本發(fā)明屬于磨具加工，涉及金剛石加工磨拋砂輪及其應用。

背景技術：

1、金剛石具有優(yōu)異的物理化學性質。可作為間接帶隙半導體材料，其作為終極半導體，禁帶寬度約為5.2ev，熱導率高達22w/(cm?k)，室溫電子和空穴遷移率高達4500cm2/(v.s)和3380?cm2/(v.s)，遠遠高于第三代半導體材料gan和sic。同時金剛石具有很大的激子束縛能，可在室溫下實現高強度的自由激子發(fā)射，另外，金剛石具有優(yōu)秀的電絕緣、重量輕、機械強度高、化學惰性和低毒性，因此金剛石可用于高溫下使用的大功率的元器件，高頻大功率微波器件，高功率半導體激光器，大功率led，5g基站，新能源汽車，高鐵動車，衛(wèi)星等領域，應用前景非常廣泛。

2、但是金剛石材料的生長和器件研制還存在諸多困難，尤其是金剛石的加工領域。目前市面上多晶金剛石熱沉片直徑能做到125mm，單晶金剛石常規(guī)是7mm×7mm，10mm×10mm，量產最大尺寸為2英寸單晶金剛石。

3、金剛石的莫氏硬度大于10，是目前世界上最硬的材料，同時金剛石要作為元器件使用，對平行度、平面度、粗糙度有較高的要求，目前市面上的機加工均不能滿足使用要求，只有磨加工才可以做到。

4、而目前生產上所采用的磨加工是使用磨鉆機，在鑄鐵盤上加研磨膏（磨料為金剛石，其他磨料不適用），拋光多晶金剛石需要7-10天，極大的影響了金剛石在下游產業(yè)的應用。因此，有必要開發(fā)一款磨拋砂輪，大大提高加工效率，加快金剛石產業(yè)規(guī)模化。

技術實現思路

1、針對上述情況，本發(fā)明提供金剛石加工磨拋砂輪及其應用，以提高單晶金剛石和多晶金剛石的生產效率，提升光潔度，降低生產成本。

2、本發(fā)明的具體技術方案為：

3、一種金剛石加工磨拋砂輪，包括基體和磨料層；磨料層由金剛石磨料、樹脂粉、碳纖維、碳化硅粉、金屬粉、氣孔球制備。

4、優(yōu)選的，所述樹脂粉為酚醛樹脂粉或聚酰亞胺樹脂粉，優(yōu)選酚醛樹脂粉。

5、優(yōu)選的，所述金剛石磨料是單晶金剛石磨料，粒度為10-200#，進一步優(yōu)選的，金剛石磨料的粒度為50-100#。

6、優(yōu)選的，所述碳化硅粉的粒度為100-600#，進一步優(yōu)選的，碳化硅粉的粒度為200-400#。

7、優(yōu)選的，所述碳纖維經過偶聯劑表面處理，直徑7-9μm，長徑比30-50；偶聯劑優(yōu)選硅烷偶聯劑。

8、優(yōu)選的，所述金屬粉為鈷粉、鎳粉、鈦粉中的一種或幾種的混合，進一步優(yōu)選的，所述金屬粉為鎳粉、鈦粉混合物，其中鎳粉、鈦粉的質量比為1∶（0.5～2）優(yōu)選1∶（0.8～1.5）再優(yōu)選1∶1；所述金屬粉粒徑為10nm～100nm，優(yōu)選30nm～70nm。

9、優(yōu)選的，所述氣孔球為空心陶瓷球，粒徑為1-6mm，優(yōu)選的，氣孔球的粒徑為1-3mm。

10、本發(fā)明中，樹脂粉、碳化硅粉、金屬粉、碳纖維、金剛石磨料、氣孔球的質量比為（10-30）∶（5-15）∶（20-30）∶（1-3）∶（30-50）∶（5-20）；優(yōu)選的，樹脂粉、碳化硅粉、金屬粉、碳纖維、金剛石磨料、氣孔球的質量比為（10-20）∶（10-15）∶（20-25）∶（1-2）∶（35-40）∶（10-15）；進一步優(yōu)選的，樹脂粉、碳化硅粉、金屬粉、碳纖維、金剛石磨料、氣孔球的質量比為（15-20）∶（10-12）∶（21-24）∶（1.5-2）∶（35-38）∶（10-12）。

11、本發(fā)明上述金剛石加工磨拋砂輪的制備方法，包括以下步驟：

12、（1）將樹脂粉、碳化硅粉、金屬粉、碳纖維、金剛石磨料、氣孔球混合，得到預成型料；優(yōu)選的，先混合樹脂粉、碳化硅粉、金屬粉、碳纖維，再加入金剛石磨料、氣孔球混合；

