一種研磨復(fù)合體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及磨料制品領(lǐng)域，尤指可應(yīng)用于研磨陶瓷工件或藍(lán)寶石等硬脆材料的一種研磨復(fù)合體及其制備方法，所述的復(fù)合體主要由燒結(jié)復(fù)合磨料和樹脂組成；其中所述燒結(jié)復(fù)合磨料由金剛石和無機(jī)粘結(jié)劑組成；所述的金剛石為單晶金剛石或多晶金剛石或它們的組合物，金剛石的顆粒粒度為0.2~380 um；所述燒結(jié)復(fù)合磨料中，金剛石含量為10%~80%；所述無機(jī)粘結(jié)劑由氧化硅、氧化鉍、氧化硼、氧化鈰、氧化鋅、氧化鐵及氧化銅混合組成；本發(fā)明燒結(jié)復(fù)合磨粒具有極高的硬度和強(qiáng)度，金剛石被緊實(shí)粘結(jié)，不易脫離，同時(shí)燒結(jié)復(fù)合磨料與樹脂的結(jié)合力增強(qiáng)，磨削過程中可抵抗脫落，耐受性更強(qiáng)，從而提高了硬脆材料的切削率和延長了固結(jié)磨料產(chǎn)品的壽命。
【專利說明】
一種研磨復(fù)合體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及磨料制品領(lǐng)域，尤指可應(yīng)用于研磨陶瓷工件或藍(lán)寶石等硬脆材料的一種研磨復(fù)合體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人造藍(lán)寶石是一種具有極高硬度、良好透光性的單晶材料。此材料已經(jīng)被廣泛地用作LED襯底、導(dǎo)彈整流罩、高檔手表表鏡、手機(jī)窗口屏、攝像機(jī)鏡頭器件中等;人造藍(lán)寶石需要經(jīng)過拋光處理才具有很好的透明度，但由于其硬度高，研磨拋光難度很大;現(xiàn)有藍(lán)寶石的表面處理一般采用游離式研磨拋光，即涉及使用研磨拋光液;研磨拋光液是一種由超硬磨料和液體配置成的液態(tài)體系，將此液體輸入至平面研磨設(shè)備內(nèi)，藍(lán)寶石平面工件位于研磨設(shè)備中，在磨盤和磨料的運(yùn)動(dòng)下，藍(lán)寶石表面的起伏被移除，表面逐漸達(dá)到平整;表面粗糙度與磨料的粒度有關(guān)，粒度越小，粗糙度越低；游離式拋光工藝獲得的材料表面質(zhì)量很好，劃傷率低;但該工藝也存在許多問題，例如加工效率低、能耗大、廢液處理難，產(chǎn)能無法提升;另外使用研磨液輔料巨大，成本難以下降。
[0003]相對(duì)于普通磨料游離式加工而言，固結(jié)磨料研磨拋光加工技術(shù)在此背景下應(yīng)運(yùn)而生；固結(jié)磨料主要將磨料顆粒用粘結(jié)劑固定，靠表面凸起的磨料粒子與工件相互作用，達(dá)到材料去除的效果;采用固結(jié)磨料研磨拋光，有較高的加工效率，可減少廢液處理工藝和工件的清洗工作，大大減輕了環(huán)境污染;更重要的是，固結(jié)磨料研磨拋方式不僅可以提升加工效率，還能非常高效地利用磨料，大大減少了價(jià)格高昂的超硬磨料的使用量，使得研磨成本大幅下降;使藍(lán)寶石產(chǎn)品的大批量低成本的供應(yīng)獲得可能。
