本發(fā)明屬于精密加工研磨拋光領(lǐng)域，涉及一種陶瓷樹脂結(jié)合劑磨具，具體涉及一種采用多孔陶瓷骨架樹脂強(qiáng)化的金剛石磨具丸片的制備方法。
背景技術(shù)：
：陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具具有金剛石和陶瓷結(jié)合劑的共同特點(diǎn)，與普通剛玉、碳化硅磨具相比，具有高強(qiáng)度，耐熱性能好，切削鋒利，磨削力強(qiáng)，磨削效率高，磨削時(shí)溫度比較低，耐磨性高，磨粒消耗少，特別是在磨很硬又很脆的工件時(shí)最明顯；可以適應(yīng)各種冷卻液的作用；磨削時(shí)磨具的熱膨脹量小，且陶瓷結(jié)合劑對磨粒粘附力強(qiáng)，棱角保持性能好，形狀保持性好，能進(jìn)行高精度磨削；磨具內(nèi)有較多的氣孔，磨削時(shí)有利于排屑和散熱，不易堵塞、不易燒傷工件；磨具的自銳性比較好，修整間隔的時(shí)間長，修整比較容易，不會(huì)產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，解決了樹脂金剛石磨具的低壽命，磨削效率低，磨具本身在磨削過程中易變形的問題。陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具主要應(yīng)用在晶圓，金剛石復(fù)合片，金剛石聚晶，金剛石刀具，立方氮化硼，鎢鋼，新型工程結(jié)構(gòu)陶瓷，寶石，水晶，稀土材料等高硬脆材料的機(jī)械加工中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)陶瓷結(jié)合劑磨具的制作方法主要是磨料、陶瓷結(jié)合劑粉體、填料、造孔劑混合后，壓制，燒結(jié)成型，該種方法容易造成胚體組分不均勻。傳統(tǒng)金剛石磨具制造方法如：專利號(hào)為201110009145.4的專利公開了一種陶瓷-金屬結(jié)合劑金剛石金剛石磨具及其制備方法，其金屬陶瓷結(jié)合劑為：si0240-50％、a12038-15％、b20312-20％、li203-6％、na206-12％、k203-6％、zn02-8％、ti1-10％、al1-5％，該種方法為傳統(tǒng)干法磨具制作方法。凝膠陶瓷是將含有多種組分的陶瓷膠液，通過物理或化學(xué)使分子或離子成核，制成溶膠，在一定條件下，再經(jīng)凝膠化處理，獲得多組分的復(fù)合相的凝膠體，經(jīng)燒結(jié)后可獲得所需組分的陶瓷基復(fù)合材料，該方法制成的陶瓷胚體組分均勻。以下文獻(xiàn)將凝膠陶瓷技術(shù)引入到了陶瓷結(jié)合劑磨具的制作中：專利號(hào)為200680044108.4的專利公開了一種具有可滲透結(jié)構(gòu)的磨具，該種磨具介紹了一種通過溶膠-凝膠形成氧化鋁磨粒的團(tuán)聚體的方法，再將磨粒團(tuán)聚體制備成磨具；專利號(hào)為201410464988.7的專利公開了一種磨具用低溫陶瓷結(jié)合劑的制備方法，該方法通過以硅酸鹽溶液作為溶膠-凝膠制備的起始點(diǎn)，在引發(fā)劑作用下丙烯酰胺自由基發(fā)生聚合的同時(shí)與n、n’-亞甲基雙丙烯酰胺交鏈聯(lián)形成三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，得到低溫陶瓷結(jié)合劑；專利號(hào)為201610090011.2的專利公開了一種陶瓷結(jié)合劑細(xì)粒度磨具的制備方法，該方法將磨料、陶瓷結(jié)合劑、造孔劑和海藻酸鈉溶液混合，加入氯化鈣溶液中鈣化，得到水凝膠，溶膠體中的磨料、陶瓷結(jié)合劑和造孔劑被固結(jié)在凝膠體中，形成磨具毛坯；同樣，湖南大學(xué)的胡偉達(dá)通過采用溶膠凝膠法所制陶瓷結(jié)合劑與金剛石磨料混合后制備成砂輪。