[發(fā)明專利]一種多孔泡沫金剛石的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610040477.1
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105731449B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬隆;李穎穎;王俊沙;周肖璇
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學
• 主分類號: C01B32/26
• 分類號: C01B32/26
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所43114
• 代理人: 魏娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多孔泡沫金剛石的制備方法，屬于超精密磨削及拋光技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著尖端科技和高端制造業(yè)的發(fā)展，超精密磨削和拋光技術(shù)成為當前研究的熱點。人造金剛石單晶作為一種超硬精細磨料，具有很高的硬度，韌性和很好的熱穩(wěn)定性，在精密磨削和精密器件的表面拋光上得到日益廣泛的應用。但在實際的使用過程中由于金剛石表面光滑與結(jié)合劑之間結(jié)合不牢，在磨削拋光過程中過早脫落，并且磨粒大顆粒破碎造成在載荷的作用下工件表面的切深增加的形成劃痕，凹坑等損傷，或者破碎顆粒進入已加工區(qū)域造成工件的損傷甚至使工件返修或者報廢。

發(fā)明內(nèi)容

針對人造金剛石單晶或者微粉作為磨料使用過程中存在由于金剛石表面光滑與結(jié)合劑之間結(jié)合不牢，在磨削拋光過程中過早脫落等缺陷，本發(fā)明的目的是在于提供一種具有多孔結(jié)構(gòu)，表面粗糙，且比表面積大的泡沫金剛石的制備方法；通過該方法制備的多孔泡沫金剛石作為磨料應用于金剛石類磨削工具，能顯著增強結(jié)合劑與金剛石之間的結(jié)合力，在磨削工具加工過程中，結(jié)合劑對金剛石把持力大，且多孔結(jié)構(gòu)的泡沫金剛石將形成小塊破碎，提高磨具的自銳性，減少應力集中，改善普通金剛石研磨拋光過程中大顆粒脫落對工件表面的劃傷情況，從而提高被加工工件的表面質(zhì)量和加工效率。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種多孔泡沫金剛石的制備方法，該方法是將金剛石顆粒和/或粉末與金屬粉末混合均勻后，置于保護性氣氛中，在900～1000℃溫度下焙燒，焙燒產(chǎn)物經(jīng)過去除金屬后，即得多孔泡沫金剛石；金屬由鐵族金屬與非鐵族有色金屬組成。

本發(fā)明的技術(shù)方案首次利用鐵族金屬對金剛石的石墨化作用來腐蝕金剛石，對金剛石表面造孔，形成多孔結(jié)構(gòu)；同時利用非鐵族有色金屬與鐵族金屬元素之間性質(zhì)互補作用，來改善鐵族金屬的缺陷，使其具有更好的腐蝕金剛石的作用。

本發(fā)明多孔泡沫金剛石的制造方法還包括以下優(yōu)選方案：

優(yōu)選的方案，金剛石顆粒和/或粉末與金屬粉末的質(zhì)量比為1:1～1:3。

較優(yōu)選的方案，鐵族金屬與非鐵族有色金屬的質(zhì)量百分比組成為60～90％：10～40％。

進一步優(yōu)選的方案，鐵族金屬為鐵、鈷、鎳中的至少一種。

進一步優(yōu)選的方案，非鐵族有色金屬為鋁、銅、錫中的至少一種。

優(yōu)選的方案，焙燒時間為60～120min。

優(yōu)選的方案，金剛石顆粒和/或粉末的粒度為3～200μm。

優(yōu)選的方案，金剛石為人造單晶金剛石。

優(yōu)選的方案，去除金屬的方法為酸洗或電解。

優(yōu)選的方案，包括以下步驟：

(1)將人造單晶金剛石顆粒和/或微粉與金屬粉末混合均勻后，置于坩堝中；其中，金屬粉末的質(zhì)量為人造單晶金剛石質(zhì)量的1～3倍；金屬由鐵族金屬與非鐵族有色金屬組成。

(2)將所述坩堝放在管式爐內(nèi)，向所述管式爐內(nèi)通入保護性氣體后，再以3～5℃/min的升溫速率升溫到900～1000℃，焙燒60～120min，隨爐冷卻；

(3)經(jīng)(2)焙燒所得產(chǎn)物通過電解或酸洗的去除金屬，即得到多孔泡沫金剛石。

相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案帶來的有益效果：

1、本發(fā)明的方法制備的多孔泡沫金剛石，具有多孔結(jié)構(gòu)，能顯著提高金剛石的表面粗糙度和比表面積。

2、本發(fā)明的方法制備的多孔泡沫金剛石由于其表面粗糙及多孔結(jié)構(gòu)，用于削磨工具，能顯著增加結(jié)合劑與金剛石之間的粘結(jié)力，增加磨削過程中結(jié)合劑對金剛石的把持力，降低磨削過程中金剛石因脫落而造成的浪費。

3、本發(fā)明的方法是使金剛石表面產(chǎn)生多孔狀結(jié)構(gòu)，將其制備成工具時具有更多的切削刃，使得應力分散，使磨削紋理更細致，有效提高磨削質(zhì)量。

4、本發(fā)明的方法制備的多孔泡沫金剛石，在磨削過程中多孔的泡沫狀金剛石會形成小塊破碎脫落，增加金剛石工具的自銳性，提高磨削效率。

5、與現(xiàn)有的研磨拋光所用的金剛石相比，本發(fā)明處理過的金剛石表面小塊破碎脫落將改善現(xiàn)有研磨拋光過程中金剛石大顆粒破碎對工件表面的劃傷情況，提高磨削質(zhì)量和效率。

6、經(jīng)過本發(fā)明處理過的金剛石制造成磨削工具時適用于陶瓷，樹脂，金屬等不同的結(jié)合劑，具有普適性。

7、本發(fā)明制備多孔泡沫金剛石的工藝流程簡單，對設(shè)備要求不高，能夠滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

附圖說明

【圖1】為本發(fā)明泡沫金剛石處理的工藝流程圖；

【圖2】為處理前人造單晶金剛石微粉表面的掃描電鏡圖；