[0004]固結(jié)磨料拋光技術(shù)的具體對(duì)應(yīng)產(chǎn)品很多，有砂輪、研磨盤、研磨墊或研磨頭等;這些產(chǎn)品通過將磨料和粘結(jié)劑復(fù)合后以組裝或模具方式成型；固結(jié)磨料常用的結(jié)合劑有金屬結(jié)合劑(如中國專利201080032139.4，金屬結(jié)合劑磨石及其制造方法)、樹脂結(jié)合劑(如中國專利20 11103292 16.9，一種樹脂砂輪及其制備方法)以及陶瓷結(jié)合劑(如中國專利200910225700.X，陶瓷結(jié)合砂輪)等;這些方案都能很好地將磨料固結(jié)并達(dá)到研磨效果；金屬結(jié)合劑和陶瓷結(jié)合劑制備的固結(jié)磨料制品具有極高的切削效率，但工件表面容易產(chǎn)生劃傷，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢不可修復(fù);樹脂結(jié)合劑固結(jié)磨料制品處理的工件表面良好，但切削效率較低。
[0005]樹脂型固結(jié)磨料產(chǎn)品中，通常使用單分散的超硬材料作為磨料，即按比例稱取超硬材料和相應(yīng)的輔助填料，再混合樹脂填入模具成型。例如藍(lán)思科技有限公司的中國發(fā)明專利申請(qǐng)201510188055.4，將金剛石粉末與二硫化鉬、硅灰石、氣相二氧化硅與樹脂粘結(jié)劑共混，再通過模具成型，制備成復(fù)合金剛石磨塊；中國發(fā)明專利201110329216.9公布的樹脂砂輪，將棕剛玉、冰晶石和酚醛樹脂共混，制備成樹脂砂輪，具有不易堵塞和良好自銳性的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]在本領(lǐng)域中，除了使用單獨(dú)的超硬材料作為磨料之外，也有人將磨粒制備為復(fù)合磨粒再做成樹脂型固結(jié)研磨產(chǎn)品，目的是增加磨料與樹脂的粘結(jié)力，使樹脂固結(jié)研磨產(chǎn)品的壽命更長，切削率更高；中國發(fā)明專利201310675871.9公布了一種單晶金剛石磨粒的制作方法，將微米級(jí)單晶金剛石與金屬粉共燒結(jié)，金剛石被金屬粘結(jié)和包覆，所制得的金剛石磨粒呈現(xiàn)獨(dú)特的粗糙形貌，具有較高的自銳性；中國發(fā)明專利201310663857.7公布了一種自銳性金剛石磨粒的制備方法，采用金剛石磨料與鐵、鈷、錳單質(zhì)或它們的合金粉末共混燒結(jié)，獲得自銳性金剛石磨粒;3M公司的中國發(fā)明專利02828130.6公布了一種氧化鋯磨粒，采用多晶氧化鋯以及多種穩(wěn)定氧化鋯用的金屬氧化物共燒結(jié)破碎制得;3M公司的中國發(fā)明專利02818937.X還公布了一種熔凝氧化鋁磨粒，將氧化鋁及二氧化硅等多種金屬氧化物共燒結(jié)并破碎成不同尺寸粒度的氧化鋁復(fù)合磨粒;更多的熔凝氧化鋁磨粒的制備方法可參考美國專利1161620、1192709，1247337，1268533和2424645 ；而熔凝氧化鋁_氧化鋯磨粒的制備方法可在以下美國專利中找到，美國專利3891408 ,3781172 ,3893826 ,4126429，4457767和5143522。美國專利5023212和5336280公布了熔凝氮氧化物磨粒的制作方法。
[0007]雖然基于復(fù)合磨粒的樹脂固結(jié)磨料產(chǎn)品有許多專利，但根據(jù)藍(lán)寶石工件的研磨要求和實(shí)際使用情況，例如防止工件表面劃傷，要求具有高研磨去除率以及較低的表面粗糙度等，研磨工藝仍然需要其他新型的復(fù)合磨粒基的固結(jié)磨料產(chǎn)品，因此需要獨(dú)特的材料配方和制造工藝。