上述磨具為單一的陶瓷結(jié)合劑磨具，由于陶瓷燒結(jié)溫度高，無法將磨具填料、添加劑引入導(dǎo)陶瓷磨具中，限制了陶瓷結(jié)合劑磨具的性能，本發(fā)明首先將凝膠陶瓷和金剛石磨料燒結(jié)，形成多孔陶瓷結(jié)合劑包覆金剛石磨料的網(wǎng)狀骨架體，再將樹脂結(jié)合劑和填料溶于溶劑中，通過注漿方法填充到網(wǎng)狀骨架體中，低溫?zé)Y(jié)形成磨具丸片，該新型復(fù)合磨具骨架為陶瓷結(jié)合劑，形狀保持性好，能進(jìn)行高精度磨削，磨具中的金剛石磨料由陶瓷結(jié)合劑包覆，陶瓷結(jié)合劑對磨粒粘附力強(qiáng)，切削性能好，樹脂結(jié)合劑提高了磨具強(qiáng)度，填料提高了磨具的自銳、活化、散熱等性能，具有陶瓷結(jié)合劑磨具和樹脂結(jié)合劑磨具的雙重性能。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：一種采用多孔陶瓷骨架樹脂強(qiáng)化的金剛石磨具丸片的制備方法，其特征在于，具體制備方法包括以下步驟：步驟1：將有機(jī)單體和水混合，配成一定濃度的預(yù)混液，以下各成份按重量計(jì)，水20～100份、有機(jī)單體4～30份；步驟2：將下列成份在預(yù)混液中混合，粉狀陶瓷10～120份、金剛石磨料30～150份、造孔劑0.5～2份、交聯(lián)劑0.1～1份、分散劑0.5～1.5份和偶聯(lián)劑0.2～1份、ph調(diào)節(jié)劑0.5～2份，制備濃漿料；步驟3：向步驟2中得到的漿料中加入引發(fā)劑0.05～0.5份和反應(yīng)加速劑0.01～0.3份，混合均勻，將其注入模具，引發(fā)單體的原位聚合，形成坯體；步驟4：坯體脫模，然后干燥處理，高溫?zé)Y(jié)，脫脂、有機(jī)凝膠揮發(fā)，形成形成多孔陶瓷結(jié)合劑包覆金剛石磨料的網(wǎng)狀骨架體；步驟5：將樹脂和填料混合在溶劑中得到樹脂混合漿料，將樹脂混合漿料注漿到多孔陶瓷結(jié)合劑包覆金剛石磨料的網(wǎng)狀骨架體中，樹脂3～20份，填料5～20份，溶劑10～40份；步驟6：樹脂在網(wǎng)狀骨架體中干燥，固化，低溫?zé)Y(jié)，得到金剛石磨具丸片；步驟7：將步驟6所得丸片布置成花紋圖案粘結(jié)到基盤之上。步驟1所述的有機(jī)單體可以是丙烯酰胺(am)、甲基丙烯酰胺(mam)、羥甲基丙烯酰胺(hmam)、烷基丙烯酰胺、丙烯酸(aa)、甲基丙烯酸(maa)、丁二烯、二甲基羥乙基丙烯酸甲酯(hema)、羥丙基丙烯酸甲酯(hpma)、苯乙烯中的一種或多種；步驟2所述的粉狀陶瓷可以是氧化鋯、氮化硅、碳化硅、氧化釔、碳化鈦、氮化硅、氮化鈦、氮化鋁或氧化鋯的一種或多種；步驟2所述的造孔劑可以是發(fā)泡劑、精萘、焦炭、木粉、核桃殼、尿素、小蘇打中的一種或者多種，其中發(fā)泡劑可以是碳酸氫鈉，碳酸氫氨，