[发明专利]晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮制备方法

说明书

本发明公开了一种晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮制备方法。采用光刻技术制备控形薄膜，将其贴敷于基体外圆周面，并均匀喷涂金刚石微粉作为后续沉积用的金刚石种子；采用EACVD技术对金刚石种子沉积一层无定形碳，为后续合成的金刚石磨粒进行晶体定向；调整沉积参数，磨粒成核生长，形成顶面为{100}晶面、侧面为{111}晶面、出刃高度较大的金刚石磨粒，且与无定形碳和金刚石结合层构成一个微型磨削单元，多个微型磨削单元按照控形薄膜的光刻图案有序排布；超声波清洗去除控形薄膜，大量微型磨削单元之间的空隙即为微流道，烘干即得到砂轮成品。本发明可以对金刚石磨粒进行晶体定向，并使得磨料能够有序排布，显著提高了砂轮的磨削性能。

技术领域

本发明涉及一种金刚石砂轮的制备方法，特别是一种晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮制备方法。

技术背景

金刚石砂轮作为一种以金刚石为磨料的固结磨具，在磨削加工中有着广泛的应用，而金刚石砂轮的制造技术则直接决定了砂轮的特性与组织形态，对其在加工过程中磨削性能的优劣具有重大影响。传统的金刚石砂轮是通过结合剂将磨料固结在砂轮的工作面上，这个过程是随机的，导致金刚石磨粒的分布是无规则且不均匀的，每颗金刚石磨粒的几何尺寸、出刃高度及朝向都是不一致的，从而降低了砂轮的磨削效率和磨削质量，使其难以达到精密研磨的加工要求。电镀金刚石砂轮由于磨料实际上是机械包埋在镀层金属中，缺少牢固的冶金化学键结合，因而把持力不大，使得磨削过程中易发生单颗磨粒脱落，降低了砂轮的耐用度。采用钎焊方法制备金刚石砂轮，不可避免会造成高温对金刚石磨粒的热损伤，使得其强度、硬度和耐磨性等机械性能均有所下降。另一方面，由于钎料流动的随机性，合金钎料易在磨粒间聚集堆积，导致砂轮工作面的金刚石磨粒出刃高度和容屑空间减小。

为了改善砂轮制备工艺、提高砂轮磨削性能及服役寿命，公开号为CN106926148A的专利“利用化学气相沉积制备单层金刚石磨料工具的方法”，提出了一种金刚石磨具的制备方法。该方法利用CVD技术将金刚石磨料和基体材料紧密结合，使基体材料具有很好的磨料把持力，提高了磨粒的出刃高度，增大了磨具的容屑空间和散热能力。但是该专利仅仅解决了磨粒强度低及出刃高度小的问题，并不能实现金刚石磨粒的晶体定向以增强磨粒的切削性能和耐磨性能，也无法实现金刚石磨粒的有序排布以增大磨削区冷却液的有效流量、增强排屑能力，因此，亟待进一步提升金刚石砂轮的磨削性能。

公开号为CN107520770B的专利“一种磨粒晶体定向分布的耐磨金刚石砂轮制备方法”，将带有均布凹槽的亚克力模板压印在液体胶和合金钎料粉末的混合料上，经过高温钎焊在钎料层上留下均布的凹槽，再利用理化分析仪将金刚石磨粒逐个定向分布于凹槽中进行第二次钎焊，即可得到具有磨粒晶体定向分布的耐磨金刚石砂轮。此方法能有效提高金刚石砂轮的磨削性能和使用寿命，但该专利只能选用亚毫米级的粗粒度金刚石磨粒，使得金刚石砂轮难以满足精密研磨的加工要求；而制备过程中采用理化分析仪将金刚石磨粒逐个定向放置于凹槽中的方法使得砂轮制备效率极其低下，同时金刚石磨粒的几何尺寸、出刃高度也难以保持一致，传统的钎焊加工方式导致磨粒出刃高度小和磨削效率低，可见该方法依然存在明显的技术瓶颈。

发明内容

为了解决上述砂轮和现有制备技术存在的问题，本发明提出晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮制备方法。该方法的主要特征为采用电子辅助化学气相沉积即EACVD技术，对贴敷有控形薄膜的基体外圆周面进行金刚石磨粒的晶体定向以及成核生长，形成顶面为{100}晶面、侧面为{111}晶面、出刃高度较大的金刚石磨粒，增强了磨粒的切削性能和耐磨性能。金刚石结合层将图案内的多颗金刚石磨粒连接为一个整体，以提高单颗金刚石磨粒在磨削过程中所能承受的最大磨削力；运用消失模原理，水解控形薄膜，大量微型磨削单元之间的空隙即为微流道，有助于增大磨削液有效流量、增强排屑能力，显著提高砂轮的磨削性能。