13、（2）將基體放入模具中，再投入預成型料，依次進行冷壓成型、熱壓成型；然后出模，得到金剛石加工磨拋砂輪。

14、本發(fā)明中，熱壓的溫度為170～180℃，時間為1～1.5h。

15、本發(fā)明公開了上述金剛石加工磨拋砂輪在加工金剛石中的應用，具體的，本發(fā)明公開了上述金剛石加工磨拋砂輪在磨拋金剛石中的應用。

16、本發(fā)明公開了一種加工金剛石的方法，包括以下步驟，利用上述金剛石加工磨拋砂輪磨拋金剛石，實現金剛石的加工。

17、本發(fā)明的有益效果：

18、本發(fā)明制備的金剛石加工磨拋砂輪強度高，結合劑對磨料的把持力強；在砂輪磨削過程中與被加工的金剛石發(fā)生反應，降低磨削應力和磨削難度；在磨削時可以容屑和快速散熱，降低砂輪表面的溫度，延長修整間隔。

19、現有技術中，目前市面上生產所采用的金剛石磨加工是使用磨鉆機，在鑄鐵盤上加研磨膏，未見針對金剛石磨削的砂輪及應用報道，該鑄鐵盤加研磨膏的磨削加工效率低，一般2寸多晶金剛石需要7-11天拋好，粗糙度在5-80nm，偶爾會產生損傷。與之明顯進步，本發(fā)明砂輪可以在4-8h磨拋完畢，且粗糙度達到1nm以下，無亞表面損傷。

20、本發(fā)明砂輪的修整間隔可以做到2個月修整一次，并在客戶現場在線修整，而鑄鐵盤一般使用一周會出現平行度超差，需返到生產廠家修磨平面，也浪費了大量時間。

21、尤其是，本發(fā)明砂輪在加工金剛石的應用中采用干法磨削，不需要加入包括水在內的冷卻液，節(jié)省成本和減少環(huán)境污染。

22、因此本發(fā)明砂輪同時具有磨削和拋光作用，節(jié)省了設備數量、占地面積和加工效率，整體結構簡單，生產方便，便于推廣。

技術特征：

1.一種金剛石加工磨拋砂輪，包括基體和磨料層，其特征在于，磨料層由金剛石磨料、樹脂粉、碳纖維、碳化硅粉、金屬粉、氣孔球制備。

2.根據權利要求1所述金剛石加工磨拋砂輪，其特征在于，所述樹脂粉為酚醛樹脂粉或聚酰亞胺樹脂粉；所述金剛石磨料是單晶金剛石磨料，粒度為10-200#；所述碳化硅粉的粒度為100-600#；所述碳纖維經過偶聯劑表面處理，直徑7-9μm，長徑比30-50。

3.根據權利要求1所述金剛石加工磨拋砂輪，其特征在于，所述金屬粉為鈷粉、鎳粉、鈦粉中的一種或幾種的混合；所述金屬粉粒徑為10nm-100nm；所述氣孔球為空心陶瓷球，粒徑為1-6mm。

4.根據權利要求1所述金剛石加工磨拋砂輪，其特征在于，樹脂粉、碳化硅粉、金屬粉、碳纖維、金剛石磨料、氣孔球的質量比為（10-30）∶（5-15）∶（20-30）∶（1-3）∶（30-50）∶（5-20）。

5.根據權利要求4所述金剛石加工磨拋砂輪，其特征在于，樹脂粉、碳化硅粉、金屬粉、碳纖維、金剛石磨料、氣孔球的質量比為（10-20）∶（10-15）∶（20-25）∶（1-2）∶（35-40）∶（10-15）。

6.權利要求1所述金剛石加工磨拋砂輪的制備方法，包括以下步驟：

7.根據權利要求6所述金剛石加工磨拋砂輪的制備方法，其特征在于，先混合樹脂粉、碳化硅粉、金屬粉、碳纖維，再加入金剛石磨料、氣孔球混合。

8.權利要求1所述金剛石加工磨拋砂輪在加工金剛石中的應用。

9.根據權利要求8所述的應用，其特征在于，金剛石加工為磨拋。

10.一種加工金剛石的方法，包括以下步驟，利用權利要求1所述金剛石加工磨拋砂輪磨拋金剛石，實現金剛石的加工。

技術總結
本發(fā)明提供一種金剛石加工磨拋砂輪及其應用，該砂輪為多組分熱壓而成，包括基體和樹脂磨料層。本發(fā)明金剛石加工磨拋砂輪中磨料層起主要磨削作用，內含氣孔，磨削力大，磨削效率高；磨料層對金剛石有拋光作用，可以使金剛石表面有非常高的光潔度；本發(fā)明磨拋砂輪是專門針對金剛石所設計，包括單晶金剛石和多晶金剛石的加工，相比于目前使用的加金剛石粉的研磨膏，既有大的切削量，又保證了表面粗糙度，同時修整間隔長，單片磨拋砂輪可連續(xù)使用2個月才修整，加工出的金剛石粗糙度可達0.5~1nm。

技術研發(fā)人員：張光宇,王凱平
受保護的技術使用者：江蘇賽揚精工科技有限責任公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/5