發(fā)泡劑ac(偶氮二甲酞胺)，發(fā)泡劑h(n,n-二亞硝基五亞甲基四胺)，發(fā)泡劑obsh(二苯磺酰肼醚)，發(fā)泡劑dab(二偶氮氨基苯)，發(fā)泡劑tsh(對甲苯磺酰肼)，發(fā)泡劑abin(偶氮二異丁睛)中的任意一種；步驟2所述的交聯(lián)劑可以是丙烯酸、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、二乙烯基苯、n-羥甲基丙烯酰胺、氮丙啶、碳化二亞胺、雙丙酮丙烯酰胺、多異氰酸酯、四異氰酸酯、多元胺類、丙二胺、多元醇類、聚乙二醇、聚丙二醇、三羥甲基丙烷、縮水甘油醚、聚丙二醇縮水甘油醚、氧化鋅、氯化鋁、硫酸鋁、硫黃、硼酸、硼砂、硝酸鉻、苯乙烯、a-甲基苯乙烯、丙烯腈、乙二醛、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三甲氧基硅烷、對甲苯磺酸、對甲苯磺酰氯、二丙烯酸-1，4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、tac、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、過氧化二異丙苯，過氧化雙2，4一二氯苯甲酰、異丙醇鋁、醋酸鋅、多功能聚氮丙啶交聯(lián)劑、多功能聚碳化二亞胺類交聯(lián)劑、環(huán)氧樹脂類、2-乙基-4甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-異丙基咪唑、四氣鄰苯二甲酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、三亞乙基四胺、二甲胺基丙胺、二乙胺基丙胺中的一種或者多種；步驟2所述的分散劑可以是氯化鈉、硅酸鈉、磷酸鈉、檸檬酸銨、檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸鈉、二乙酸鈉、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、羥甲基纖維素、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸銨、三乙醇胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙烯亞胺、聚甲基丙烯酸中的一種或多種；偶聯(lián)劑可以是硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、雙金屬、磷酸酯、硼酸酯、鉻絡(luò)合物偶聯(lián)劑中的一種或多種；步驟2所述的ph調(diào)節(jié)劑可以是磷酸，乙酸，鹽酸，碳酸鈣，碳酸鈉，碳酸鉀，氫氧化鈉，碳酸氫鈉，磷酸氫二鈉，氨水的一種或多種。步驟2所述的混合方式可以是球磨機(jī)混合、機(jī)械攪拌混合、高速乳化機(jī)混合、超聲振動(dòng)混合、分散盤混合中的一種或者多種；所制備的漿料陶瓷粉的體積分?jǐn)?shù)范圍為50～90％,漿料的粘度值小于1pa·s。步驟3所述的引發(fā)劑為自由基型引發(fā)劑，可以是酰類過氧化物、氫過氧化物、二烷基過氧化物、烷基過氧化氫物、酯類過氧化物、酮類過氧化物、二碳酸酯過氧化物、過硫酸鹽類、偶氮類引發(fā)劑、氧化還原引發(fā)劑中的一種或多種；反應(yīng)加速劑是四甲基乙二胺、二甲基胺基丙晴中的一種或兩種。