[发明专利]一种采用溶胶凝胶法在金刚石表面镀覆ZrO2/Fe2O3复合薄膜的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种金刚石磨料表面改性技术，具体是一种采用溶胶凝胶法在金刚石表面镀覆ZrO₂/Fe₂O₃复合薄膜的工艺。

背景技术

金刚石是所有材料中硬度最高的物质，故常用来制备加工工具。但人工合成的金刚石主要为颗粒和粉末状，必须用称之为结合剂的材料将其结合并制备成具有一定形状和强度的工具。常用的结合剂材料有金属、树脂和陶瓷。其中，陶瓷结合剂金刚石砂轮具有弹性模量高、化学性质稳定、耐水、耐热、耐酸且成本低，自锐性强，磨削力小等特点，特别适用于非金属材料或复合材料的高效精密磨削。但与常用的树脂结合剂和金属结合剂金刚石砂轮相比，陶瓷结合剂金刚石砂轮的耐用度偏低，这主要是因为陶瓷结合剂对金刚石磨料润湿性较差，结合剂对磨料的把持力小，磨削过程中磨料易于脱落。同时，金刚石磨料的高温稳定性差，在700℃以上时会与空气中的氧或结合剂中的氧化物反应产生CO₂，影响砂轮的强度。所以为了提高陶瓷金刚石磨具的使用寿命，目前工业上常采用的金刚石表面改性技术，通过物理或化学方法在金刚石镀覆某些强碳化物形成元素，如W、Cr、Ni、Cr等过渡金属或合金。主要方法有湿镀法和真空镀法。湿镀法主要包括化学镀和电镀，其工艺流程一般为：金刚石磨料→表面清洁→表面活化和敏化→化学镀(电镀) →清洗→干燥。但化学镀过程中镀层金属与磨粒表面不能产生化学键合，镀层与金刚石基体结合力弱，在外力或高温作用下，镀层容易脱落。电镀则存在镀层太厚，常常会使砂轮磨削效率大幅度降低的缺点。由于陶瓷结合剂的超硬磨具都需要高温烧成，在烧结过程中金刚石表面的金属镀层很容易被氧化，产生脱落，所以研究人员又开发了物理气相沉积法在金刚石表面镀覆金属膜技术，其中常用的有蒸镀法。

真空微蒸发：在真空条件下，将镀层材料置于料舟中，将料舟升温至金属材料气化温度，形成金属蒸气，金刚石磨料放置于有一定过冷度的目标位置，金属蒸气在金刚石表面沉积，并与表面的C原子发生键合作用，因此镀层金属与金刚石的结合强度高。但是镀覆金属薄膜在陶瓷磨具烧结过程中极易与陶瓷结合剂反应，使得结合剂与金刚石磨料的结合强度提高不大。

也有人采用了溶胶-凝胶法在金刚石表面镀覆TiO₂薄膜和TiO₂/ Al₂O₃薄膜，经该工艺处理过的金刚石磨料抗氧化性能有了较大幅度提高，但是TiO₂薄膜与金刚石基体成键较为困难，薄膜与金刚石结合力较低；同时TiO₂与陶瓷结合剂的润湿性也并不是非常良好；Al₂O₃薄膜虽然与陶瓷结合剂的润湿性较好，但其在陶瓷结合剂金刚石砂轮烧结过程中，会与陶瓷结合剂中的碱金属氧化物发生化学化学反应，生成铝氧八面体，溶解于陶瓷结合剂中，对金刚石磨料的保护性能有限，所以镀膜后金刚石磨料与陶瓷结合剂的结合强度提高不大。另外使用溶胶-凝胶法涂覆TiO₂/ Al₂O₃薄膜时，需采用异丙醇铝作为有机前驱体，生产成本也较高。另外，采用溶胶凝胶技术在金刚石磨料表面镀覆TiO₂和TiO₂/ Al₂O₃薄膜，镀膜后的金刚石磨料的抗氧化性能有了较大幅度提高，但膜层与金刚石基体以及金刚石磨料表面的膜层与陶瓷结合剂结合力弱，无法大幅度提高陶瓷结合剂金刚石砂轮的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用溶胶凝胶法在金刚石表面镀覆ZrO₂/Fe₂O₃复合薄膜的工艺，该工艺采用溶胶凝胶法先在金刚石磨粒表面镀覆Fe₂O₃薄膜，然后再在包覆有Fe₂O₃薄膜的金刚石表面利用溶胶凝胶法镀覆一层ZrO₂膜，解决了上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种采用溶胶凝胶法在金刚石表面镀覆ZrO₂/Fe₂O₃复合薄膜的工艺，包括以下步骤：

（1）对金刚石磨料进行表面处理；