本发明属于结合剂的制备领域，涉及一种溶胶凝胶法合成超硬材料低温陶瓷结合剂用玻璃料的制备方法。
陶瓷结合剂有很多优点，比如它的耐水性、耐油性、耐酸碱性；可以适应各种冷却液的作用；磨具刚性好，不易变形，工件精度高；磨具疏松多孔，易排屑，不容易发生堵塞和工件的烧伤破坏；自锐性好，容易修整且时间间隔长，加工效率高；其制备工艺决定了陶瓷结合剂在磨削高温前提下依然可以与金刚石发生良好的结合现象。当前，陶瓷结合剂金刚石磨具广泛应用在超硬磨料刀具等工具的粗磨削、精磨削和超精磨削以及宝石、陶瓷等硬脆原料的磨削和加工，特别是在对单晶金刚石的研磨方面，表现出了更加优异的特性，比如磨耗比小，成本低廉，加工效率高。鉴于陶瓷结合剂金刚石磨具的上述优点，可以明显看出陶瓷结合剂金刚石磨具在磨削加工应用中展现出的突出作用。
陶瓷结合剂按照不一样的标准有差别的分类，按照热处理工艺中结合剂状态的差异，可以分为烧熔和烧结结合剂；按照制备流程和组成的差异，还可以分为三类：传统矿物、玻璃熔炼和微晶玻璃结合剂。无论是哪种分类，传统的制造方法大多为氧化物高温熔融法，容易造成原料流失，空气污染，结合剂组分不均，产物不纯，金刚石易于氧化，强度和韧性等性能受到影响，所以应考虑采用低温陶瓷结合剂，当前，降低陶瓷结合剂耐火度，现行采用的方法是往结合剂中加入大量的碱性物料，可是大量碱性物料的添加又会很大程度上对陶瓷结合剂其它各项性能产生影响，如耐火度、热膨胀系数、强度和硬度等等，因此制造出的玻璃料性能有时也差强人意，同时也造成成本高且成分不均匀。而近年发展起来的溶胶-凝胶方法在制备单组份和多组分氧化物甚至非氧化物方面呈现出了很多亮点并得到了很好的应用。
溶胶-凝胶法(sol-gel法)是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。其具有很多的优点：如化学计量精确，容易复合且复合范围比较；反应在液体中发生，容易达到分子甚至原子级别上的掺杂；产物种类丰富且纯度都较高；由同一原材料生产，沿着不同的制取流程，就可以制备出丰富多样的产品；反应温度低，节约能量，节省成本；所制备的凝胶体产品比表面积比较大，与传统制备工艺相比，具有较低的热处理温度和较高的材料韧性和强度等等。当前，sol-gel技术经过几十年的研究进步，已在功能陶瓷粉料、涂层、纤维、玻璃制备等方面得到了大力的推广，特别是在此前工艺很难制备的超导材料、多组分复合氧化物材料等方面。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种溶胶凝胶法合成超硬材料低温陶瓷结合剂用玻璃料的制备方法。以便能够更好的为溶胶-凝胶技术制取陶瓷结合剂的探讨提供理论技术储备；开启了溶胶-凝胶法制备低温陶瓷结合剂用玻璃料的新开端，促进陶瓷磨料磨具行业发展；同时制备的溶胶-凝胶玻璃料有利于实现超硬材料表面的陶瓷涂覆；也填补了磨具制造行业技术的缺陷。该方法具有组分混合均匀、纯度高、热处理温度低、生产成本低、颗粒尺寸可控等特点。
本发明的溶胶凝胶法合成超硬材料低温陶瓷结合剂用玻璃料的制备方法包括以下几个步骤：
a、按比例称取摩尔比醋酸锌、硬脂酸锌或氯化锌30~35%，硼酸20~30%，正硅酸乙酯或四氯化硅50~60%，溶剂为无水乙醇和去离子水，催化剂为盐酸，络合剂为柠檬酸、草酸或硬脂酸10~30%，配置成相应的锌盐和硼酸的混合水溶液ⅰ，硅盐的醇溶液ⅱ，在ⅱ中加入络合剂搅拌，将ⅰ和ⅱ缓慢滴定、常温搅拌、均匀混合后制备出相应的溶胶；
