[发明专利]一种改性金刚石复合功能材料及制备方法

说明书

本发明的一种改性金刚石复合功能材料及制备方法属于金刚石复合材料的制备技术领域。所述的改性金刚石复合功能材料由金刚石微粉组成，所述的金刚石微粉表面紧密包覆了一层能够改善金刚石微粉表面反应活性的纳米非晶SiO₂薄膜；将硅烷偶联剂在醇水溶液中水解后，加入金刚石微粉和纳米硅粉，反应0.5～24小时，室温下静置蒸发后得到改性金刚石复合功能材料。本发明成功在金刚石表面包覆了一层具有高活性氧基团的非晶纳米氧化硅薄膜，薄膜中的活性氧基团可以与树脂中的‑OH基团间形成良好的交联反应，由此，可有效提高树脂结合剂对金刚石的把持力，对制备长寿命、高性能的树脂类金刚石磨具具有重要的工程意义。

技术领域

本发明属于金刚石加工技术领域，具体涉及一种采用硅烷偶联剂(正硅酸乙酯)对纳米/微米级金刚石进行表面包覆改性的金刚石复合功能材料及其制备方法。

背景技术：

金刚石由于极高的硬度、耐磨性、优秀的热传导性能常被制备成切削、磨削、抛光等固结类金刚石工具，其中的金刚石颗粒则是依靠金属、陶瓷及树脂等结合剂固结把持。但是，由于金刚石的化学惰性极强，常温下与酸、碱、盐等化学试剂都表现为惰性，导致其与结合剂胎体间难以形成化学键合；金刚石紧密的共价键结构又导致金刚石表面能较高，导致其与结合剂间的润湿性不好，所以金刚石大多靠结合剂胎体的机械卡固而得以把持，但这种机械把持力较弱，在工具使用过程中，金刚石极易过早脱落而缩短工具寿命甚至导致工具失效。为解决这个问题，在高温烧结制备金属/陶瓷结合剂的金刚石工具时，常用方法是预先对金刚石表面进行金属化处理来克服金刚石的表面化学惰性，通过在金刚石表面镀覆亲碳元素如Ti、Cr、W、Mo等，使其在高温下与金刚石表面碳原子发生界面反应，生成稳定的金属碳化物，增加结合剂与金刚石间的界面化学结合力；同时，碳化物还具有防护作用，隔绝与氧的直接接触，防止金刚石高温下被氧化。目前可采用多种方法对金刚石进行表面金属化处理，如电镀、化学镀、盐浴镀及粉末覆盖烧结等方法，最常用的是真空微蒸发镀覆技术，该方法简单可靠，成本低廉，单次镀覆量大。但在实践生产中，上述方法对于细粒度金刚石(细于120目)，特别是是微粉金刚石(粒度细于100μm)进行金属化处理时，极易出现金刚石包覆不完整、大块团聚等问题，致使这些细颗粒金刚石难以采用金属化处理而得到应用。而市场消费量巨大的用于磨抛石材、陶瓷等的树脂结合剂金刚石磨具，大都采用细颗粒金刚石，特别是难以进行表面金属化处理的金刚石微粉与树脂粉混合经低温(通常150～230℃)烧结而成；同时，由于金属与树脂间的物理/化学作用能力较弱，即使采用表面金属化的金刚石颗粒，树脂结合剂也难以有效把持住金刚石，金刚石的表面金属化在此也失去作用，无法像在金属/陶瓷结合剂中来发挥其应有的效能。因此，树脂结合剂磨具中则基本采用未经镀覆处理的金刚石，而树脂结合剂的强度很低，难以对金刚石形成有效的机械卡固，因而，金刚石颗粒在工作过程中的脱落速度极快，树脂结合剂磨具的使用寿命极短，造成了极大的金刚石浪费。而且，频繁的更换磨具也严重的影响了用户的生产效率，增加了生产成本。因此，如何采用非表面金属化的处理技术来对细颗粒金刚石进行表面改性包覆，并使包覆物质与树脂间具有良好的结合能力，从而提高树脂结合剂对金刚石的把持力，对开发长寿命、高性能的树脂结合剂金刚石磨具有重要意义。

公开号为CN111571461A的中国专利提供了一种胶涂覆金刚石、高分子基金刚石磨轮及其制造方法，在表面镀覆金属的金刚石上涂敷了一层热硫化粘胶剂，涂敷时所需温度低于200摄氏度，在对磨轮进行加热加压时，胶粘剂在基体与金刚石间有良好的润湿性和扩散性，增加了基体对金刚石的把持力。但该专利技术只能应用于可进行表面金属化处理的粗颗粒金刚石，而对于难以进行金属化处理的细颗粒金刚石，则难以实施，应用受限。公开号为CN105253882的专利提供了一种超分散抗菌纳米金刚石材料及其制备方法，成功得到了在水中分散的有抗菌性的纳米金刚石，但该制备方法除硅烷偶联剂外还使用了聚四乙烯基吡啶和溴代烷烃，存着着反应物质种类多，反应过程复杂，制作成本高的缺点，并且，其制备功效仅是为了改善纳米金刚石在水溶液中的分散性能，并未体现出其与其它固态物质，如树脂结合剂间的作用能力。综上，目前在采用细颗粒金刚石来制备树脂结合剂金刚石磨具时，业界仍采用非改性处理的原料级金刚石粉末，依然存在着树脂结合剂对细颗粒金刚石难以有效把持的共性难题。

发明内容