探究陶瓷结合剂磨具中含硼玻璃料生产所需原料：郑州千磨谈

　　烧成温度低是金刚石磨具陶瓷结合剂的主要特性，含硼玻璃熔化温度低，适合于制造陶瓷金刚石磨具，如硼锌玻璃、硼钡锂玻璃等，组成玻璃体的原料主要是各自相应的纯氧化物，部分是含相应氧化物的矿物。

　　含硼原料主要是硼酸，其熔点极低，只有148℃，易溶于水，加热脱水而成硼酐。它以B₂O₃的形式和氧化锌、硅石等形成硼硅酸盐玻璃。该系玻璃的结合剂对金刚石具有良好的润湿性能，有和金刚石非常接近的膨胀系数。在生产上工业纯的硼酸就可以选入原料。

　　含锌原料主要是氧化锌，氧化锌本身的熔点高达1975℃，当它和硼硅形成玻璃时，就成为一种较好的助熔剂，在磨具烧成时起催熔作用。生产上选择工业纯的氧化锌为原料。

　　含氧化硅的原料主要是石英，自然界中最常见的是β-石英，作为原料的石英要求SiO₂含量大于97%。

　　在结合剂中需含锂成分时，要加入含有氧化物的矿物，如锂云母、β-锂辉石等，此外加入1%亚锰酸锂的结合剂，可使烧成温度降低30～70℃。

　　非玻料起调节结合剂耐火度的作用。假如结合剂中只有玻璃体，虽然烧成温度可降低，但其熔融温度范围窄、粘度小、易流淌，加人非玻璃质(一般为粘土)后，由于粘土中Al₂O₃的作用，使结合剂的软化温度范围变宽，易于控制。粘土是一种土状矿物，还具有许多重要特性，如可塑性、吸水性、收缩性和耐火性等。

　　(1)强度:结合剂的强度通常用磨具的抗拉强度表示。磨具抗拉强度与结合剂本身强度及结合剂用量有密切关系。为保证磨具使用安全，结合剂的强度必须足够高。

　　(2)耐火度:结合剂的耐火度决定磨具的烧成温度。金刚石磨具需在低温下烧成，则结合剂的熔融温度应低于金刚石的氧化和石墨化温度。通常把耐火度控制在600～700℃。

　　(3)润湿性:磨料在磨具中的把持强度，与结合剂对磨料的润湿性能直接有关，润湿性好，把持强度高，反之则低。当润湿角θ小于90°时，表明熔融体对固体有较好的润湿能力。而对同种结合剂来说，温度越高，其润湿性越好，即润湿角越小。由于金刚石耐高温性差，常在结合剂中加人由硼、锂、钡的氧化物组成的玻璃体，以获得较低温度下的较好润湿性。

　　(4)热膨胀性:对结合剂的热膨胀性能有两方面要求，一是要求结合剂与金刚石之间的热膨胀系数尽量接近，以使制造过程中热胀冷缩变化尽可能一致，从而保证金刚石与结合剂之间有牢固的粘结。从这个角度出发，结合剂的热胀系数略小于金刚石的热胀系数，有利于提高结合剂对金刚石的包镶力。二是要求金刚石层与非金刚石层之间的热膨胀性能尽量接近，否则，在其相互连结处易发生开裂。

　　磨具从低温到高温的整个烧成过程中，要发生复杂的物理化学变化，在不同的温度阶段，有不同的变化。

　　在120～150℃温度区段，吸附水被排除。到了250～450℃温度区段,坯体内的原料结合水从缓慢排除到激烈进行，且粘结剂开始分解，磨具强度略有降低。到500℃以后，一方面由于临时粘结剂继续分解，使坯体强度降低到最低点；另一方面低熔点成分开始熔融。当温度继续升高至烧成温度，熔融物数量不断增加，粘度有所降低，产生蠕变流动。在保温阶段，熔融物数量随时间延长而增多，粘度进一步降低，流动性提高，原先分散的部分块状液相逐渐联结成面。至保温结束时，液相基本包围了磨粒，并连成一体，磨具硬度、强度和气孔达到最终烧成状态。

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