[0008]藍(lán)寶石是一種成分為氧化鋁的硬度極高的晶體材料，其硬度僅次于金剛石，復(fù)合磨粒例如熔凝氧化鋁磨粒、熔凝氧化鋁-氧化鋯磨粒、氮氧化物磨粒對(duì)藍(lán)寶石的研磨切削效率相對(duì)較低;金屬共燒金剛石磨?；蚱渌趸锕矡慕饎偸チ＞哂休^高的硬度，切削力較強(qiáng)，但表面劃傷問題較多，壽命短;為了防止盤面堵塞，上述復(fù)合磨料固結(jié)產(chǎn)品在使用時(shí)需要經(jīng)常修整、開槽，操作繁瑣，工作量大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提供一種磨料制品領(lǐng)域，尤指可應(yīng)用于研磨陶瓷工件或藍(lán)寶石等硬脆材料的一種研磨復(fù)合體及其制備方法。
[0010]本發(fā)明主要采用的技術(shù)方案:一種研磨復(fù)合體，所述的復(fù)合體主要由燒結(jié)復(fù)合磨料和樹脂組成;其中所述燒結(jié)復(fù)合磨料由金剛石和無機(jī)粘結(jié)劑組成；
所述燒結(jié)復(fù)合磨料中，金剛石含量為10%?80%;
所述的金剛石為單晶金剛石或多晶金剛石或它們的組合物，金剛石的顆粒粒度為0.2?380 um；
所述無機(jī)粘結(jié)劑由氧化硅、氧化鉍、氧化硼、氧化鈰、氧化鋅、氧化鐵及氧化銅混合組成，各成分按質(zhì)量百分比配比如下:
氧化硅20%?50%
氧化鉍10%?20%
氧化硼4%?8%
氧化鈰5%?8%
氧化鋅3%?9%
氧化鐵1%?3%
氧化銅10%?15%。
[0011]—種研磨復(fù)合體的制備方法，所述的制備方法主要包括以下步驟: 第一:制備燒結(jié)復(fù)合磨料
(一)配料:按此重量比稱取原料并用攪拌機(jī)混合均勻，金剛石8%?50%，無機(jī)粘結(jié)劑15%?60%，去離子水30%?50% ；
(二)烘料:將攪拌均勻的漿料倒入加熱平板面上烘干，獲得坯料；
(三)燒結(jié):將坯料裝入坩禍中，置于真空爐中，抽真空至20?2Pa，升溫至500?1000°(:保溫I?8小時(shí)，保溫結(jié)束后自然冷卻至室溫，獲得燒結(jié)料；
(四)粉體破碎:將燒結(jié)料用粉體破碎機(jī)破碎，并將不同粒度的燒結(jié)復(fù)合磨料篩選分級(jí)。
[0012]第二:制備研磨復(fù)合體
(一)配料:按此重量比稱取以下原料并用攪拌機(jī)混合均勻，燒結(jié)復(fù)合磨料20%?90%，樹脂80%?10%;
(二)將混合料填充至模具內(nèi)壓實(shí)，置于25?100°C烘箱內(nèi)熱固化成型，獲得研磨復(fù)合體。
[0013]所述燒結(jié)復(fù)合磨料粒度為I?2000um。
[0014]所述單個(gè)燒結(jié)復(fù)合磨料顆粒的粒徑是單個(gè)金剛石顆粒粒徑的2倍或2倍以上。
[0015]所述樹脂為聚氨酯樹脂，酚醛樹脂、丙烯酸樹脂，環(huán)氧樹脂中的一種或它們的組入口 ο
[0016]本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在:研磨體主要由樹脂和燒結(jié)復(fù)合磨料組成，其中燒結(jié)復(fù)合磨料由金剛石和無機(jī)粘結(jié)劑共燒后破碎篩選而成。多顆金剛石被無機(jī)粘結(jié)劑粘結(jié)在一起形成大顆粒團(tuán)聚，這種燒結(jié)復(fù)合磨料具有極高的硬度，同時(shí)部分金剛石曝露于燒結(jié)復(fù)合磨料的表面，形成獨(dú)特的粗糙平面;一方面燒結(jié)復(fù)合磨粒具有極高的硬度和強(qiáng)度，金剛石被粘結(jié)非常緊實(shí)，不易被研磨脫離，另一方面燒結(jié)復(fù)合磨料與樹脂的結(jié)合力增強(qiáng)，磨料在磨削過程中可抵抗脫落，耐受性更強(qiáng)，從而提高了硬脆材料的切削率和延長了固結(jié)磨料產(chǎn)品的壽命。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明研磨復(fù)合體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明研磨復(fù)合體的一種典型研磨方式，即圓盤外圓研磨方式。
