性效果优于PEI的改性效果。

溶胶凝胶原位成型陶瓷结合剂砂轮中碳化硅的改性

使用硅烷偶联剂KH550作为表面活性剂对碳化硅微粉表面进行改性,使用扫描电镜、X射线衍射仪、激光粒度分析仪和红外光谱仪等手段研究了改性前后微粉的形貌、表面性质、粒度分布及烧结体微观形貌。结果表明,硅烷偶联剂与碳化硅通过接枝反应在其表面形成包覆层,但是不改变其物相和结构。改性后碳化硅微粉的团聚减少,因此平均粒径减小;颗粒间的静电斥力和空间位阻增大,改善了碳化硅颗粒在溶胶中的悬浮稳定性和分散性。与未改性的SiC相比,用溶胶凝胶原位成型SiC/陶瓷复合材料改性后SiC与陶瓷的烧结体结构均匀,抗弯强度较高。