專利名稱：磁性磨料的常壓燒結方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種磁性磨料的常壓燒結方法，屬于復合材料的制備技術領域。
背景技術：
從材料學角度，磁性磨料是一種復合材料，即鐵基增強型復合材料，主要由鐵磁相和磨 粒相組成。鐵磁相要求具有良好的導磁性和導電性，常用材料為純鐵粉或鐵基合金粉末。磨 粒相是兼有磨削、研磨和拋光作用的一種具有較高硬度、強度和穩(wěn)定性的粒狀物質，常用材 料有剛玉、金剛石、氮化硅、碳化硅等。磁性磨料的化學成分及其配比和結構是決定磁性磨 料性能的關鍵因素，這就要求鐵磁相與磨粒相之間保持緊密的結合，并且要有適當?shù)牧６龋?還需要有一種合適的制備方法。
目前磁性磨料的燒結方法主要有激光燒結法和熱壓燒結法。其中激光燒結法是采用鐵粉 加普通磨料(Al203、 SiC)，通過加熱、熔化、混合、重凝等物理化學過程制備成一定尺寸的磁 性磨粒。此方法簡單易行，制成的磁性磨粒尺寸合適。缺點是制成的磁性磨粒易氧化、組織 疏松、密度低，磨粒相顆粒易剝落。熱壓燒結法主要是在燒結溫度為1200'C，燒結時間5.5h， 保溫時間2h，用鈦粉、鉬粉作結合劑，熱壓燒結制備所得。該方法缺點是熱壓過程中溫度測 量準確性較差，溫度不均勻，最終質量往往受粉末原始氧化程度影響較大，還與填裝重量的 準確性、磨具尺寸穩(wěn)定性及壓力有關。而且制的得樣塊破碎難，需要線切割成片、成條再破 碎，難以批量生產。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種能克服上述缺陷、制造工藝簡單、燒結出的磁性磨料結合強度 和研磨效率都比較理想、有利于實現(xiàn)批量生產的磁性磨料的常壓燒結方法。其技術方案為
一種磁性磨料的常壓燒結方法，其特征在于包括以下步驟1)用溶膠凝膠法在鐵磁相表 面包覆無機膜，2)將表面包覆無機膜后的鐵磁相與磨粒相、高溫粘結劑裝入混料器中充分 混合，3)將上述混合后的粉體壓制成坯體并干燥，4)將干燥后的坯體放入電爐中常壓燒結， 5)將燒好的坯體破碎、篩分即得磁性磨料。
為實現(xiàn)發(fā)明目的，所述的磁性磨料的常壓燒結方法，步驟l)中鐵磁相成分為純鐵粉或鐵基合金粉末，鐵基合金粉末中鐵的含量不低于70%，采用溶膠一凝膠法在鐵磁相表面包覆氧 化硅、氧化鋁、硅酸鋁或磷酸鋁無機膜。
為實現(xiàn)發(fā)明目的，所述的磁性磨料的常壓燒結方法，步驟2)中磨粒相采用硬度較高且耐 磨的剛玉粉、碳化硅、氮化硼或氧化鋯，高溫粘結劑選用含有O、 B、 Si、 C和P的無機礦化劑， 表面包膜的鐵磁相與磨粒相、高溫粘結劑三者的質量比是1 8.5: 8.5~0.5: 0.5~1。
為實現(xiàn)發(fā)明目的，所述的磁性磨料的常壓燒結方法，步驟3)中向混合均勻的粉體中加入 質量分數(shù)為5。/。的PVA溶液做結合劑，加入量為混合粉體總質量的1~3%，攪拌均勻，然后在 50 100MPa下壓制成坯體，將坯體在100'C下干燥5h。
為實現(xiàn)發(fā)明目的，所述的磁性磨料的常壓燒結方法，步驟4)中將干燥后的坯體放入電 爐中在850 1300'C進行燒結，燒結時間4 12h，自然降溫。
