Úvod do nano{0}}keramických spojív
Nano{0}}keramické spojivá sú špecializované spojivá pre superabrazívne nástroje, založené na konvenčnom nízko-teplotnom systéme borosilikátového keramického skla (SiO₂-B₂O₃{3}}Al₂O₃-R₂O), vylepšené začlenením}nanooxidového prášku ako nano{5} Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, ZrO₂) na dosiahnutie výrazného zlepšenia celkového výkonu prostredníctvom jemného-zosilnenia zŕn a spevnenia rozhrania. Používajú sa predovšetkým v diamantových/CBN brúsnych kotúčoch, kotúčoch a orovnávacích nástrojoch.
Systém základného vzorca (nízko{0}}teplotný typ)
Matrica zo sklenenej fázy: SiO2, B203, Al2O3, oxidy alkalických kovov/kov alkalických zemín (Li2O, Na2O, CaO)
Nano{0}}modifikačná fáza: 5–50 nm oxid hlinitý, oxid kremičitý, titán, zirkón; malé množstvá fosfátov, tavív a pomocných prostriedkov na spekanie
Popis produktov
Veľký špecifický povrch nano{0}}častíc podporuje zahusťovanie počas spekania, čo má za následok výrazné spevnenie jemných-zŕn. Pevnosť v ohybe sa zvyšuje o 25 % – 40 %, čím sa zabezpečuje silnejšie zadržiavanie diamantových a CBN brusív, čím sa znižuje strata zrna a vylamovanie hrán pri vysoko-brúsení.
Vďaka extrémne vysokej povrchovej aktivite nano-práškov možno teplotu spekania znížiť z 900 – 1100 stupňov na 750 – 850 stupňov , čím sa minimalizuje tepelné poškodenie, ako je grafitizácia diamantu a transformácia fázy CBN, pričom sa šetrí energia a znižuje spotreba.
Koeficient lineárnej rozťažnosti je laditeľný a ponúka lepšiu zhodu s diamantom/CBN, čo vedie k nižším zvyškovým vnútorným napätiam po spekaní. Tým sa redukuje praskanie a deformácia kolesa, čo zaisťuje vynikajúcu rozmerovú stabilitu.
Jemné, kontrolovateľné póry poskytujú rovnováhu medzi húževnatosťou a samoostriacimi vlastnosťami. Počas brúsenia je opotrebovanie spojiva rovnomerné, čo zabraňuje veľkému-zanášaniu brúsneho kotúča a umožňuje vyššiu kvalitu povrchovej úpravy.
Odoláva mäknutiu pri vysokých teplotách, zaisťuje bezpečnosť pri suchom a{0}}rýchlom mletí. Odolné voči chemickej erózii reznými kvapalinami, zvyšujúce životnosť nástroja o viac ako 30 %.
Vhodné na suché lisovanie, odlievanie, odlievanie pásky a 3D tlač-ideálne pre ultra-tenké kotúče, presné malé kotúče a mikro-brúsne hlavy.
Mechanizmy spevnenia a spevnenia
Jemné{0}}posilnenie zrna:Zjemnenie zŕn po spekaní zvyšuje hranice zŕn, ktoré bránia šíreniu trhlín a znižujú krehkosť keramiky.
Transformačné spevnenie (s nano-zirkónmi):Martenzitická fázová transformácia oxidu zirkoničitého na špičkách trhlín pohlcuje energiu, čím sa výrazne zlepšuje odolnosť voči odštiepeniu a rozbitiu.
Vylepšené zmáčanie v tekutej fáze:Nano{0}}prášky zlepšujú zmáčavosť roztaveného skla smerom k abrazívnym časticiam, čo vedie k pevnejšiemu spojeniu rozhrania.
Nano{0}}premostenie častíc:Nano{0}}fáza vypĺňa medzery v sklenenej matrici a vytvára spojovacie štruktúry, ktoré zvyšujú lomovú húževnatosť.
Materiály metrického valčekového reťazového kolesa
Sol-gélová metóda (vysoká-koncová)
Rovnomerná disperzia nano prekurzorov bez aglomerácie, ktorá poskytuje najvyššiu pevnosť spojiva. Ideálne pre ultra-presné a ultra{2}}tenké kolesá, hoci sú relatívne drahé.
Miešanie pri mletí mokrou guľou (hlavný prúd pre hromadnú výrobu)
Mikro-sklený prášok zmiešaný s nano-oxidmi prostredníctvom predĺženého ultra-jemného guľového mletia, čím sa dosahuje rovnomerné rozptýlenie pri vysokej nákladovej-efektívnosti-, ktorá je široko používaná v priemysle.
Proces polymérového gélového kompozitu
Potláča aglomeráciu nano{0}}častíc, umožňuje kontrolovanú pórovitosť po nízko-teplotnom spekaní, bežne používanom vo vysokorýchlostných CBN brúsnych kotúčoch-.
Typické aplikačné scenáre
1. Superabrazívne nástroje (najväčšie využitie)
Keramické CBN brúsne kotúče: Presné vonkajšie/vnútorné valcové a bezhroté brúsenie rýchlo-oceli, ložiskovej ocele, nehrdzavejúcej ocele a zliatin titánu.
Diamantové keramické brúsne kotúče: Rezanie slinutého karbidu, keramiky, zafíru, PCB, polovodičových plátkov a fotovoltaických kremíkových plátkov.
Ultra-tenké rezné kotúče, mikro-brúsne hlavy, CNC-tvarované brúsne kotúče a diamantové orovnávacie valce.
2. Iné aplikácie
Nano-keramické cementované karbidy: Náhrada fázy kobaltového spojiva pre nástroje odolné voči vysokým-teplotám a korózii-.
Presné keramické komponenty, elektronické substráty a oteruvzdorné-spojovacie vrstvy.
Trendy rozvoja priemyslu
Kompozitná nano{0}}modifikácia: kombinácia nano-oxidov s fúzmi alebo grafénovými kompozitmi, čím sa dosahuje vysoká pevnosť a húževnatosť;
Nízko{0}}teplotné, nízko{1}}taviace sa olova-zloženia: ekologické-lítium-bórfosfátové nano-systémy;
Funkčná modifikácia: pridanie tepelne vodivých nano-plnív na zlepšenie odvodu tepla pri brúsení za sucha;
Ultra-jemnozrnné nano-pojivá vhodné na ultra-precízne zrkadlové brúsenie s použitím nano-diamantov a mikro-práškových brusív.