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离心喷雾干燥法溶胶陶瓷结合剂金刚石堆积磨料的制备与研究

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目录

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 金刚石磨料

1.2.1 金刚石的结构

1.2.2 金刚石机械性能

1.2.3 金刚石的化学性能

1.2.4 金刚石磨具磨削性能

1.3 陶瓷结合剂

1.3.1 陶瓷结合剂基本理论

1.3.2 陶瓷结合剂分类

1.3.3 陶瓷结合剂性能要求

1.4 溶胶-凝胶法

1.4.1 溶胶-凝胶法工艺流程

1.4.2 溶胶-凝胶法在陶瓷结合剂中的应用

1.4.3 溶胶陶瓷结合剂的技术优势

1.5 堆积磨料

1.5.1 堆积磨料概念

1.5.2 堆积磨料结构及组成

1.5.3 国内外研究进展

1.6 离心喷雾干燥

1.6.1 喷雾干燥工艺概述

1.6.2 喷雾干燥工艺分类

1.6.3 离心喷雾雾化机理

1.6.4 离心喷干燥影响因素

1.7 课题主要研究内容

第二章 实 验

2.1 原料及设备

2.1.1 实验材料及作用

2.1.2 陶瓷结合剂配方

2.1.3 金刚石磨料选择

2.1.4 实验仪器及设备

2.2 制备工艺

2.2.1 陶瓷结合剂制备工艺

2.2.2 陶瓷金刚石复合材料制备

2.2.3 堆积磨料制备工艺

2.3 样品测试及表征

2.3.1 结构测试及表征

2.3.2 性能分析与表征

2.3.3 显微结构表征

2.3.4 磨削性能测试与表征

第三章 溶胶-凝胶法与熔融法制备陶瓷结合剂及金刚石复合材料的结构与性能差异

3.1 引言

3.2 陶瓷结合剂结构分析

3.2.1 陶瓷结合剂物相分析

3.2.2 陶瓷结合剂 FTIR 光谱分析

3.3 陶瓷结合剂性能分析

3.3.1 陶瓷结合剂粒度分析

3.3.2 陶瓷结合剂热膨胀系数分析

3.3.3 陶瓷结合剂高温流动性分析

3.3.4 陶瓷结合剂抗弯强度分析

3.4 陶瓷金刚石复合材料结构与性能分析

3.4.1 陶瓷金刚石复合材料气孔率及烧结收缩率

3.4.2 陶瓷金刚石复合材料抗弯强度分析

3.4.3 陶瓷金刚石复合材料硬度分析

3.4.4 陶瓷金刚石复合材料显微结构分析

3.5 本章小结

第四章 离心喷雾干燥法制备陶瓷金刚石堆积磨料

4.1 引言

4.2 实验方案设计

4.2.1 离心喷雾造粒实验方案设计

4.2.2 陶瓷金刚石堆积磨料烧结制度

4.3 雾化参数对陶瓷金刚石堆积磨料粉体性能影响

4.3.1 固含量对堆积磨料粉体特性影响

4.3.2 离心转速对陶瓷金刚石堆积磨料粉体特性影响

4.3.3 进料速度对陶瓷金刚石堆积磨料粉体特性影响

4.4 陶瓷金刚石堆积磨料显微结构分析

4.5 堆积磨料磨削性能分析

4.5.1 切削力对比分析

4.5.2 加工工件的划伤率及工件表面粗糙度对比分析

4.6 本章小结

第五章 结 论

参考文献

致 谢

攻读硕士期间发表的论文

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摘要

堆积磨料作为一种新型团聚磨料,在磨削过程中以多层磨料参与磨削,能显著提高磨削效率和加工表面质量,解决普通单颗粒金刚石磨料加工过程中自锐性差、加工效率低、加工表面质量差等问题,在精密磨削加工领域具有广阔的应用前景。本文分别采用溶胶-凝胶法和熔融法制备陶瓷结合剂及相应的陶瓷金刚石复合材料,对比了制备方法对陶瓷结合剂及复合材料结构和性能的影响,并对制备方法的作用机理给出相应的解释。进而采用离心喷雾干燥法制备溶胶陶瓷金刚石堆积磨料,详细探讨雾化参数对堆积磨料粉体特性影响。并将所得堆积磨料制备的研磨垫与3M及国内某企业的研磨垫磨削性能进行对比。得到以下结论:  1)溶胶-凝胶法制备的陶瓷结合剂玻璃网络中含有更多的[AlO4]结构,其最高抗弯强度为137MPa,比熔融法制备的陶瓷结合剂(104 MPa)高31.73%;溶胶陶瓷结合剂的热膨胀系数随温度升高先升高后降低,于720℃达到最大值5.75×10-6℃-1,远低于熔融陶瓷结合剂的最小热膨胀系数(7.01×10-6℃-1),与金刚石热匹配更好。溶胶陶瓷金刚石复合材料的最高抗弯强度为106MPa,比熔融法制备的陶瓷金刚石复合材料的最高强度(85 MPa)高出24.7%。  2)以溶胶陶瓷结合剂为粘结剂,以3000#金刚石微粉为磨粒,采用离心喷雾干燥法制备陶瓷金刚石堆积磨料,最佳雾化参数为:干燥温度80℃,浆料固含量31wt.%,离心转速21000rpm,进料速度150ml/min。此时所制得的堆积磨料的流动性能最佳为23.9s/50g,100目以细回收率为81.84%,颗粒d10、d50、d90分别为35.74μm、52.49μm、81.23μm,颗粒松装密度为1.281g/cm3。  3)离心喷雾干燥法所得堆积磨料制备的研磨垫较国内某企业的研磨垫在切削力、加工工件表面质量等方面都有显著提升,其中切削力提高了41.67%、工件划伤率降低了8%、工件表面粗糙度降低了10.6%;与3M研磨垫相比,离心喷雾干燥法所得堆积磨料制备的研磨垫具有更高的切削力(7 s/C),但其工件划伤率和工件表面粗糙度更高。

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