[发明专利]一种芯壳结构的金刚石/纤维柔性抛磨工具

说明书

一种芯壳结构的金刚石/纤维柔性抛磨工具，它是一种以导电高聚物构成的纤维作为内部的芯结构，半埋入的金刚石作为壳结构的具有柔性的、能够与复杂曲面形成自适应性贴合的抛磨工具；上述抛磨工具的制备方法主要是将导电高分子聚合物加入溶剂溶解，然后分成两份；其中一份加入金刚石进行超声混合，最好以导电高分子聚合物溶液为芯结构溶液，以金刚石与导电高分子聚合物的混合物为壳结构溶液，进行静电纺丝，纺丝结束后，将得到的纺丝放入马弗炉中，进行2小时180℃的热处理。本发明方法简单、能够降低抛光成本，柔性的金刚石/纤维能够与复杂曲面形成自适应性的贴合，可成为自动化抛磨机器的抛磨头，适用范围广。

技术领域

本发明涉及一种抛磨工具及其制备方法。

背景技术

抛磨工艺是利用物理机械作用降低机器零部件、光学元件、电子元件等等表面粗糙度的工艺，在航空、光学制造、电子产业、精密制造等诸多领域具有重要应用。有时抛磨工艺的优劣直接关系到器件的整体质量及其可用性，如高性能航空发动机的整体叶盘就对抛磨要求极高。但是传统的抛磨工具无法与这种三维曲面形成良好贴合，往往只能采用低效率的人工抛磨，限制了自动化抛磨机械的发展。发展与复杂曲面具有自适应性的柔性抛磨工具是打开技术瓶颈的关键。此外，很多光学元件、电子元件需要超光滑的表面，目前工程上常使用聚氨酯等磨具加含金刚石抛光液进行抛光处理。但这一工艺对金刚石的需求量大，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法简单、能够降低抛光成本的芯壳结构的金刚石/纤维柔性抛磨工具。

本发明的芯壳结构的金刚石/纤维柔性抛磨工具是一种以导电高聚物构成的纤维作为内部的芯结构，半埋入的金刚石作为壳结构的具有柔性的、能够与复杂曲面形成自适应性贴合的抛磨工具。

上述抛磨工具的制备方法如下：

(1)所用原材料：

金刚石、溶剂和导电高分子聚合物，溶剂与导电高分子聚合物的质量百分比为：10～11.5：1～1.5，金刚石与导电高分子聚合物的质量百分比为：1：9～19；

所述金刚石的粒径为1μm～5nm；所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、去离子水或乙醇中的一种；所述导电高分子聚合物为聚丙烯腈、聚乙烯醇、壳聚糖、聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯吡咯烷酮中的一种；

(2)芯壳结构的金刚石/纤维柔性抛磨工具的制备：

①将导电高分子聚合物加入溶剂中，用磁力搅拌器进行不断的搅拌，保证导电高分子聚合物充分溶解；然后将导电高分子聚合物的溶液均匀分成两份；

②取步骤(1)制备的导电高分子聚合物溶液中的一份，将金刚石加入其中，进行超声混合，超声频率20KHz，保证金刚石均匀分散在溶液中；

③采用同轴静电纺丝设备，以步骤①制备的导电高分子聚合物溶液为芯结构溶液，以步骤②的金刚石与导电高分子聚合物的混合物为壳结构溶液，然后进行静电纺丝，设定纺丝电压为18～22kV，纺丝距离为5～15cm，纺丝结束后，将得到的纺丝放入马弗炉中，进行2小时180℃的热处理，进而获得芯壳结构的金刚石/纤维柔性抛磨工具。

导电高聚物构成的纤维是内部的芯结构，是抛磨工具的柔性基体，是微观呈现三维网状结构的支撑体；半埋入的金刚石为壳结构，对器件起到抛磨作用，具有柔性的金刚石/纤维能够与复杂曲面形成自适应性的贴合，可成为自动化抛磨机器的抛磨头，还可以用于光学、电子元件的抛光。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)采用同轴静电纺丝技术，金刚石只需加入到壳层溶液，节约金刚石用量，同时内部的芯结构支撑了三维结构，保持了材料的柔韧性。

(2)柔性的金刚石/纤维能够与复杂曲面形成自适应性的贴合，可成为自动化抛磨机器的抛磨头，适用范围广。