步驟3所述的引發(fā)單體的原位聚合中的引發(fā)聚合條件可以是引發(fā)劑引發(fā)聚合、熱引發(fā)聚合、光引發(fā)聚合、輻射聚合中的一種或者多種。步驟4所述的干燥處理方式可以是烘箱干燥、真空干燥、噴霧干燥、轉(zhuǎn)鼓干燥、槳葉干燥、槳葉組合干燥中的一種或者多種；步驟4所述的高溫?zé)Y(jié)的燒結(jié)溫度范圍為500～3000℃；步驟4所述的脫脂方法可以是溶解萃取脫脂、熱脫脂、虹吸脫脂、催化脫脂、超臨界萃取脫脂、微波脫脂中的一種或者多種。步驟5所述的樹脂可以是酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚砜樹脂、聚酰胺樹脂中的一種或者多種；步驟5所述的填料可以是銅包石墨、氧化鈣、碳酸鈣、氧化鈰、氧化鐵、氧化鉻、氧化鋅、石膏粉、石墨粉、冰晶石粉、滑石粉、石英粉、長石粉或銅粉中的一種或者多種組成；步驟5所述的溶劑可以是甲醇，乙醇，異丙醇，水，丙酮，丁酮，丙酮，糠醛以及上述混合液；步驟5所述的注漿方法可以是充填注漿、滲透注漿、擠密注漿和劈裂注漿中的任意一種。步驟6所述的低溫?zé)Y(jié)溫度為100～300℃；步驟7所得丸片布置成花紋圖案粘結(jié)到基盤之上，其中花紋可以是“同心圓式”、“螺旋式”、“斜條紋式”、“放射線式”圖案中的任意圖形。本發(fā)明制備得到的多孔陶瓷骨架樹脂強(qiáng)化的金剛石磨具丸片中陶瓷結(jié)合劑包覆金剛石磨料形成網(wǎng)狀骨架體，陶瓷結(jié)合劑對磨料的把持力強(qiáng)，切削力強(qiáng)，網(wǎng)狀骨架體中填充了樹脂和填料，增強(qiáng)了磨具丸片整體的強(qiáng)度和磨削效果，附圖說明圖1為多孔陶瓷骨架樹脂強(qiáng)化的金剛石磨具丸片結(jié)構(gòu)圖圖2為氮化硅基片研磨前后表面顯微圖，其中(a)為研磨前，(b)為研磨后。具體實(shí)施方式實(shí)施例1步驟1：將有機(jī)單體和水混合，配成一定濃度的預(yù)混液，以下各成份按重量計(jì)，水20g、有機(jī)單體丙烯酰胺(am)5g；步驟2：將下列成份在預(yù)混液中混合，平均粒徑5微米粉狀氧化鋁20g、平均粒徑2.5微米金剛石磨料30g、造孔劑碳酸氫鈉0.5g、交聯(lián)劑n,n’-亞甲基雙丙烯酸酰胺(mbam)0.2g、分散劑改性聚丙烯酸胺pmaa-nh40.5g和硅烷偶聯(lián)劑0.2g、ph調(diào)節(jié)劑氨水0.5g，制備濃漿料；步驟3：向步驟2中得到的漿料中加入引發(fā)劑過硫酸銨0.06g和反應(yīng)加速劑四甲基乙二胺(temed)0.05g，混合均勻，將其注入模具，引發(fā)單體的原位聚合，形成坯體；步驟4：坯體脫模，然后烘箱干燥處理，1650℃高溫?zé)Y(jié)，熱脫脂、有機(jī)凝膠揮發(fā)，形成形成多孔陶瓷結(jié)合劑包覆金剛石磨料的網(wǎng)狀骨架體；步驟5：將酚醛樹脂和填料混合在酒精溶劑中得到樹脂混合漿料，將樹脂混合漿料在20mpa高壓滲透注漿到多孔陶瓷結(jié)合劑包覆金剛石磨料的網(wǎng)狀骨架體中，其中酚醛樹脂4g，填料5g(如表1所示)，酒精10g；表1填料步驟6：樹脂在網(wǎng)狀骨架體中干燥，固化，160℃低溫?zé)Y(jié)，得到金剛石磨具丸片；步驟7：將步驟6所得丸片布置成同心圓式花紋圖案粘結(jié)到基盤之上。磨具丸片如圖1所示。