[0019]圖3為本發(fā)明研磨復(fù)合體的另一種典型研磨方式，即圓盤盤面研磨方式。
[0020]附圖標(biāo)注說明:100-研磨復(fù)合體；101-樹脂；102-燒結(jié)復(fù)合磨料；103-金剛石；104-無機(jī)粘結(jié)劑。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明專利的實(shí)施方式:
如圖1所示，研磨復(fù)合體(100)由樹脂(101)及燒結(jié)復(fù)合磨料(102)組成，其中燒結(jié)復(fù)合磨料(102)由金剛石(103)和無機(jī)粘結(jié)劑(104)組成，所述研磨復(fù)合體的制備方法如下:具體實(shí)施例一第一:制備燒結(jié)復(fù)合磨料
(一)配置無機(jī)粘結(jié)劑(104):按此重量比稱取氧化物粉末并攪拌均勻，獲得無機(jī)粘結(jié)劑(104)粉末。氧化硅50%、氧化鉍20%、氧化硼5%、氧化亞錫5%、氧化鋅3%、氧化鐵2%、氧化銅15%。
[0022](二)按此重量比稱取原料并用攪拌機(jī)混合均勻，金剛石(1 3 ) 3 O %，無機(jī)粘結(jié)劑(104)20%，去離子水50%;金剛石(103)粒度為26?36 um。
[0023](三)烘料:將攪拌均勻的漿料倒入加熱平板面上烘干，獲得坯料；
(四)燒結(jié):將坯料裝入坩禍中，置于真空爐中，抽真空至10Pa，升溫至800°C保溫8小時(shí)，保溫結(jié)束后自然冷卻至室溫，獲得燒結(jié)料；
(五)粉體破碎:將燒結(jié)料用粉體破碎機(jī)破碎，并將不同粒度的燒結(jié)復(fù)合磨料篩選分級(jí)；篩選出粒度為60?100 um的燒結(jié)復(fù)合磨料備用。
[0024]第二:制備研磨復(fù)合體
(一)配料:按此重量比稱取以下原料并用攪拌機(jī)混合均勻，燒結(jié)復(fù)合磨料90%，環(huán)氧樹脂 10%;
(二)將混合料填充至模具內(nèi)壓實(shí)，置于250C-1OO °C烘箱內(nèi)熱固化成型，獲得研磨復(fù)合體。成型后的研磨復(fù)合體典型外觀形式如圖2和圖3所示。圖2展示了一種砂輪產(chǎn)品，將研磨復(fù)合體制備在圓輪的外圓，以外圓對(duì)工件進(jìn)行研磨或拋光。圖3展示了一種平面研磨盤，將研磨復(fù)合體制備在圓盤的盤面上，以圓盤盤面對(duì)工件進(jìn)行研磨或拋光。
[0025]
具體實(shí)施例二
第一:制備燒結(jié)復(fù)合磨料
與實(shí)施例一中的第一步驟相同，區(qū)別僅在于:實(shí)施例二中使用粒度為I?5 um的金剛石
(103)與無機(jī)粘結(jié)劑(104)共燒;另外燒結(jié)復(fù)合磨料的粒度篩選為10?100 um使用；
第二:制備研磨復(fù)合體
與實(shí)施例一中的第二步驟相同，區(qū)別僅在于:實(shí)施例二中使用聚氨酯作為樹脂；
具體實(shí)施例三
第一:制備燒結(jié)復(fù)合磨料
與實(shí)施例一中的第一步驟相同，區(qū)別僅在于:實(shí)施例三中使用粒度為0.1?I um的金剛石(103)與無機(jī)粘結(jié)劑(104)共燒;另外燒結(jié)復(fù)合磨料的粒度篩選為I?10 um使用；
