[发明专利]晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮制备方法

权利要求书

1.晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮制备方法，砂轮包含钛合金材质的基体（1）和磨料层（2），磨料层（2）是由大量微型磨削单元（3）和微流道（4）组成；微型磨削单元（3）是由无定形碳（3-1）、金刚石结合层（3-2）和多颗晶体定向的金刚石磨粒（3-3）构成，且金刚石磨粒（3-3）的出刃高度可以达到其自身粒径的60%~70%，其特征在于，具体制备步骤如下：

步骤一、控形薄膜（11）制备：根据基体（1）的周长和厚度制备出尺寸与之相配且能耐高温可水解的薄膜（8），将清洗烘干后的薄膜（8）平整贴敷在玻璃基板（7）上，在薄膜（8）上涂覆正性光刻胶（9）；采用带有与微型磨削单元（3）形状及排布规律相同图案的掩模板（10）进行曝光并显影，从而将掩模板（10）的图案复现到正性光刻胶（9）上；刻蚀薄膜（8），将掩模板（10）的图案进一步复现到薄膜（8）上，从而制成控形薄膜（11）；

步骤二、金刚石种子（12）植入：将清洗烘干后的控形薄膜（11）贴敷在基体（1）外圆周面上；采用喷涂法将金刚石微粉均匀分布在贴敷有控形薄膜（11）的基体（1）外圆周面上，坠入控形薄膜（11）图案内的金刚石微粉即为后续沉积用的金刚石种子（12）；

步骤三、磨粒晶体定向：采用电子辅助化学气相沉积即EACVD技术，在基体（1）外圆周面的控形薄膜（11）图案内沉积一层无定形碳（3-1）；EACVD的工艺及工艺参数为，反应室内基体（1）温度为550~600 ℃，并通入甲烷和氢气的混合气体作为反应气源，其中甲烷/氢气的体积比为0.5~0.6%，混合气体流量为200 sccm，反应室气压为5 kPa，并加入130 V偏压，最终在控形薄膜（11）的光刻图案内沉积一层无定形碳（3-1），为后续合成{100}晶面（5）朝上的金刚石磨粒（3-3）进行晶体定向；

步骤四、磨粒成核生长：将基体（1）温度升高至700~750 ℃，甲烷/氢气体积比升高至0.8~0.9%，控形薄膜（11）图案内开始生长金刚石层，其中在金刚石种子（12）上属于同质外延生长，其生长速度快，且形成顶面为{100}晶面（5）、侧面为{111}晶面（6）、凸出高度较大的金刚石磨粒（3-3）；而金刚石种子（12）之间区域则属于异质外延生长，其生长速度慢，形成厚度较薄的金刚石结合层（3-2），金刚石结合层（3-2）将图案内的多颗金刚石磨粒（3-3）连接为一个整体；图案内无定形碳（3-1）、金刚石结合层（3-2）和多颗金刚石磨粒（3-3）构成一个微型磨削单元（3）；多个微型磨削单元（3）按照控形薄膜（11）的光刻图案有序排布，组成磨料层（2）；

步骤五、后期处理：将制得的砂轮置入碱性水中超声波清洗10~20 min，控形薄膜（11）将会被水解，脱水烘干后即得到晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮，磨料层（2）包含大量微型磨削单元（3），微型磨削单元（3）之间的空隙即为微流道（4）。

2.根据权利要求1所述的晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮制备方法，其特征在于：所述的薄膜（8）材质为聚酰亚胺，厚度为0.4~0.6 mm，热稳定性好，能够被碱性水解。

3.根据权利要求1所述的晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮制备方法，其特征在于：步骤二中所述的喷涂法是，将粒度为10~80 μm的金刚石微粉以30~120 mg/ml的浓度混合在溶解有微量聚乙烯吡咯烷酮的乳酸乙酯溶液（13）中，并将混合溶液进行超声处理以防止金刚石微粉团聚，然后采用氮气作为载流气体进行喷涂，其喷涂速度控制在150~200 mm/s，喷幅控制在50~100 mm，喷距控制在100~150 mm。