一种微刃金刚石磨粒的制备方法技术

本发明专利技术公开一种微刃金刚石磨粒的制备方法，包括以下步骤：对石墨盘进行清洗处理，干燥后在表面涂覆粘结剂，并在粘结剂表面覆盖掩模板；在掩模板的表面散布金刚石籽晶，振动石墨盘，使磨粒进入掩模板的微孔中；去除掩模板微孔外的多余金刚石籽晶，取下掩模板，将粘结好金刚石籽晶的石墨盘放入热丝生长环境下进行化学气相沉积，调整沉积参数使得金刚石磨粒表面生长出多晶凸起；生长结束后，将带有金刚石磨粒的石墨盘进行振动分离得到微刃金刚石磨粒。本发明专利技术可以制备100μm

【技术实现步骤摘要】
一种微刃金刚石磨粒的制备方法


[0001]本专利技术涉及磨料
，具体涉及一种微刃金刚石磨粒的制备方法。

技术介绍

[0002]常规磨料的精密磨削依靠砂轮的精细修整，使磨粒具有微刃性和等高性，磨削后，被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹，残留高度极小，获得高精度和小表面粗糙度值表面。超硬金刚石磨粒硬度极高，耐磨性好，晶形比较完整，晶体的生长面为(111)与(100)晶面，晶体形态呈立方
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八面体聚形，磨粒划擦工件时主要是前刀面处的横刃和斜刃接触工件，这使得金刚石磨粒难以刻划进工件表面，导致工件表面产生塑性流动、弹性破坏和划擦，磨具的锋利度降低，无法实现磨削过程的耕犁和去除，造成了工件材料去除率的下降。但如果金刚石磨粒表面存在较多微刃，磨粒在刻划工件时表面会形成更加细密的磨削条纹，而且磨粒后刀面的微刃可以有效降低磨削力比，提高锋利性。因此，如何在金刚石磨粒表面产生微刃是制备新型金刚石磨料和磨具的研究重点。
[0003]目前金刚石磨粒表面产生微刃的方法可分为两类，一类是激光烧蚀、化学腐蚀金刚石磨粒，产生微结构表面。激光微结构化方法是通过使用激光对大磨粒电镀金刚石砂轮表面进行微结构化，亚磨粒尺度的微结构化使得砂轮表面单位面积有效切削刃数量增加，但激光烧蚀金刚石磨粒时会发生高温氧化，磨粒产生石墨化的变质层和热裂纹，其金相组织和力学性能等都发生了变化；热化学腐蚀法是利用过渡金属与金刚石的化学反应产生多孔表面来制备多孔金刚石磨粒，多孔金刚石磨粒表面被覆数量较多的微细孔洞，这会降低金刚石磨料的机械强度。另一类方法是使用结合剂将粒度较小的金刚石微粉结合成磨粒团，得到多刃的聚集体金刚石磨料。但同时保证聚集体金刚石磨料的自锐性和磨粒与结合剂的结合强度仍在研究之中。因此，如何另辟蹊径探索微刃金刚石磨粒制备的新方法已非常关键。
[0004]经对现有技术文献的检索发现，公开号CN103709993A的专利公布了一种自锐性金刚石磨料及其制备方法，将金刚石磨粒、金属粉末和结合剂混合进过热处理、氧化酸处理得到多孔金刚石磨粒，但该专利所述的金刚石磨料粒度太小，仅为0.5
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100μm。
[0005]公开号CN114634796A的专利“一种改性金刚石磨粒的制备方法”将金刚石磨粒放入加热装置中并通入碳化物气体和催化气体来得到表面粗糙、把持力好的改性金刚石磨粒，尽管磨粒表面变得更加粗糙，表面也有所增大，但表面凸起微刃几乎在1μm以下且并未产生利于磨削的微切削刃。
[0006]公开号为CN110295361A的专利“一种多刃金刚石磨粒的制备方法”使用化学溶液对金刚石磨粒进行表面化学腐蚀并放入镀液中镀覆获得多刃的金刚石磨粒，但化学反应方法会对金刚石磨粒造成腐蚀，降低金刚石磨粒本身的力学性能，形成的单颗磨粒表面微刃锋利性不够。
[0007]公开号为CN108527182A的专利“利用掩膜版制备磨粒有序排布的金刚石磨料工具的方法”利用掩膜版制备磨粒有序排布的单层化学气相沉积制备金刚石磨料工具，该技术
所制备的金刚石磨粒尺寸小，磨粒表面光洁平整，但是，其不存在金字塔状的多晶微刃结构。同时以硬质合金或碳化硅陶瓷为基体材料，其中，使用硬质合金作为基体材料时，需要使用两步酸
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碱法对基体进行脱Co预处理，该预处理步骤繁琐，使用过程会产生废液和废气，会对环境造成污染。此外无论使用硬质合金还是碳化硅陶瓷作为基体，在化学气相沉积生长后由于基体与金刚石之间很强的膜基结合力无法将磨粒与基体材料分离，从而无法实现微刃金刚石磨料的收集。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是针对现有金刚石磨料的不足之处，提供一种利用化学气相沉积制备微刃金刚石磨粒的方法，该方法制得的金刚石磨粒不仅保留高温高压籽晶立方
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八面体聚形的晶体形态，而且在金刚石磨粒表面生长出金字塔状的多晶凸起，这些CVD金刚石多晶数量众多、棱角突出，可视作无数的微切削刃。
[0009]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0010]一种微刃金刚石磨粒的制备方法，包括如下步骤：
[0011]S1、对石墨盘进行清洗处理，烘干后在表面涂覆粘结剂，并在所述粘结剂表面覆盖掩模板；
[0012]S2、在所述掩模板的表面散布金刚石籽晶，振动石墨盘，使磨粒进入掩模板的微孔中；
[0013]S3、去除所述掩模板微孔外的多余金刚石籽晶，取下掩模板，将粘结好金刚石籽晶的石墨盘放入热丝生长环境下进行化学气相沉积，调整沉积参数使得金刚石磨粒表面生长出多晶凸起；
[0014]S4、生长结束后，将带有金刚石磨粒的石墨盘进行振动分离得到微刃金刚石磨粒。
[0015]本专利技术中，化学气相沉积采用热丝化学气相沉积。
[0016]优选的，所述石墨盘为直径40mm
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100mm的圆盘或边长为40mm
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80mm的方盘，所述石墨盘的厚度为5
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10mm。
[0017]优选的，S1中清洗处理的方法包括：将石墨盘放入清洁溶液中超声振动10