b、在步骤a所制备的溶胶中加入盐酸，调ph值，混合搅拌，40℃水浴保温后，放置陈化，制备出相应的湿凝胶；
c、将步骤b所制备的湿凝胶经干燥、研磨、压制等工艺后，对其进行烧结，制得超硬材料低温陶瓷结合剂用的玻璃料。
本发明所述的制备超硬材料低温陶瓷结合剂用玻璃料的方法，其特征在于：所制备溶胶的原料摩尔百分比为：醋酸锌、硬脂酸锌或氯化锌30~35%，硼酸20~30%，正硅酸乙酯或四氯化硅50~60%，柠檬酸、草酸或硬脂酸10~30%，锌盐：去离子水=1:50~60，硅盐：无水乙醇=1:5~10。
本发明所述的制备超硬材料低温陶瓷结合剂用玻璃料的方法，其特征在于：所制备溶胶的滴定方式为将醋酸锌和硼酸的混合水溶液ⅰ逐滴滴入正硅酸乙酯的醇溶液ⅱ中。
本发明所述的制备超硬材料低温陶瓷结合剂用玻璃料的方法，其特征在于：所制备溶胶的反应温度为常温25℃，滴定完成后的搅拌时间为1~2h。
本发明所述的制备超硬材料低温陶瓷结合剂用玻璃料的方法，其特征在于：所制备凝胶的催化剂为盐酸，调节的ph值为4.0~5.0。
本发明所述的制备超硬材料低温陶瓷结合剂用玻璃料的方法，其特征在于：所制备凝胶的混合搅拌时间为80~120min。
本发明所述的制备超硬材料低温陶瓷结合剂用玻璃料的方法，其特征在于：所制备凝胶的保温方式为水浴保温，保温温度为40~60℃，保温时间为3~5h。
本发明所述的制备超硬材料低温陶瓷结合剂用玻璃料的方法，其特征在于：所制备凝胶的陈化为常温放置陈化，陈化时间为24~36h。
本发明所述的制备超硬材料低温陶瓷结合剂用玻璃料的方法，其特征在于：所制备凝胶的干燥方式为干燥箱鼓风干燥，干燥温度为80~100℃，干燥时间为24~36h。
本发明所述的制备超硬材料低温陶瓷结合剂用玻璃料的方法，其特征在于：所述研磨是在高能球磨机、滚动球磨机或研磨机中任意一种设备中进行。
本发明所述的制备超硬材料低温陶瓷结合剂用玻璃料的方法，其特征在于：所述的压制工艺采用模压法或模压、等静压相结合的任意一种。
本发明所述的制备超硬材料低温陶瓷结合剂用玻璃料的方法，其特征在于：所述的烧结工艺升温速率为1~5℃/min，温度为680~730℃，保温时间为1.5~3h。
本发明相比传统超硬材料低温陶瓷结合剂用玻璃料的方法，具有如下有益效果：
（1）反应温度低，节约能量，节省成本。由于溶胶~凝胶法所制备的凝胶体产品比表面积比较大，与传统制备工艺相比，具有较低的热处理温度和较高的材料韧性和强度等。
（2）产物纯度都较高，化学计量准确，易于掺杂且掺杂范围宽。由于需要在溶液里反应，容易的掺入一些其他物质，实现分子甚至原子水平上的掺杂。
（3）设施简单、工艺简便、反应可控、节省能源，因此具有很好的可实现性。
（4）性能优异，应用前景广阔。为sol-gel技术制取陶瓷结合剂的探讨提供理论技术储备，开启了溶胶~凝胶法制备低温陶瓷结合剂用玻璃料的新开端，促进陶瓷磨料磨具行业发展；同时制备的溶胶~凝胶玻璃料有利于实现超硬材料表面的陶瓷涂覆；也填补了磨具制造行业技术的缺陷。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例作进一步描述：
实施例1：
