在超精密加工領域,為得到高質量的磨削表面,磨具所用磨料粒度逐步降低,如在集成電路所用基礎材料硅單晶的磨削上,金剛石磨料的粒度甚至已到亞微米級。為保證磨料和結合劑的結合強度,同時避免金剛石在高溫下氧化,研究人員一直致力于通過配方優化、添加活性添加劑以及制備納米級粒度的結合劑來改善陶瓷結合劑的低熔高強性能等。
然而(er),由于超細粉體(ti)具有較(jiao)高的表(biao)面能(neng)(neng),且處于能(neng)(neng)量不穩定狀態,極易形(xing)成團聚體(ti),給后續(xu)應(ying)用(yong)帶來(lai)了(le)麻煩。
目(mu)前,主要(yao)通(tong)過粉體(ti)(ti)表面改性、機械分散及(ji)添加分散劑等方式來(lai)對(dui)團(tuan)聚體(ti)(ti)進行解團(tuan)聚處理。
表面改性
研究(jiu)表明,對(dui)陶(tao)瓷(ci)結合劑進行表面(mian)處理(li),可(ke)有(you)效抑制細粒(li)度結合劑在破碎和保存過程中的(de)水(shui)解與(yu)團(tuan)聚,顯著提高結合劑和磨料(liao)混料(liao)時的(de)分散性。選擇KH560為細粒(li)度陶(tao)瓷(ci)結合劑的(de)表面(mian)改性劑,并分析(xi)KH560的(de)改性機(ji)理(li)。可(ke)知KH560疏(shu)水(shui)基(ji)團(tuan)一方面(mian)以靜電排斥避免粉料(liao)團(tuan)聚,另一方面(mian)阻(zu)止(zhi)環(huan)境中水(shui)分與(yu)粉料(liao)表面(mian)接觸,起到良好的(de)解團(tuan)聚效果。
機械分散
采用小球徑(球徑為5mm)的氧化鋯球對陶瓷結合劑進行球磨。在同樣的球料比下,磨球粒徑越小,則數量越多,而與物料的接觸面積和撞擊頻次也隨之增加,更有利于得到細粒度的粉體。而隨著球磨時間的延長,粉體粒度逐漸減小,當到達一定細度時,球磨效果已經減弱,繼續球磨反而破壞了粉體之間的分散狀態,致使已解團聚的粉體再次團聚。因此,應選擇合適的球磨時間。
分散劑
六(liu)偏磷(lin)(lin)酸(suan)鈉是一(yi)種多聚(ju)無(wu)機鹽,在水中(zhong)水解后可(ke)產(chan)生大量(liang)(liang)陰離子,這(zhe)些(xie)陰離子可(ke)吸附(fu)于粉體(ti)顆(ke)粒(li)表面,增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)強顆(ke)粒(li)間的(de)(de)(de)靜電排斥(chi)力,阻礙已分(fen)(fen)(fen)散(san)的(de)(de)(de)粒(li)子再次團聚(ju)。為研究(jiu)分(fen)(fen)(fen)散(san)劑(ji)(ji)六(liu)偏磷(lin)(lin)酸(suan)鈉添(tian)加(jia)量(liang)(liang)對粉體(ti)解團聚(ju)的(de)(de)(de)影響,采(cai)用(yong)小(xiao)(xiao)球(qiu)球(qiu)磨(mo),分(fen)(fen)(fen)別添(tian)加(jia)不同的(de)(de)(de)質量(liang)(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)進行球(qiu)磨(mo),隨著分(fen)(fen)(fen)散(san)劑(ji)(ji)添(tian)加(jia)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)球(qiu)磨(mo)后的(de)(de)(de)粉體(ti)粒(li)度先減小(xiao)(xiao)后增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)大。當分(fen)(fen)(fen)散(san)劑(ji)(ji)加(jia)入量(liang)(liang)進一(yi)步增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)大時,懸浮液(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)電解質會隨之(zhi)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia),導(dao)致其顆(ke)粒(li)雙電層的(de)(de)(de)厚度減小(xiao)(xiao),靜電排斥(chi)作用(yong)減弱(ruo),分(fen)(fen)(fen)散(san)穩定(ding)性變差,顆(ke)粒(li)團聚(ju)現象加(jia)劇。因此,當六(liu)偏磷(lin)(lin)酸(suan)鈉添(tian)加(jia)的(de)(de)(de)質量(liang)(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)超過2.5%后,結合(he)劑(ji)(ji)粉體(ti)粒(li)度又有增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)大趨勢。
測試解(jie)團(tuan)聚(ju)前后(hou)結(jie)(jie)合劑(ji)的(de)抗折(zhe)強度(du),結(jie)(jie)果如下表(biao)1所示,可知:在相(xiang)同的(de)燒(shao)(shao)(shao)結(jie)(jie)溫度(du)下,經解(jie)團(tuan)聚(ju)的(de)結(jie)(jie)合劑(ji)粉體(ti)(ti)燒(shao)(shao)(shao)結(jie)(jie)后(hou)的(de)抗折(zhe)強度(du)為26.2 MPa,明顯(xian)高(gao)(gao)于原始團(tuan)聚(ju)體(ti)(ti)燒(shao)(shao)(shao)結(jie)(jie)后(hou)的(de)強度(du)(18.1 MPa),約提(ti)高(gao)(gao)45%。原因在于粒度(du)更(geng)小(xiao)的(de)陶瓷結(jie)(jie)合劑(ji),具有(you)更(geng)高(gao)(gao)的(de)比表(biao)面(mian)積、更(geng)大(da)的(de)表(biao)面(mian)能,在同樣(yang)的(de)燒(shao)(shao)(shao)結(jie)(jie)溫度(du)下,燒(shao)(shao)(shao)結(jie)(jie)活(huo)性更(geng)高(gao)(gao),更(geng)易于燒(shao)(shao)(shao)結(jie)(jie),表(biao)現出更(geng)好(hao)的(de)機械強度(du)。
超硬砂輪用的(de)(de)(de)陶(tao)(tao)瓷結(jie)合劑,往(wang)往(wang)組分少則(ze)五(wu)六(liu)種,多則(ze)十余種,按照玻璃網(wang)絡學(xue)說,各組分又分為網(wang)絡形(xing)成體(ti)(ti)、網(wang)絡修飾體(ti)(ti),網(wang)絡中間體(ti)(ti),功能不同(tong),影響各異(yi)。超硬(ying)制(zhi)(zhi)品行業(ye)(ye)專業(ye)(ye)研(yan)(yan)究陶(tao)(tao)瓷結(jie)合劑的(de)(de)(de)多在(zai)高(gao)校,因為玻璃的(de)(de)(de)復雜(za)性(xing),至今連玻璃形(xing)成學(xue)說也沒定論,加之其性(xing)能的(de)(de)(de)重(zhong)要性(xing),所以研(yan)(yan)究價值(zhi)還是非(fei)常大(da)的(de)(de)(de)。大(da)家可(ke)以看到,高(gao)校里對玻璃不同(tong)體(ti)(ti)系(xi)、不同(tong)成分的(de)(de)(de)研(yan)(yan)究成果(guo)林(lin)林(lin)總總,但是另一個(ge)不爭的(de)(de)(de)事實:超硬(ying)制(zhi)(zhi)品生產企業(ye)(ye)普(pu)遍缺乏相關的(de)(de)(de)研(yan)(yan)究,多年來死(si)守一兩種陶(tao)(tao)瓷結(jie)合劑,導(dao)致砂(sha)輪(lun)制(zhi)(zhi)品難有質的(de)(de)(de)突破。