本发明涉及磨料领域，具体地，涉及一种改性氮化钛磨料及其制备方法。
背景技术：
磨料是锐利、坚硬的材料，用以磨削较软的材料表面。磨料有天然磨料和人造磨料两大类。按硬度分类有超硬磨料和普通靡磨料两大类。磨料的范围很广，从较软的家用去垢剂、宝石磨料到最硬的材料金刚石。磨料是制造每一种精密产品所必不可少的材料，许多天然磨料，已被人造磨料所代替。现有的磨料打磨效果较差，且长时间使用后容易发生团聚。
因此，提供一种打磨效果好，且长时间使用后不易发生团聚的高强度磨料及其制备方法是本发明亟需解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种改性氮化钛磨料及其制备方法，解决了现有的磨料打磨效果较差，且长时间使用后容易发生团聚的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种改性氮化钛磨料的制备方法，包括：
将改性氮化钛与金刚石、氧化锆、尖晶石粉、氧化钙、刚玉粉和热塑聚合物按照100：2-4：6-10：10-15：1.5-2：0.5-1.6：40-50的重量比混合、加热搅拌即制得所述改性氮化钛磨料；
其中，所述改性氮化钛通过以下方法制得：
1)先将氟化石墨、氟化镧和碳化钛与氮化钛混合并进行一次球磨得到预处理的氮化钛；
2)将所述预处理的氮化钛与烧结助剂、粘结剂、消泡剂和溶剂混合后再加入分散剂并进行二次球磨得到混合料浆；
3)将所述混合料浆烘干后进行烧结制得所述改性氮化钛。
本发明还提供了一种改性氮化钛磨料，所述改性氮化钛磨料由上述的制备方法制得。
本发明还提供了一种上述制备方法制得的改性氮化钛。
通过上述技术方案，本发明中选择氟化石墨、氟化镧和碳化钛对氮化钛进行改性，先将氟化石墨、氟化镧和碳化钛与氮化钛混合并进行一次球磨，接着再加入烧结助剂、粘结剂、消泡剂和溶剂使其进行充分混合分散后再进行二次球磨并烧结。通过该方法制得的改性氮化钛强度高、性能稳定且导热性能优异，适宜于作为磨料的原料。再将改性氮化钛与金刚石、氧化锆、尖晶石粉、氧化钙、刚玉粉和热塑聚合物混合、加热搅拌即制得所述改性氮化钛磨料。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种改性氮化钛磨料的制备方法，包括：
将改性氮化钛与金刚石、氧化锆、尖晶石粉、氧化钙、刚玉粉和热塑聚合物按照100：2-4：6-10：10-15：1.5-2：0.5-1.6：40-50的重量比混合、加热搅拌即制得所述改性氮化钛磨料；
其中，所述改性氮化钛通过以下方法制得：
1)先将氟化石墨、氟化镧和碳化钛与氮化钛混合并进行一次球磨得到预处理的氮化钛；
2)将所述预处理的氮化钛与烧结助剂、粘结剂、消泡剂和溶剂混合后再加入分散剂并进行二次球磨得到混合料浆；
3)将所述混合料浆烘干后进行烧结制得所述改性氮化钛。
上述技术方案中，所述热塑聚合物的种类可以在宽的范围内选择，但是为了提高磨料的打磨性能，优选地，所述热塑聚合物为聚丙烯腈、聚苯乙烯和尼龙中的一种或多种。
上述技术方案中，各原料的具体配比可以在宽的范围内选择，但是为了提高制得的改性氮化钛的强度及导热性能，优选地，所述氮化钛、氟化石墨、氟化镧、碳化钛、烧结助剂、粘结剂、消泡剂、溶剂和分散剂的重量配比为100：6-8：1.5-2：2-5：5-10：5-20：1.6-2.5：80-150：2.1-3.6。
上述技术方案中，烧结的条件可以在宽的范围内选择，但是为了提高制得的改性氮化钛的强度及导热性能以及烧结效率，优选地，所述烧结至少满足以下条件：在气体流量为0.001-0.005m3/h的氮气气氛下，自20℃开始升温至1850-1950℃并在1850-1950℃维持6-12h，其中升温速率为10-20℃/min；接着以10-15℃/min的降温速率降温至1400-1500℃并在1400-1500℃维持4-10h；最后以10-20℃/min的降温速率降温至400-600℃后随炉冷却至室温。
上述技术方案中，一次球磨、二次球磨的时间均可以在宽的范围内选择，但是为了提高制得的球磨效率，优选地，所述一次球磨、二次球磨的时间各自独立为4-6h。
上述技术方案中，烘干条件可以在宽的范围内选择，但是为了提高制得的烘干效率，优选地，所述烘干至少满足以下条件：烘干温度为40-80℃，烘干时间为12-24h。
上述技术方案中，烧结助剂的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了提高改性效果，优选地，所述烧结助剂为氮化铝、氧化钙、氧化铝和氟化钙中的一种或多种。
上述技术方案中，粘结剂的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了提高改性效果，优选地，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛或聚乙烯醇。
上述技术方案中，消泡剂、分散剂的具体种类均可以在宽的范围内选择，但是为了提高改性效果，优选地，所述消泡剂为磷酸三丁酯、二甲基硅油或聚氧丙烯；