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40min，去除石墨盘表面的游离石墨颗粒和杂质。所述清洁溶液为丙酮溶液。
[0018]优选的，所述掩模板的厚度为0.2
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0.8mm，所述掩模板的孔径为200μm
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800μm；相邻掩模板的孔之间的间距为400μm
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1600μm。
[0019]掩膜版的厚度大于金刚石籽晶的平均粒径且小于两倍的金刚石籽晶的平均粒径；掩模板的孔径大于金刚石籽晶的平均粒径且小于两倍的金刚石籽晶的平均粒径，相邻两孔之间的距离大于两倍金刚石籽晶的平均粒径且小于三倍金刚石籽晶的平均粒径。
[0020]优选的，所述金刚石籽晶的平均粒径为100
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700μm。
[0021]优选的，所述热丝生长环境包括：使用钽丝作为热源，通过电加热钽丝来分解反应气，多根热丝平行放置在工作台上方，再将石墨盘放置在工作台上，所述工作台为铜制旋转水冷台，铜制旋转水冷台能保证石墨盘受热均匀。
[0022]优选的，所述反应气为不同体积流量的甲烷和氢气分别通入腔体并最终形成的混合气；所述钽丝的直径为0.4
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0.8mm，长度为100
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400mm。
[0023]优选的，所述化学气相沉积的过程分为形核和生长两个阶段；所述沉积参数为：
[0024]形核阶段：氢气流量为900
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1200mL/min，甲烷流量为18
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36mL/min，甲烷和氢气的体积比为0.02
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0.03:1，热丝温度为2000
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2200℃，基体温度为750
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900℃，反应气压为1100
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1500Pa，沉积时间为30
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60min；
[0025]生长阶段：氢气流量为900
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微刃金刚石磨粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、对石墨盘进行清洗处理，干燥后在表面涂覆粘结剂，并在所述粘结剂表面覆盖掩模板；S2、在所述掩模板的表面散布金刚石籽晶，振动石墨盘，使磨粒进入掩模板的微孔中；S3、去除所述掩模板微孔外的多余金刚石籽晶，取下掩模板，将粘结好金刚石籽晶的石墨盘放入热丝生长环境下进行化学气相沉积，调整沉积参数使得金刚石磨粒表面生长出多晶凸起；S4、生长结束后，将带有金刚石磨粒的石墨盘进行振动分离得到微刃金刚石磨粒。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨盘为直径40mm
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100mm的圆盘或边长为40mm
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80mm的方盘，所述石墨盘的厚度为5
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10mm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中清洗处理的方法包括：将石墨盘放入清洗溶液中超声振动10
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40min，去除石墨盘表面的游离石墨颗粒和杂质。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述掩模板的厚度为0.2
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0.8mm，所述掩模板的孔径为200μm
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800μm；相邻掩模板的孔之间的间距为400μm
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1600μm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金刚石籽晶的平均粒径为100
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700μm。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热丝生长环境包括：使用钽丝作为热源，通过电加热钽丝来分解反应气，多根热丝平行放置在工作台上方，再将石墨盘放置在工作台上，所述工作台为铜制旋转水冷台。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述反应气为不同体积流量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘栋栋，孙方宏，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：