為實現(xiàn)發(fā)明目的，所述的磁性磨料的常壓燒結方法，步驟5)中將燒好的坯體進行破碎， 然后篩分即得磁性磨料。
其工作原理為本發(fā)明在燒結法的基礎上，用高溫無機粘結劑替代鈦、鉬、鎳、鈷等貴 重金屬粘結組分，并通過溶膠-凝膠法對鐵磁相表面包硅膜，降低了高溫下鐵磁相的氧化程度， 改善了鐵磁相與磨粒相的相容性，礦化劑高溫燒結后形成玻璃相組分，既提高了鐵磁相和磨 粒相之間的鍵合力，破碎過程比使用金屬粘結劑更容易，錘擊破碎后顆粒完整性好，基本無 裂紋，制得的磁性磨料結合強度和研磨效率都比較理想，有利于批量化生產。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點
1、 用無機粘結劑代替鈷、鉬貴重金屬組分，成本低，且由于磁性磨料的結合劑為無機玻 璃相的礦化劑組分，結合強度高、有脆性，用錘擊破碎的方式即可完成，因此有利于實現(xiàn)批 量生產；
2、 采用溶膠-凝膠法對鐵磁相表面包覆無機膜，改善了鐵磁相與磨粒相的相容性，提高 了鐵磁相和磨粒相之間的鍵合力，使得由其制得的磁性磨料耐用度高、使用壽命長、研磨性 能好；
3、 在無氣氛保護的條件下制備磁性磨料，制造工藝簡單，易于形成規(guī)模生產。
具體實施例方式
實施例l:
采用溶膠一凝膠法，將200目還原鐵粉放入正硅酸乙酯水解縮聚反應后形成的凝膠中，壓 濾后干燥，形成表面包有Si02膜的還原鐵粉。將80份質量200目經(jīng)包覆SiO2膜的還原鐵粉與20 份質量的325目棕剛玉粉、10份質量200目無機礦化劑均勻混合，向混合均勻的粉體中加入質量分數(shù)為5M的PVA溶液做結合劑，加入量為混合粉體總質量的1.5%，攪拌均勻，然后在80MPa 下壓制成坯體，將坯體在10(TC下干燥5h。坯體干燥后放入電爐中常壓燒結，燒結溫度930。C, 加熱4小時，保溫2小時，自然降溫后破碎，篩選成40目、60目、80目和120目的磁性磨料顆粒， 四種粒度的總收率為80%。 實施例2:
采用溶膠一凝膠法，將正硅酸乙酯水解縮聚產物硅溶膠及異丙醇鋁制備的鋁溶膠混合， 靜置穩(wěn)定后，將200目鐵-鋁-硅( ％鋁5.4%，硅9.6%，其余為鐵)合金粉浸入混合溶膠中， 壓濾后干燥，形成表面包有硅酸鋁膜的鐵-鋁合金粉，將80份質量200目包膜的鐵-鋁-硅合金粉 與20份質量的325目氮化硅粉、7份質量的200目無機礦化劑均勻混合，在90Mpa下壓制成坯體， 坯體干燥后放入電爐中常壓燒結，燒結溫度1000'C，加熱4小時，保溫1.5小時，自然降溫后 破碎，篩選成40目、60目、80目和120目的磁性磨料顆粒，四種粒度的總收率為83%。 實施例3:
在水玻璃溶液中加入稀硫酸，生成硅凝膠，經(jīng)老化后加入硫酸鋁溶液，再加氨水作沉淀 劑，生成硅鋁凝膠，靜置陳化后，采用溶膠一凝膠法，在200目鐵-鎳-鉬性粉末(WM鎳25 %、鉬2%、余量為鐵)表面包覆Si02膜，將80份質量200目包覆SiO2膜的鎳粉與20份質量 400目白剛玉粉、10份質量200目無機礦化劑均勻混合，在100Mpa下壓制成坯體，坯體干燥后 放入電爐中常壓燒結，燒結溫度1200'C，加熱4小時，保溫2小時，自然降溫后破碎，篩選成 40目、60目、80目和120目的磁性磨料顆粒，四種粒度的總收率為80%。