按重量比取醋酸锌32.93g、正硅酸乙酯62.50、硼酸6.18g、无水乙醇138.21g、去离子水150g、柠檬酸21.0g，配置成相应的醋酸锌和硼酸的混合水溶液ⅰ，正硅酸乙酯的醇溶液ⅱ，在ⅱ中加入柠檬酸，将ⅰ缓慢滴定入ⅱ，常温搅拌，均匀混合后制备出相应的溶胶；然后在溶胶中加入催化剂盐酸，调ph=4.0~5.0，混合搅拌80~120min，40~60℃水浴保温3~5h后，放置陈化24~36h，制备出相应的湿凝胶；将湿凝胶经80~100℃干燥24~36h、研磨、压制等工艺后，对其进行烧结，制得超硬材料低温陶瓷结合剂用的玻璃料。结果显示，该玻璃料的耐火度为680~730℃，抗折强度为50~70mp，热膨胀系数为3.0~6.0×10-6/℃。
实施例2：
按重量比取氯化锌20.45g、正硅酸乙酯57.29、硼酸9.27g、无水乙醇126.69g、去离子水180g、柠檬酸21.0g，配置成相应的氯化锌和硼酸的混合水溶液ⅰ，正硅酸乙酯的醇溶液ⅱ，在ⅱ中加入柠檬酸，将ⅰ缓慢滴定入ⅱ，常温搅拌，均匀混合后制备出相应的溶胶；然后在溶胶中加入催化剂盐酸，调ph=4.0~5.0，混合搅拌80~120min，40~60℃水浴保温3~5h后，放置陈化24~36h，制备出相应的湿凝胶；将湿凝胶经80~100℃干燥24~36h、研磨、压制等工艺后，对其进行烧结，制得超硬材料低温陶瓷结合剂用的玻璃料。结果显示，该玻璃料的耐火度为680~730℃，抗折强度为50~70mp，热膨胀系数为3.0~6.0×10-6/℃。
实施例3：
按重量比取氯化锌20.45g、四氯化硅50.97g、硼酸7.95g、无水乙醇98.59g、去离子水150g、草酸25.2g，配置成相应的氯化锌和硼酸的混合水溶液ⅰ，四氯化硅的醇溶液ⅱ，在ⅱ中加入草酸，将ⅰ缓慢滴定入ⅱ，常温搅拌，均匀混合后制备出相应的溶胶；然后在溶胶中加入催化剂盐酸，调ph=4.0~5.0，混合搅拌80~120min，40~60℃水浴保温3~5h后，放置陈化24~36h，制备出相应的湿凝胶；将湿凝胶经80~100℃干燥24~36h、研磨、压制等工艺后，对其进行烧结，制得超硬材料低温陶瓷结合剂用的玻璃料。结果显示，该玻璃料的耐火度为680~730℃，抗折强度为50~70mp，热膨胀系数为3.0~6.0×10-6/℃。
实施例4：
按重量比取硬脂酸锌94.85g、四氯化硅50.97g、硼酸4.12g、无水乙醇92.14g、去离子水100g、硬脂酸28.4g，配置成相应的硬脂酸锌和硼酸的混合水溶液ⅰ，四氯化硅的醇溶液ⅱ，在ⅱ中加入硬脂酸，将ⅰ缓慢滴定入ⅱ，常温搅拌，均匀混合后制备出相应的溶胶；然后在溶胶中加入催化剂盐酸，调ph=4.0~5.0，混合搅拌80~120min，40~60℃水浴保温3~5h后，放置陈化24~36h，制备出相应的湿凝胶；将湿凝胶经80~100℃干燥24~36h、研磨、压制等工艺后，对其进行烧结，制得超硬材料低温陶瓷结合剂用的玻璃料。结果显示，该玻璃料的耐火度为680~730℃，抗折强度为50~70mp，热膨胀系数为3.0~6.0×10-6/℃。
实施例5：
按重量比取醋酸锌32.93g、四氯化硅50.97g、硼酸6.18g、无水乙醇138.21g、去离子水150g、草酸25.2g，配置成相应的醋酸锌和硼酸的混合水溶液ⅰ，四氯化硅的醇溶液ⅱ，在ⅱ中加入草酸，将ⅰ缓慢滴定入ⅱ，常温搅拌，均匀混合后制备出相应的溶胶；然后在溶胶中加入催化剂盐酸，调ph=4.0~5.0，混合搅拌80~120min，40~60℃水浴保温3~5h后，放置陈化24~36h，制备出相应的湿凝胶；将湿凝胶经80~100℃干燥24~36h、研磨、压制等工艺后，对其进行烧结，制得超硬材料低温陶瓷结合剂用的玻璃料。结果显示，该玻璃料的耐火度为680~730℃，抗折强度为50~70mp，热膨胀系数为3.0~6.0×10-6/℃。