专利名称：磁性磨料的常压烧结方法
技术领域：
本发明提供一种磁性磨料的常压烧结方法，属于复合材料的制备技术领域。
背景技术：
从材料学角度，磁性磨料是一种复合材料，即铁基增强型复合材料，主要由铁磁相和磨 粒相组成。铁磁相要求具有良好的导磁性和导电性，常用材料为纯铁粉或铁基合金粉末。磨 粒相是兼有磨削、研磨和抛光作用的一种具有较高硬度、强度和稳定性的粒状物质，常用材 料有刚玉、金刚石、氮化硅、碳化硅等。磁性磨料的化学成分及其配比和结构是决定磁性磨 料性能的关键因素，这就要求铁磁相与磨粒相之间保持紧密的结合，并且要有适当的粒度， 还需要有一种合适的制备方法。
目前磁性磨料的烧结方法主要有激光烧结法和热压烧结法。其中激光烧结法是采用铁粉 加普通磨料(Al203、 SiC)，通过加热、熔化、混合、重凝等物理化学过程制备成一定尺寸的磁 性磨粒。此方法简单易行，制成的磁性磨粒尺寸合适。缺点是制成的磁性磨粒易氧化、组织 疏松、密度低，磨粒相颗粒易剥落。热压烧结法主要是在烧结温度为1200'C，烧结时间5.5h， 保温时间2h，用钛粉、钼粉作结合剂，热压烧结制备所得。该方法缺点是热压过程中温度测 量准确性较差，温度不均匀，最终质量往往受粉末原始氧化程度影响较大，还与填装重量的 准确性、磨具尺寸稳定性及压力有关。而且制的得样块破碎难，需要线切割成片、成条再破 碎，难以批量生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、制造工艺简单、烧结出的磁性磨料结合强度 和研磨效率都比较理想、有利于实现批量生产的磁性磨料的常压烧结方法。其技术方案为
一种磁性磨料的常压烧结方法，其特征在于包括以下步骤1)用溶胶凝胶法在铁磁相表 面包覆无机膜，2)将表面包覆无机膜后的铁磁相与磨粒相、高温粘结剂装入混料器中充分 混合，3)将上述混合后的粉体压制成坯体并干燥，4)将干燥后的坯体放入电炉中常压烧结， 5)将烧好的坯体破碎、筛分即得磁性磨料。
为实现发明目的，所述的磁性磨料的常压烧结方法，步骤l)中铁磁相成分为纯铁粉或铁基合金粉末，铁基合金粉末中铁的含量不低于70%，采用溶胶一凝胶法在铁磁相表面包覆氧 化硅、氧化铝、硅酸铝或磷酸铝无机膜。
为实现发明目的，所述的磁性磨料的常压烧结方法，步骤2)中磨粒相采用硬度较高且耐 磨的刚玉粉、碳化硅、氮化硼或氧化锆，高温粘结剂选用含有O、 B、 Si、 C和P的无机矿化剂， 表面包膜的铁磁相与磨粒相、高温粘结剂三者的质量比是1 8.5: 8.5~0.5: 0.5~1。
为实现发明目的，所述的磁性磨料的常压烧结方法，步骤3)中向混合均匀的粉体中加入 质量分数为5。/。的PVA溶液做结合剂，加入量为混合粉体总质量的1~3%，搅拌均匀，然后在 50 100MPa下压制成坯体，将坯体在100'C下干燥5h。
为实现发明目的，所述的磁性磨料的常压烧结方法，步骤4)中将干燥后的坯体放入电 炉中在850 1300'C进行烧结，烧结时间4 12h，自然降温。
为实现发明目的，所述的磁性磨料的常压烧结方法，步骤5)中将烧好的坯体进行破碎， 然后筛分即得磁性磨料。
其工作原理为本发明在烧结法的基础上，用高温无机粘结剂替代钛、钼、镍、钴等贵 重金属粘结组分，并通过溶胶-凝胶法对铁磁相表面包硅膜，降低了高温下铁磁相的氧化程度， 改善了铁磁相与磨粒相的相容性，矿化剂高温烧结后形成玻璃相组分，既提高了铁磁相和磨 粒相之间的键合力，破碎过程比使用金属粘结剂更容易，锤击破碎后颗粒完整性好，基本无 裂纹，制得的磁性磨料结合强度和研磨效率都比较理想，有利于批量化生产。
本发明与现有技术相比，具有如下优点
1、 用无机粘结剂代替钴、钼贵重金属组分，成本低，且由于磁性磨料的结合剂为无机玻 璃相的矿化剂组分，结合强度高、有脆性，用锤击破碎的方式即可完成，因此有利于实现批 量生产；
2、 采用溶胶-凝胶法对铁磁相表面包覆无机膜，改善了铁磁相与磨粒相的相容性，提高 了铁磁相和磨粒相之间的键合力，使得由其制得的磁性磨料耐用度高、使用寿命长、研磨性 能好；
3、 在无气氛保护的条件下制备磁性磨料，制造工艺简单，易于形成规模生产。
具体实施例方式
实施例l:
采用溶胶一凝胶法，将200目还原铁粉放入正硅酸乙酯水解縮聚反应后形成的凝胶中，压 滤后干燥，形成表面包有Si02膜的还原铁粉。将80份质量200目经包覆SiO2膜的还原铁粉与20 份质量的325目棕刚玉粉、10份质量200目无机矿化剂均匀混合，向混合均匀的粉体中加入质量分数为5M的PVA溶液做结合剂，加入量为混合粉体总质量的1.5%，搅拌均匀，然后在80MPa 下压制成坯体，将坯体在10(TC下干燥5h。坯体干燥后放入电炉中常压烧结，烧结温度930。C, 加热4小时，保温2小时，自然降温后破碎，筛选成40目、60目、80目和120目的磁性磨料颗粒， 四种粒度的总收率为80%。 实施例2:
