[發(fā)明專利]利用掩膜版制備磨粒有序排布的金剛石磨料工具的方法

有效

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• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN108527182B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫方宏;申笑天
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: B24D18/00
• 分類號: B24D18/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發(fā)明提供了一種利用掩膜版制備磨粒有序排布的單層化學(xué)氣相沉積制備金剛石磨料工具的方法，其包括如下步驟：將基體經(jīng)預(yù)處理后，在表面涂覆光刻膠，并在所述光刻膠的表面鋪設(shè)掩膜版；在所述掩膜板的表面布設(shè)金剛石磨料，振動基體，使磨料進入掩膜版的分布孔中；去除分布孔外的多余金剛石磨料，取下掩膜版，將粘有金剛石磨料的基體進行化學(xué)氣相沉積，形成金剛石涂層，得到金剛石磨料工具。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：1、本發(fā)明可以制備100μm以細(xì)粒度有序排布金剛石磨料工具，適合精密磨削加工；2、本發(fā)明所采用的設(shè)備簡單，步驟少，操作簡便，有利于批量生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單層化學(xué)氣相沉積制備金剛石磨料工具的方法，屬于磨料磨具技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

單層金剛石磨料工具在金剛石超硬磨料工具高效精密磨削領(lǐng)域占有主導(dǎo)地位，因其具有優(yōu)異的磨削性能而被廣泛應(yīng)用在玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體材料、光學(xué)晶體等脆硬材料的精密磨削加工。傳統(tǒng)金剛石磨料工具的磨粒是隨機分布的，容易產(chǎn)生富集和偏析。在磨粒富集區(qū)域，磨粒濃度過高，重復(fù)磨損嚴(yán)重，工具表面易于堵塞和阻礙磨屑流動；在磨粒稀少區(qū)域，單顆磨粒所受載荷大，沖擊力大，容易破碎和脫落。磨粒有序排布的金剛石磨料工具具有磨削效率高、磨削力低、工具壽命長、可改善工件表面磨削質(zhì)量等優(yōu)點，因此如何實現(xiàn)工具基體表面金剛石磨料的有序排布已成為國內(nèi)外磨具行業(yè)追求的目標(biāo)。但目前關(guān)于有序排布的單層金剛石磨料工具的研究和專利主要針對釬焊法制備的金剛石工具。該方法首先需要在工具基體表面鋪展一層厚度均勻的釬料，然后進行磨粒的有序排布，采用高溫釬焊制備單層金剛石磨料工具。然而釬焊細(xì)粒度金剛石磨粒所需的釬料層厚度很薄，甚至只有幾十微米，并且釬焊過程中釬料的流動性和對磨粒的浸潤性也會影響磨粒的排布位置和出露高度，因此難以形成均勻的釬料層并在其表面實現(xiàn)磨粒的有序排布。此外，高溫釬焊技術(shù)還存在金剛石磨粒的熱損傷、石墨化和殘余應(yīng)力等問題。因此，目前對單層釬焊金剛石磨料工具及其磨粒有序排布的研究和專利大多僅涉及100 μm以上粗粒度金剛石磨料工具。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國臺灣中國砂輪公司專利技術(shù)(U.S.Patent6039641)利用掩膜法實施金剛石鋸片磨料的有序排布。中國發(fā)明專利“粗粒度超硬磨料有序排布裝置及排布方法”(CN 105458948A)公開了一種采用真空吸附的有序排布系統(tǒng)，中國發(fā)明專利“釬焊超硬磨料船體打磨盤磨料排布工藝”(CN102896590A)公開了一種磨料粒度為16～80目的有序排布方式。然而上述方法均是針對單層釬焊金剛石磨料工具，設(shè)備復(fù)雜，工藝繁瑣，尤其磨粒必須選擇粗粒度金剛石，無法排布細(xì)粒度金剛石磨粒。對于超細(xì)磨粒精密單層金剛石磨料工具，高溫、石墨化和殘余應(yīng)力等熱損傷因素對釬焊后金剛石性能影響更嚴(yán)重，而且受釬料金屬本身厚度限制和厚度均勻性難于控制，甚至還無法用高溫釬焊方法制備。因此在現(xiàn)有釬焊單層金剛石磨料有序排布基礎(chǔ)上，如何另辟蹊徑，探索新型單層金剛石磨料工具的有序排布制備方法和技術(shù)已非常關(guān)鍵，尤其對于超細(xì)精密單層金剛石磨料工具開發(fā)和應(yīng)用非常重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對有序排布單層金剛石磨料工具存在的(1)釬焊結(jié)合劑層厚度較厚且均勻性難于控制，難以實現(xiàn)細(xì)粒度金剛石磨料有序排布的單層釬焊；(2)釬料流動性影響金剛石磨粒的有序排布(3)有序排布工藝性差等技術(shù)缺陷，開發(fā)出一種新型利用掩膜版制備磨粒有序排布的單層化學(xué)氣相沉積金剛石磨料工具。該方法采用金剛石涂層作為結(jié)合劑固結(jié)金剛石磨料，涂層結(jié)合劑沉積速率穩(wěn)定，因而結(jié)合劑層厚度均勻可控，可以制備出5～50μm結(jié)合劑層以固結(jié)細(xì)粒度金剛石磨粒，實現(xiàn)細(xì)粒度金剛石磨粒的有序排布以滿足高效精密磨削的需求，而目前釬焊法還難以有效制備該厚度范圍的結(jié)合劑層。并且金剛石磨粒自身同質(zhì)外延生長形成單晶顆粒，優(yōu)質(zhì)晶形單晶金剛石磨料質(zhì)量和耐磨性充分發(fā)揮，同時利用化學(xué)氣相法同質(zhì)外延將金剛石磨料與涂層結(jié)合劑形成化學(xué)共價鍵結(jié)合，確保對磨粒的牢固把持。因此所制備的有序排布單層金剛石磨料工具具有磨削效率高，使用壽命長，加工質(zhì)量好的特點。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：