1、    納米組分優化對陶瓷結合劑硬度的影響研究    劉鑫鑫+劉世凱+張吉祥摘 要：通過對硼鋁硅酸鹽體系原始配方的組分優化，運用正交實驗設計方法，用一定量的納米al2o3、sio2和cao部分替代原有配方中的al2o3、sio2和cao，研究納米組分優化對陶瓷結合劑硬度的影響。實驗結果表明：納米組分優化對陶瓷結合劑硬度影響的主次關系為納米氧化鈣大于納米氧化鋁大于納米氧化硅；當部分替換納米al2o3為2wt%，納米sio2為4wt%，納米cao為1wt%時，其硬度最大為68.4hrc。關鍵詞：陶瓷結合劑；組分優化；納米材料；硬度1 引言陶瓷磨具高強、高速和

2、高效等特點是其在應用中具有獨特優勢1。考慮到陶瓷磨具的使用壽命，其還必須具有一定的硬度；結合劑作為磨具的重要組成部分，它的硬度在很大程度上代表了磨具的硬度。目前，國內外學者主要研究了納米添加對陶瓷結合劑硬度的影響。侯永改等2研究了納米氧化鋯添加對結合劑硬度的影響，當添加納米氧化鋯為8%時，其硬度最大為129.8hrc。但是，目前對陶瓷結合劑自身組分優化對其硬度的研究還很少。本研究以硼鋁硅酸鹽為基礎體系，通過原始配方的組分優化，運用正交實驗設計方法，研究了替代部分納米氧化鋁、納米氧化硅和納米氧化鈣的含量對陶瓷結合劑硬度的影響，以期得到優化的陶瓷結合劑配方。2試驗2.1試驗原料及玻璃料的制備把一定

3、量的分析純原料氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、碳酸鉀和碳酸鈉按比例混合均勻，松壓成八字塊，經1450高溫熔煉，水淬，干燥，球磨至200目以細，得到陶瓷結合劑粉。2.2 正交實驗設計本試驗選取三個因素，即三種納米材料的添加：（a）納米氧化鋁；（b）納米二氧化硅；（c）納米氧化鈣。每個因素選取三個水平，均為質量百分比；a因素三個水平：0.5、1和2；b因素三個水平：0.5、2和4；c因素三個水平：0.5、1和2。以洛氏硬度為考察指標。因為本試驗為3水平試驗，選用ln（3m）型正交表，并且不考慮各因素之間的交互作用，所以選用l9（34）型正交表來安排試驗。根據前期研究經驗，正交表中a因素第一列，b因素第二列

4、，c因素第四列，第三列為空列。根據正交表確定試驗方案，一共分九組進行試驗分別標記為19#。其中為了對照，基礎陶瓷結合劑的試驗為0#。2.3試樣制備把預熔好的陶瓷結合劑粉按配方稱量，再和納米氧化硅、納米氧化鋁和納米氧化鈣進行充分混合，再加入一定量的潤濕劑和粘結劑，混合均勻，經12h燜料，壓制成35mm×6mm×6mm 和8mm×8mm的樣條，經過干燥，燒結得到陶瓷結合劑試樣。3 結果與討論3.1 結合劑硬度的研究本試驗共有9組正交試驗加上對照組（編號0）實驗10組試驗，分別在680，730，750，810，830，850，870七種溫度下進行燒結，在洛氏硬度計上選擇

5、3個點測試，這3個數值的平均值即它們的硬度值，考慮到正交實驗，只選用每組配方中最大的硬度值來分析。具體數據如表3-1所示。3.2 結合劑硬度的正交分析如表3-2所示，通過極差分析法可知：（1）三個因素的主次關系為納米氧化鈣、納米氧化鋁 、納米氧化硅，其中空列的極差大于納米氧化硅的，這表明不同因素之間存在較強的交互作用，進行相關研究需進一步考慮；（2）最優化方案中，納米氧化鋁因素最佳水平為2%，納米氧化硅因素最佳水平為4%，納米氧化鈣因素最佳水平為1%，即第7組配方。從圖3-1可以看出，隨著納米氧化鋁含量增加，洛氏硬度在一直提高，但在1%以后，升高速度變緩；隨著納米氧化鈣含量增加，洛氏硬度出現先升后降的趨勢，在1%時，洛氏硬度值達到最大；隨著納米氧化硅含量增加，洛氏硬度出現先降后升的現象，由此看出，納米氧化硅低時，其對洛氏硬度的影響是不利的，在含量為4%時，洛氏硬度最大。4 結論（1）結合劑配方納米組分的優化有利于改善其硬度，納米組分對硬度影響主次因素為納米氧化鈣、納米氧化鋁 、納米氧化硅。（2）最優的結合劑配方組分優化方案為a3c2b3，其中納米al2o3含量為2%，納米cao含量為1%，納米sio2含量為4%，其硬度達到68.4hrc。參考文獻：1 劉鑫鑫，劉世凱，鄧士煒.超硬磨具納米陶瓷結合劑研究進展j.超硬材料工程 ， 2016 ， 28 （6） ：