所述分散剂为丙烯酸树脂、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠和甲基戊醇中的一种或多种。
上述技术方案中，溶剂的具体种类均可以在宽的范围内选择，但是为了提高各原料之间的混合、协同效果，优选地，所述溶剂为无水乙醇、丁醇和丙酮中的一种或多种。
本发明中还提供了一种上述制备方法制得的改性氮化钛磨料。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
制备例1
1)先将氟化石墨、氟化镧和碳化钛与氮化钛混合并进行一次球磨6h后得到预处理的氮化钛；
2)将所述预处理的氮化钛与氮化铝、聚乙烯醇缩丁醛、磷酸三丁酯和无水乙醇混合后再加入丙烯酸树脂并进行二次球磨4h后得到混合料浆；
3)将所述混合料浆在40℃进行烘干12h后，在气体流量为0.001m3/h的氮气气氛下，自20℃开始升温至1850℃并在1850℃维持12h，其中升温速率为10℃/min；接着以10℃/min的降温速率降温至1400℃并在1400℃维持10h；最后以10℃/min的降温速率降温至400℃后随炉冷却至室温制得所述改性氮化钛，记作w1；
其中，所述氮化钛、氟化石墨、氟化镧、碳化钛、氮化铝、聚乙烯醇缩丁醛、磷酸三丁酯、无水乙醇和丙烯酸树脂的重量配比为100：6：1.5：2：5：5：1.6：80：2.1。
制备例2
1)先将氟化石墨、氟化镧和碳化钛与氮化钛混合并进行一次球磨5h后得到预处理的氮化钛；
2)将所述预处理的氮化钛与氧化铝、聚乙烯醇、二甲基硅油和无水乙醇混合后再加入三乙基己基磷酸并进行二次球磨5h后得到混合料浆；
3)将所述混合料浆在70℃进行烘干20h后，在气体流量为0.003m3/h的氮气气氛下，自20℃开始升温至1900℃并在1900℃维持10h，其中升温速率为15℃/min；接着以15℃/min的降温速率降温至1450℃并在1450℃维持8h；最后以15℃/min的降温速率降温至500℃后随炉冷却至室温制得所述改性氮化钛，记作w2；
其中，所述氮化钛、氟化石墨、氟化镧、碳化钛、氧化铝、聚乙烯醇、二甲基硅油、无水乙醇和三乙基己基磷酸的重量配比为100：7：1.7：4：7：15：2：100：3。
制备例3
1)先将氟化石墨、氟化镧和碳化钛与氮化钛混合并进行一次球磨6h后得到预处理的氮化钛；
2)将所述预处理的氮化钛与氟化钙、聚乙烯醇缩丁醛、聚氧丙烯和丁醇混合后再加入十二烷基硫酸钠并进行二次球磨6h后得到混合料浆；
3)将所述混合料浆在80℃进行烘干12h后，在气体流量为0.005m3/h的氮气气氛下，自20℃开始升温至1950℃并在1950℃维持6h，其中升温速率为20℃/min；接着以15℃/min的降温速率降温至1500℃并在1500℃维持4h；最后以20℃/min的降温速率降温至600℃后随炉冷却至室温制得所述改性氮化钛，记作w3；
其中，所述氮化钛、氟化石墨、氟化镧、碳化钛、氟化钙、聚乙烯醇缩丁醛、聚氧丙烯、丁醇和十二烷基硫酸钠的重量配比为100：8：2：5：10：20：2.5：150：3.6。
制备例4
按照制备例1的方法制得改性氮化钛，记作w4，不同的是步骤1)中未加入氟化石墨。
制备例5
按照制备例1的方法制得改性氮化钛，记作w5，不同的是步骤1)中未加入氟化镧。
制备例6
按照制备例1的方法制得改性氮化钛，记作w6，不同的是步骤1)中未加入氟化石墨和氟化镧。
实施例1
将改性氮化钛w1与金刚石、氧化锆、尖晶石粉、氧化钙、刚玉粉和热塑聚合物按照100：2：6：10：1.5：0.5：40的重量比混合、加热搅拌即制得所述改性氮化钛磨料，记作a1；
应用例1中测试结果为：打磨后工件的粗糙度为0.17μm且无团聚现象。
实施例2
将改性氮化钛w2与金刚石、氧化锆、尖晶石粉、氧化钙、刚玉粉和热塑聚合物按照100：3：8：12：1.8：1：45的重量比混合、加热搅拌即制得所述改性氮化钛磨料，记作a2；
应用例1中测试结果为：打磨后工件的粗糙度为0.17μm且无团聚现象。
实施例3
将改性氮化钛w3与金刚石、氧化锆、尖晶石粉、氧化钙、刚玉粉和热塑聚合物按照100：4：10：15：2：1.6：50的重量比混合、加热搅拌即制得所述改性氮化钛磨料，记作a3；
应用例1中测试结果为：打磨后工件的粗糙度为0.16μm且无团聚现象。
对比例1
按照实施例1的方法制得改性氮化钛磨料，记作d1，不同的是使用w4代替了w1。
应用例1中测试结果为：打磨后工件的粗糙度为0.38μm且无团聚现象。
对比例2
按照实施例1的方法制得改性氮化钛磨料，记作d2，不同的是使用w5代替了w1。
应用例1中测试结果为：打磨后工件的粗糙度为0.39μm且无团聚现象。
对比例3
按照实施例1的方法制得改性氮化钛磨料，记作d3，不同的是使用w6代替了w1。
应用例1中测试结果为：打磨后工件的粗糙度为0.43μm且少量团聚现象。
应用例1
将实施例与对比例中制得的改性氮化钛磨料a1-a3、d1-d3：选择原始粗糙度ra为0.7μm的试验工件用所制得的磨料进行打磨，测定其打磨效果和观察磨料的团聚现象，具体结果见实施例中记载。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。