采用溶胶一凝胶法，将正硅酸乙酯水解縮聚产物硅溶胶及异丙醇铝制备的铝溶胶混合， 静置稳定后，将200目铁-铝-硅( ％铝5.4%，硅9.6%，其余为铁)合金粉浸入混合溶胶中， 压滤后干燥，形成表面包有硅酸铝膜的铁-铝合金粉，将80份质量200目包膜的铁-铝-硅合金粉 与20份质量的325目氮化硅粉、7份质量的200目无机矿化剂均匀混合，在90Mpa下压制成坯体， 坯体干燥后放入电炉中常压烧结，烧结温度1000'C，加热4小时，保温1.5小时，自然降温后 破碎，筛选成40目、60目、80目和120目的磁性磨料颗粒，四种粒度的总收率为83%。 实施例3:
在水玻璃溶液中加入稀硫酸，生成硅凝胶，经老化后加入硫酸铝溶液，再加氨水作沉淀 剂，生成硅铝凝胶，静置陈化后，采用溶胶一凝胶法，在200目铁-镍-钼性粉末(WM镍25 %、钼2%、余量为铁)表面包覆Si02膜，将80份质量200目包覆SiO2膜的镍粉与20份质量 400目白刚玉粉、10份质量200目无机矿化剂均匀混合，在100Mpa下压制成坯体，坯体干燥后 放入电炉中常压烧结，烧结温度1200'C，加热4小时，保温2小时，自然降温后破碎，筛选成 40目、60目、80目和120目的磁性磨料颗粒，四种粒度的总收率为80%。
实施例4:
采用溶胶一凝胶法，利用正硅酸乙酯的水解縮聚反应在200目雾化铁粉表面包覆SiO2膜， 将80份质量200目包覆SiO2膜的雾化铁粉与20份质量400目碳化硅粉、10份质量200目无机矿化 剂均匀混合，在100Mpa下压制成坯体，坯体干燥后放入电炉中常压烧结，烧结温度850'C， 加热4小时，保温1.5小时，自始降温后破碎，筛选成40目、60目、80目和120目的磁性磨料颗 粒，四种粒度的总收率为78%。
权利要求
1、一种磁性磨料的常压烧结方法，其特征在于包括以下步骤1)用溶胶凝胶法在铁磁相表面包覆无机膜，2)将表面包覆无机膜后的铁磁相与磨粒相、高温粘结剂装入混料器中充分混合，3)将上述混合后的粉体压制成坯体并干燥，4)将干燥后的坯体放入电炉中常压烧结，5)将烧好的坯体破碎、筛分即得磁性磨料。
2、 如权利要求l所述的磁性磨料的常压烧结方法，其特征在于步骤l)铁磁相成分为纯铁粉或铁基合金粉末，铁基合金粉末中铁的含量不低于70%，采用溶胶一凝胶法在铁磁相表 面包覆氧化硅、氧化铝、硅酸铝或磷酸铝无机膜。
3、 如权利要求l所述的磁性磨料的常压烧结方法，其特征在于步骤l)中磨粒相采用硬度较高且耐磨的刚玉粉、碳化硅、氮化硼或氧化锆，高温粘结剂选用含有O、 B、 Si、 C和P 的无机矿化剂，表面包膜的铁磁相与磨粒相、高温粘结剂三者的质量比是1~8.5:8.5~0.5:0.5~1。
4、 如权利要求l所述的磁性磨料的常压烧结方法，其特征在于步骤3)中向混合均匀的 粉体中加入质量分数为5y。的PVA溶液做结合剂，加入量为混合粉体总质量的1~3%，搅拌均 匀，然后在50 100MPa下压制成坯体，将坯体在10(TC下干燥5h。
5、 如权利要求1所述的磁性磨料的常压烧结方法，其特征在于步骤4)中将干燥后的 坯体放入电炉中在850 130(TC进行烧结，烧结时间4 12h，自然降温。
6、 如权利要求l所述的磁性磨料的常压烧结方法，其特征在于步骤5)中将烧好的坯体 进行破碎，然后筛分即得磁性磨料。
全文摘要
本发明提供一种磁性磨料的常压烧结方法，其特征在于包括以下步骤1)用溶胶凝胶法在铁磁相表面包覆无机膜，2)将表面包覆后的铁磁相与磨粒相、高温粘结剂装入混料器中充分混合，3)将上述混合后的粉体压制成坯体并干燥，4)将干燥后的坯体放入电炉中常压烧结，5)将烧好的坯体破碎、筛分即得磁性磨料。本方法在烧结法的基础上，用高温无机粘结剂替代钛、钼、镍、钴等贵重金属粘结组分，并通过溶胶-凝胶法对铁磁相表面包覆无机膜，降低了高温下铁磁相的氧化程度，改善了铁磁相与磨粒相的相容性，提高了铁磁相和磨粒相之间的键合力，制得的磁性磨料结合强度大、研磨效率高，使用常压无气氛保护电炉烧结，工艺简单，有利于实现批量生产。
文档编号C09K3/14GK101481597SQ20091001394
公开日2009年7月15日 申请日期2009年1月17日 优先权日2009年1月17日
发明者于先进, 赵增典, 赵玉刚, 黄玉红 申请人:山东理工大学