實施例4:
采用溶膠一凝膠法，利用正硅酸乙酯的水解縮聚反應在200目霧化鐵粉表面包覆SiO2膜， 將80份質量200目包覆SiO2膜的霧化鐵粉與20份質量400目碳化硅粉、10份質量200目無機礦化 劑均勻混合，在100Mpa下壓制成坯體，坯體干燥后放入電爐中常壓燒結，燒結溫度850'C， 加熱4小時，保溫1.5小時，自始降溫后破碎，篩選成40目、60目、80目和120目的磁性磨料顆 粒，四種粒度的總收率為78%。
權利要求
1、一種磁性磨料的常壓燒結方法，其特征在于包括以下步驟1)用溶膠凝膠法在鐵磁相表面包覆無機膜，2)將表面包覆無機膜后的鐵磁相與磨粒相、高溫粘結劑裝入混料器中充分混合，3)將上述混合后的粉體壓制成坯體并干燥，4)將干燥后的坯體放入電爐中常壓燒結，5)將燒好的坯體破碎、篩分即得磁性磨料。
2、 如權利要求l所述的磁性磨料的常壓燒結方法，其特征在于步驟l)鐵磁相成分為純鐵粉或鐵基合金粉末，鐵基合金粉末中鐵的含量不低于70%，采用溶膠一凝膠法在鐵磁相表 面包覆氧化硅、氧化鋁、硅酸鋁或磷酸鋁無機膜。
3、 如權利要求l所述的磁性磨料的常壓燒結方法，其特征在于步驟l)中磨粒相采用硬度較高且耐磨的剛玉粉、碳化硅、氮化硼或氧化鋯，高溫粘結劑選用含有O、 B、 Si、 C和P 的無機礦化劑，表面包膜的鐵磁相與磨粒相、高溫粘結劑三者的質量比是1~8.5:8.5~0.5:0.5~1。
4、 如權利要求l所述的磁性磨料的常壓燒結方法，其特征在于步驟3)中向混合均勻的 粉體中加入質量分數(shù)為5y。的PVA溶液做結合劑，加入量為混合粉體總質量的1~3%，攪拌均 勻，然后在50 100MPa下壓制成坯體，將坯體在10(TC下干燥5h。
5、 如權利要求1所述的磁性磨料的常壓燒結方法，其特征在于步驟4)中將干燥后的 坯體放入電爐中在850 130(TC進行燒結，燒結時間4 12h，自然降溫。
6、 如權利要求l所述的磁性磨料的常壓燒結方法，其特征在于步驟5)中將燒好的坯體 進行破碎，然后篩分即得磁性磨料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁性磨料的常壓燒結方法，其特征在于包括以下步驟1)用溶膠凝膠法在鐵磁相表面包覆無機膜，2)將表面包覆后的鐵磁相與磨粒相、高溫粘結劑裝入混料器中充分混合，3)將上述混合后的粉體壓制成坯體并干燥，4)將干燥后的坯體放入電爐中常壓燒結，5)將燒好的坯體破碎、篩分即得磁性磨料。本方法在燒結法的基礎上，用高溫無機粘結劑替代鈦、鉬、鎳、鈷等貴重金屬粘結組分，并通過溶膠-凝膠法對鐵磁相表面包覆無機膜，降低了高溫下鐵磁相的氧化程度，改善了鐵磁相與磨粒相的相容性，提高了鐵磁相和磨粒相之間的鍵合力，制得的磁性磨料結合強度大、研磨效率高，使用常壓無氣氛保護電爐燒結，工藝簡單，有利于實現(xiàn)批量生產。
文檔編號C09K3/14GK101481597SQ20091001394
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月17日 優(yōu)先權日2009年1月17日
發(fā)明者于先進, 趙增典, 趙玉剛, 黃玉紅 申請人:山東理工大學