實(shí)施例2步驟1：將有機(jī)單體和水混合，配成一定濃度的預(yù)混液，以下各成份按重量計(jì)，水20g、有機(jī)單體丙烯酸(aa)6g；步驟2：將下列成份在預(yù)混液中混合，氧化鋯粉25g、平均粒徑5微米金剛石磨料35g、造孔劑精萘0.8g、交聯(lián)劑多異氰酸酯0.3g、聚丙烯酸胺分散劑0.6g和硅烷偶聯(lián)劑0.2g、ph調(diào)節(jié)劑氨水0.5g，制備濃漿料；步驟3：向步驟2中得到的漿料中加入引發(fā)劑過硫酸銨0.1g和反應(yīng)加速劑四甲基乙二胺(temed)0.06g，混合均勻，將其注入模具，引發(fā)單體的原位聚合，形成坯體；步驟4：坯體脫模，然后干燥處理，1500℃高溫?zé)Y(jié)，脫脂、有機(jī)凝膠揮發(fā)，形成形成多孔陶瓷結(jié)合劑包覆金剛石磨料的網(wǎng)狀骨架體；步驟5：將酚醛樹脂和填料混合在乙醇溶劑中得到樹脂混合漿料，將樹脂混合漿料在25mpa高壓滲透注漿到多孔陶瓷結(jié)合劑包覆金剛石磨料的網(wǎng)狀骨架體中，其中酚醛樹脂4g，填料6g(如表1所示)，乙醇10g；表1填料步驟6：樹脂在網(wǎng)狀骨架體中干燥，固化，160℃低溫?zé)Y(jié)，得到金剛石磨具丸片；步驟7：將步驟6所得丸片布置成螺旋式花紋圖案粘結(jié)到基盤之上。實(shí)施例3步驟1：將有機(jī)單體和水混合，配成一定濃度的預(yù)混液，以下各成份按重量計(jì)，水25g、有機(jī)單體甲基丙烯酸(maa)8g；步驟2：將下列成份在預(yù)混液中混合，氧化鋯和氧化鋁混合粉25g、平均粒徑7微米金剛石磨料36g、發(fā)泡劑ac(偶氮二甲酞胺)1g、交聯(lián)劑二甲基丙烯酸乙二醇酯(egdma)0.4g、聚丙烯酸胺分散劑0.6g和硅烷偶聯(lián)劑kh-5700.2g、ph調(diào)節(jié)劑碳酸鈉0.8g，制備濃漿料；步驟3：向步驟2中得到的漿料中加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈(aibn)0.08g和反應(yīng)加速劑四甲基乙二胺(temed)0.05g，混合均勻，將其注入模具，引發(fā)單體的原位聚合，形成坯體；步驟4：坯體脫模，然后干燥處理，1650℃高溫?zé)Y(jié)，脫脂、有機(jī)凝膠揮發(fā)，形成形成多孔陶瓷結(jié)合劑包覆金剛石磨料的網(wǎng)狀骨架體；步驟5：將環(huán)氧樹脂和填料混合在乙醇溶劑中得到樹脂混合漿料，將樹脂混合漿料在25mpa高壓滲透注漿到多孔陶瓷結(jié)合劑包覆金剛石磨料的網(wǎng)狀骨架體中，環(huán)氧樹脂5g，填料7g(如表1所示)，乙醇12g；表1填料成分重量(g)銅粉3銅包石墨粉0.5滑石粉0.6冰晶石粉0.5氧化鈰0.6二硫化鉬0.5氧化鈣0.5石英粉0.6碳酸鈣0.2步驟6：樹脂在網(wǎng)狀骨架體中干燥，70℃條件下固化，275℃低溫?zé)Y(jié)，得到金剛石磨具丸片；步驟7：將步驟6所得丸片布置成螺旋式花紋圖案粘結(jié)到基盤之上。實(shí)施例4采用實(shí)施例4得到的金剛石研磨丸片黏貼在平面研磨拋光機(jī)基盤上對氮化硅陶瓷基片進(jìn)行研磨，平面拋光機(jī)型號(hào)為浙江智邦精工nanopoli100平面拋光機(jī)，研磨速度為40rpm，研磨壓力為1kg/cm3，研磨1小時(shí)后，表面形貌前后變化圖如圖2所示。當(dāng)前第1頁12