Низкотемпературные керамические связки

Впервые вопрос об использовании в качестве связок составов некоторых низкоплавких эвтектик силикатных систем, а также некоторых легкоплавких стекол, содержащих В₂0₃, MgO и ZnO, изложен в работах [115, 116].

Для экспериментов из химически чистых материалов были изготовлены высококремнеземистые, не содержащие А1₂0₃ стекла трех групп:

• 1) стекла, богатые щелочами (табл. 2.82);
• 2) борно-магниевые легкоплавкие стекла (5), содержащие до 15% В₂0₃ и до 7,0% МпО, плавящиеся при температуре 670—720 °С (связки № 6 и 7);
• 3) борно-магниевые стекла тех же составов, в которых часть оксида магния (до 2 %) заменена ZnO (связки № 8 и 9).

Указанные стекла огнеупорностью не выше 770 °C измельчались и применялись в качестве связок. На этих связках (с 14 на 100 вес. ч. зерна) были заформованы образцы из белого электрокорунда, которые обжигались затем в различных температурных условиях: от 900 до 1100 °C и при выдержке при конечной температуре от 1 до 8 ч.

Минералогический просмотр обожженных образцов показал, что все связки представляют собой стекла; зерна корунда оплавлены. С повышением температуры и увеличением времени выдержки от 1 до 8 ч в интервале температур 900−1100 °С растворимость корунда в связке увеличивается, при этом в зависимости от составов стекла наблюдается минералообразование плагиоклаза, шпинели, а при наличии в стекле В, 0₃ — алюмината бора.

Прочность и твердость образцов из белого электрокорунда с 14% связки, полученных в оптимальных условиях, представлены в табл. 2.83.

Авторы делают вывод, что при применении для производства изделий на легкоплавких связках в целях снижения температуры обжига преимущества имеют связки, содержащие в своем составе В₂0₃.

Таблица 2. 8 2.

Химический состав первой группы стекол.

Прочность и твердость образцов.

Применение других легкоплавких связок, стекол (исследованных составов), богатых щелочными оксидами, плавящихся при температуре не выше 740 °C, не обеспечивает получения абразивных изделий с высокими механическими свойствами.

В табл. 2.84 представлен химический состав легкоплавких керамических связок, предлагаемых различными авторами для абразивных изделий из электрокорундовых и карбидкрсмниевых абразивных материалов, с температурой обжига не более 900−1100 °С.

Однако до настоящего времени в отечественной практике легкоплавкие керамические связки не нашли промышленного применения.

Химический состав легкоплавких керамических связок Таблица 2.84.

Причины, сдерживающие внедрение в производство легкоплавких связок, на наш взгляд, таковы:

легкоплавкие связки (стекла) имеют «узкий» интервал спекания, в связи с чем сложно на одной связке получить все степени твердости абразивного инструмента из всех видов абразивных материалов и зернистостей. В связи с этим количество марок связок должно увеличиваться, что приведет к усложнению технологического процесса производства абразивного инструмента. Узкий интервал «спекания» практически не позволяет обжигать абразивный инструмент в туннельных газовых печах, поэтому обжиг инструмента необходимо производить в камерных или туннельных электрических печах;

абразивный инструмент на легкоплавкой связке в большей степени подвержен деформации, и, как показывает опыт, максимальный диаметр изготавливаемых кругов ограничивается диаметром 500 мм включительно;

абразивные смеси на легкоплавких связках обладают низкой пластичностью. Для ее увеличения вводится пластическая огнеупорная глина до 20%, что значительно изменяет (ухудшает) микроструктуру абразивного черепка, так как для процесса взаимодействия огнеупорных глин со стеклом и гомогенизации всей смеси температуры 1000 °C недостаточно.

Механическая прочность сырых и высушенных образцов на легкоплавких связках очень низкая. На сегодня единственным удовлетворительным связующим такой формовочной смеси является жидкий бакелит, но он токсичен и требует соблюдения норм по ПДК.