[发明专利]一种用于高精度磨削的超硬材料试件及其制备方法

说明书

本申请提供了一种用于高精度磨削的超硬材料试件及其制备方法，该试件由基体以及复合在基体上的复合层组成，复合层为单层或多层，由除骨架颗粒外的超硬材料颗粒和合金钎料经钎焊后形成，其中超硬材料颗粒的粒径小于40μm。该试件的制备方法是将混合后的超硬材料颗粒和合金钎料按照比例混合得到混合粉末后，将混合粉末复合在基体上后置入已到预设温度的具有真空或惰性气体环境的钎焊炉中，经过高温熔融、化学键合的钎焊，在经过自然冷却获得。本申请所述的制备方法中超硬材料粒度低至1微米，制备过程中不使用结合剂，试件中孔洞尺寸可低至微米级，孔洞所占体积比1％以下，制备出的超硬材料试件致密性好，可以用于制造高精度超硬材料工具。

技术领域

本申请涉及材料加工领域，尤其涉及一种用于高精度磨削的超硬材料试件及其制备方法。

背景技术

纯超硬材料一般是指金刚石或者立方氮化硼，超硬材料试件是指用金刚石或者立方氮化硼的颗粒或粉末作为主要元素制备的试件产品，这类试件类型包括：切、磨、钻、铣以及抛光等等。超硬材料试件按结合剂划分有：树脂、金属和陶瓷结合剂超硬材料试件三大类，金属结合剂工艺又可分为烧结、电镀和钎焊等几类。

陶瓷、玻璃、蓝宝石等硬脆材料的加工，一般使用超硬材料试件，其中金属结合剂超硬材料试件的使用最为广泛，其制作方法主要有粉末冶金烧结法，电镀法和钎焊法。粉末冶金烧结法制成的超硬材料试件具有多层结构，寿命较长，但金属粉之间并没有完全形成合金，结合强度较低，对于一些复杂形状的试件，成型困难，后加工难度大；电镀法制作工艺简单，不易受试件尺寸和形状的影响，但工作层只有单层超硬材料，且镀层与超硬材料属于包镶结合，结合强度低，寿命较短，并且电镀工艺对环境的破坏较大；钎焊法制作的超硬材料试件中，钎料自身已经完全合金化，强度较高，里面的活性元素与金刚石形成化学键结构，结合强度高，因而得到了业内的广泛重视。但现有钎焊法制造的单层超硬材料试件，寿命比电镀超硬材料试件高，比烧结超硬材料试件低，使用的超硬材料粒度也比较大，仅能应用在各种粗加工或精度要求不高的领域；而钎焊法制造的多层超硬材料试件，需要使用结合剂使原料颗粒混合固化，结合剂挥发后会导致制备出的多层超硬材料试件含有气孔从而制约其加工精度，且残留的结合剂会降低超硬材料颗粒间的结合力。

钎焊法制作的单层超硬材料试件中，超硬材料粒度比较大，仅能应用在各种粗加工或精度要求不高的领域，多层超硬材料试件含有气孔从而制约其加工精度。

而诸如半导体芯片行业、太阳能行业等所用衬底片，显示行业所用超薄基板玻璃的磨削加工精度要求往往达到微米级，上述制备方法制造出的超硬材料试件还不能满足其要求，因此，如何制备出具有更高精度要求的超硬材料试件，已成为亟待解决的问题。

发明内容

本申请提供了一种用于高精度磨削的超硬材料试件及其制备方法，以解决现有超硬材料试件原料颗粒粒径大、孔隙率高，不能制备用于高精度磨削试件的问题。

第一方面，为实现上述目的，本申请提供了一种用于高精度磨削的超硬材料试件，包括基体和复合在所述基体表面的超硬材料复合层；

所述超硬材料复合层包括除骨架颗粒外的超硬材料颗粒和合金钎料；所述超硬材料颗粒的粒径小于40μm。

结合第一方面，在第一方面的第一种实现方式中，所述超硬材料包括金刚石和立方氮化硼中的一种或几种。

结合第一方面，在第一方面的第二种实现方式中，所述合金钎料包括银基钎料和铜基钎料中的一种或几种，活性成分为钛；所述合金钎料的粒径小于20μm。

结合第一方面，在第一方面的第三种实现方式中，所述超硬材料复合层包括复合单层或复合多层。

第二方面，本申请还提供一种用于高精度磨削的超硬材料试件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、依据使用工况制备基体，所述基体经清洗，去除表面油脂及污垢；