第二:制備研磨復(fù)合體
與實(shí)施例一中的第二步驟相同，區(qū)別僅在于:實(shí)施例三中使用酚醛樹脂作為樹脂。
[0026]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制，本行業(yè)的技術(shù)人員，在本技術(shù)方案的啟迪下，可以做出一些變形與修改，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上的實(shí)施例所作的任何修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種研磨復(fù)合體，其特征在于:所述的復(fù)合體主要由燒結(jié)復(fù)合磨料和樹脂組成;其中所述燒結(jié)復(fù)合磨料由金剛石和無機(jī)粘結(jié)劑組成； 所述的金剛石為單晶金剛石或多晶金剛石或它們的組合物，金剛石的顆粒粒度為0.2?380 um； 所述燒結(jié)復(fù)合磨料中，金剛石含量為10%?80%; 所述無機(jī)粘結(jié)劑由氧化硅、氧化鉍、氧化硼、氧化鈰、氧化鋅、氧化鐵及氧化銅混合組成，各成分按質(zhì)量百分比配比如下: 氧化硅20%?50% 氧化鉍10%?20% 氧化硼4%?8% 氧化鈰5%?8% 氧化鋅3%?9% 氧化鐵1%?3% 氧化銅10%?15%。2.一種研磨復(fù)合體的制備方法，其特征在于:所述的制備方法主要包括以下步驟: 第一:制備燒結(jié)復(fù)合磨料 (一)配料:按此重量比稱取原料并用攪拌機(jī)混合均勻，金剛石8%?50%，無機(jī)粘結(jié)劑15%?60%，去離子水30%?50% ； (二)烘料:將攪拌均勻的漿料倒入加熱平板面上烘干，獲得坯料； (三)燒結(jié):將坯料裝入坩禍中，置于真空爐中，抽真空至20?2Pa，升溫至500?1000°(:保溫I?8小時(shí)，保溫結(jié)束后自然冷卻至室溫，獲得燒結(jié)料； (四)粉體破碎:將燒結(jié)料用粉體破碎機(jī)破碎，并將不同粒度的燒結(jié)復(fù)合磨料篩選分級(jí)； 第二:制備研磨復(fù)合體 (一)配料:按此重量比稱取以下原料并用攪拌機(jī)混合均勻，燒結(jié)復(fù)合磨料20%?90%，樹脂80%?10%; (二)將混合料填充至模具內(nèi)壓實(shí)，置于25?100°C烘箱內(nèi)熱固化成型，獲得研磨復(fù)合體。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種研磨復(fù)合體，其特征在于:所述燒結(jié)復(fù)合磨料粒度為I?2000 um04.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種研磨復(fù)合體，其特征在于:所述單個(gè)燒結(jié)復(fù)合磨料顆粒的粒徑是單個(gè)金剛石顆粒粒徑的2倍或2倍以上。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種研磨復(fù)合體，其特征在于:所述樹脂為聚氨酯樹脂，酚醛樹脂、丙烯酸樹脂，環(huán)氧樹脂中的一種或它們的組合。
【文檔編號(hào)】B24D18/00GK105856089SQ201610381173
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月1日
【發(fā)明人】朱聯(lián)烽, 田多勝
【申請(qǐng)人】東莞市中微納米科技有限公司