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ZnO包覆金刚石微粉的制备及性能研究

李晓虎  
【摘要】:陶瓷结合剂金刚石磨具是一种高速、高效、高精、低磨削成本、低环境污染的高性能磨具。其主要采用热压或冷压烧结制备而成,在此过程中金刚石会发生氧化反应,导致其性能下降,严重影响磨具使用效果。本论文采取在金刚石表面涂覆保护性氧化物涂层来抑制金刚石的氧化反应。 首先,本文采用尿素沉淀法在制备了ZnO包覆的金刚石微粉,研究表明:在原料摩尔比n[Zn(NO3)2]: n[(NH2)2CO]=1:20,以SDS作为表面活性剂,其浓度为5mM;金刚石用量为5g/300ml,其平均粒径为10μm;在水浴80°C下水解反应2h的条件下可以制得Zn5(CO3)2(OH)6均匀包覆的金刚石粉体。Zn5(CO3)2(OH)6为ZnO的前驱体,由大量相互交错的纳米片组成,其焙烧工艺制度为:焙烧温度:300°C,焙烧时间为2h。利用XRD、FESEM及DSC-TG对样品进行分析,证明所得ZnO晶型为六方纤锌矿型;ZnO涂层的厚度约为4.25μm;ZnO涂层的存在使得金刚石的起始氧化温度升高70°C。 其次,运用晶体生长理论探讨了过饱和度对涂层包覆效果的影响,从理论上解释了不同尿素含量与包覆效果的关系。 最后,本文利用所制备的ZnO包覆的金刚石微粉及SiO2-B2O3-Al2O3系陶瓷结合剂制备了金刚石复合材料,金刚石在复合材料中的体积分数为25%,烧结方式为热压烧结,烧结工艺为:压力为28MPa,烧结温度为700°C,烧结时间为5min。通过对复合材料的抗折强度及微观组织结构的分析,发现:ZnO涂层的存在使得复合材料的抗折强度增大了24%;致密度由90.6%提高到了97.4%。


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