本發(fā)明涉及一種拋磨工具及其制備方法。
背景技術(shù)：
拋磨工藝是利用物理機(jī)械作用降低機(jī)器零部件、光學(xué)元件、電子元件等等表面粗糙度的工藝，在航空、光學(xué)制造、電子產(chǎn)業(yè)、精密制造等諸多領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。有時(shí)拋磨工藝的優(yōu)劣直接關(guān)系到器件的整體質(zhì)量及其可用性，如高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整體葉盤就對(duì)拋磨要求極高。但是傳統(tǒng)的拋磨工具無法與這種三維曲面形成良好貼合，往往只能采用低效率的人工拋磨，限制了自動(dòng)化拋磨機(jī)械的發(fā)展。發(fā)展與復(fù)雜曲面具有自適應(yīng)性的柔性拋磨工具是打開技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵。此外，很多光學(xué)元件、電子元件需要超光滑的表面，目前工程上常使用聚氨酯等磨具加含金剛石拋光液進(jìn)行拋光處理。但這一工藝對(duì)金剛石的需求量大，成本較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種方法簡(jiǎn)單、能夠降低拋光成本的芯殼結(jié)構(gòu)的金剛石/纖維柔性拋磨工具。
本發(fā)明的芯殼結(jié)構(gòu)的金剛石/纖維柔性拋磨工具是一種以導(dǎo)電高聚物構(gòu)成的纖維作為內(nèi)部的芯結(jié)構(gòu)，半埋入的金剛石作為殼結(jié)構(gòu)的具有柔性的、能夠與復(fù)雜曲面形成自適應(yīng)性貼合的拋磨工具。
上述拋磨工具的制備方法如下：
(1)所用原材料：
金剛石、溶劑和導(dǎo)電高分子聚合物，溶劑與導(dǎo)電高分子聚合物的質(zhì)量百分比為：10～11.5：1～1.5，金剛石與導(dǎo)電高分子聚合物的質(zhì)量百分比為：1：9～19；
所述金剛石的粒徑為1μm～5nm；所述溶劑為n,n-二甲基甲酰胺、去離子水或乙醇中的一種；所述導(dǎo)電高分子聚合物為聚丙烯腈、聚乙烯醇、殼聚糖、聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯吡咯烷酮中的一種；
(2)芯殼結(jié)構(gòu)的金剛石/纖維柔性拋磨工具的制備：
①將導(dǎo)電高分子聚合物加入溶劑中，用磁力攪拌器進(jìn)行不斷的攪拌，保證導(dǎo)電高分子聚合物充分溶解；然后將導(dǎo)電高分子聚合物的溶液均勻分成兩份；
②取步驟(1)制備的導(dǎo)電高分子聚合物溶液中的一份，將金剛石加入其中，進(jìn)行超聲混合，超聲頻率20khz，保證金剛石均勻分散在溶液中；
③采用同軸靜電紡絲設(shè)備，以步驟①制備的導(dǎo)電高分子聚合物溶液為芯結(jié)構(gòu)溶液，以步驟②的金剛石與導(dǎo)電高分子聚合物的混合物為殼結(jié)構(gòu)溶液，然后進(jìn)行靜電紡絲，設(shè)定紡絲電壓為18～22kv，紡絲距離為5～15cm，紡絲結(jié)束后，將得到的紡絲放入馬弗爐中，進(jìn)行2小時(shí)180℃的熱處理，進(jìn)而獲得芯殼結(jié)構(gòu)的金剛石/纖維柔性拋磨工具。
導(dǎo)電高聚物構(gòu)成的纖維是內(nèi)部的芯結(jié)構(gòu)，是拋磨工具的柔性基體，是微觀呈現(xiàn)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的支撐體；半埋入的金剛石為殼結(jié)構(gòu)，對(duì)器件起到拋磨作用，具有柔性的金剛石/纖維能夠與復(fù)雜曲面形成自適應(yīng)性的貼合，可成為自動(dòng)化拋磨機(jī)器的拋磨頭，還可以用于光學(xué)、電子元件的拋光。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)采用同軸靜電紡絲技術(shù)，金剛石只需加入到殼層溶液，節(jié)約金剛石用量，同時(shí)內(nèi)部的芯結(jié)構(gòu)支撐了三維結(jié)構(gòu)，保持了材料的柔韌性。
(2)柔性的金剛石/纖維能夠與復(fù)雜曲面形成自適應(yīng)性的貼合，可成為自動(dòng)化拋磨機(jī)器的拋磨頭，適用范圍廣。
(3)制備方法簡(jiǎn)單，金剛石固定在了拋磨工具中，減少了損耗，節(jié)約了拋光成本。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例2中金剛石/纖維的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
取13.5g聚乙烯醇倒入90g的去離子水中，期間需要使用磁力攪拌器進(jìn)行不斷的攪拌，保證聚乙烯醇充分溶解；然后將聚乙烯醇水溶液平均分成兩份，其中一份做同軸靜電紡絲的芯溶液，另一份中加入0.75g粒徑為1μm的金剛石，利用超聲將金剛石均勻分散在溶液中，以此溶液為殼溶液。將芯、殼溶液注入同軸靜電紡絲設(shè)備中，設(shè)定紡絲電壓為18kv，紡絲距離為5cm，然后進(jìn)行靜電紡絲，紡絲結(jié)束后，將得到的樣品放入馬弗爐中，進(jìn)行2小時(shí)180℃的熱處理，進(jìn)而獲得芯殼結(jié)構(gòu)的金剛石/纖維柔性拋磨工具。
實(shí)施例2
取7.8g聚丙烯腈倒入90g的n,n-二甲基甲酰胺中，期間需要使用磁力攪拌器進(jìn)行不斷的攪拌，保證聚丙烯腈充分溶解。然后將該聚丙烯腈溶液平均分成兩份，其中一份做同軸靜電紡絲的芯溶液，另一份中加入0.205g粒徑為100nm的金剛石，利用超聲將金剛石均勻分散在溶液中，以此溶液為殼溶液。將芯、殼溶液注入同軸靜電紡絲設(shè)備中，設(shè)定紡絲電壓為20kv，紡絲距離為10cm，然后進(jìn)行靜電紡絲，紡絲結(jié)束后，將得到的樣品放入馬弗爐中，進(jìn)行2小時(shí)180℃的熱處理，進(jìn)而獲得芯殼結(jié)構(gòu)的金剛石/纖維柔性拋磨工具。金剛石/纖維的微觀形貌圖如圖1(電鏡圖)所示，金剛石/纖維形成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，纖維直徑尺寸均勻，金剛石嵌入了纖維結(jié)構(gòu)中。
實(shí)施例3
取10g聚乙烯吡咯烷酮倒入90g乙醇中，期間需要使用磁力攪拌器進(jìn)行不斷的攪拌，保證聚乙烯吡咯烷酮充分溶解。然后將該聚乙烯吡咯烷酮溶液平均分成兩份，其中一份做同軸靜電紡絲的芯溶液，另一份中加入0.5g粒徑為5nm的金剛石，利用超聲將金剛石均勻分散在溶液中，以此溶液為殼溶液。將芯、殼溶液注入同軸靜電紡絲設(shè)備中，設(shè)定紡絲電壓為22kv，紡絲距離為15cm，然后進(jìn)行靜電紡絲，紡絲結(jié)束后，將得到的樣品放入馬弗爐中，進(jìn)行2小時(shí)180℃的熱處理，進(jìn)而獲得芯殼結(jié)構(gòu)的金剛石/纖維柔性拋磨工具。