一种金刚石加工磨抛砂轮及其应用的制作方法

本发明属于磨具加工，涉及金刚石加工磨抛砂轮及其应用。

背景技术：

1、金刚石具有优异的物理化学性质。可作为间接带隙半导体材料，其作为终极半导体，禁带宽度约为5.2ev，热导率高达22w/(cm∙k)，室温电子和空穴迁移率高达4500cm2/(v.s)和3380 cm2/(v.s)，远远高于第三代半导体材料gan和sic。同时金刚石具有很大的激子束缚能，可在室温下实现高强度的自由激子发射，另外，金刚石具有优秀的电绝缘、重量轻、机械强度高、化学惰性和低毒性，因此金刚石可用于高温下使用的大功率的元器件，高频大功率微波器件，高功率半导体激光器，大功率led，5g基站，新能源汽车，高铁动车，卫星等领域，应用前景非常广泛。

2、但是金刚石材料的生长和器件研制还存在诸多困难，尤其是金刚石的加工领域。目前市面上多晶金刚石热沉片直径能做到125mm，单晶金刚石常规是7mm×7mm，10mm×10mm，量产最大尺寸为2英寸单晶金刚石。

3、金刚石的莫氏硬度大于10，是目前世界上最硬的材料，同时金刚石要作为元器件使用，对平行度、平面度、粗糙度有较高的要求，目前市面上的机加工均不能满足使用要求，只有磨加工才可以做到。

4、而目前生产上所采用的磨加工是使用磨钻机，在铸铁盘上加研磨膏（磨料为金刚石，其他磨料不适用），抛光多晶金刚石需要7-10天，极大的影响了金刚石在下游产业的应用。因此，有必要开发一款磨抛砂轮，大大提高加工效率，加快金刚石产业规模化。

技术实现思路

1、针对上述情况，本发明提供金刚石加工磨抛砂轮及其应用，以提高单晶金刚石和多晶金刚石的生产效率，提升光洁度，降低生产成本。

2、本发明的具体技术方案为：

3、一种金刚石加工磨抛砂轮，包括基体和磨料层；磨料层由金刚石磨料、树脂粉、碳纤维、碳化硅粉、金属粉、气孔球制备。

4、优选的，所述树脂粉为酚醛树脂粉或聚酰亚胺树脂粉，优选酚醛树脂粉。

5、优选的，所述金刚石磨料是单晶金刚石磨料，粒度为10-200#，进一步优选的，金刚石磨料的粒度为50-100#。

6、优选的，所述碳化硅粉的粒度为100-600#，进一步优选的，碳化硅粉的粒度为200-400#。

7、优选的，所述碳纤维经过偶联剂表面处理，直径7-9μm，长径比30-50；偶联剂优选硅烷偶联剂。

8、优选的，所述金属粉为钴粉、镍粉、钛粉中的一种或几种的混合，进一步优选的，所述金属粉为镍粉、钛粉混合物，其中镍粉、钛粉的质量比为1∶（0.5～2）优选1∶（0.8～1.5）再优选1∶1；所述金属粉粒径为10nm～100nm，优选30nm～70nm。

9、优选的，所述气孔球为空心陶瓷球，粒径为1-6mm，优选的，气孔球的粒径为1-3mm。

10、本发明中，树脂粉、碳化硅粉、金属粉、碳纤维、金刚石磨料、气孔球的质量比为（10-30）∶（5-15）∶（20-30）∶（1-3）∶（30-50）∶（5-20）；优选的，树脂粉、碳化硅粉、金属粉、碳纤维、金刚石磨料、气孔球的质量比为（10-20）∶（10-15）∶（20-25）∶（1-2）∶（35-40）∶（10-15）；进一步优选的，树脂粉、碳化硅粉、金属粉、碳纤维、金刚石磨料、气孔球的质量比为（15-20）∶（10-12）∶（21-24）∶（1.5-2）∶（35-38）∶（10-12）。

11、本发明上述金刚石加工磨抛砂轮的制备方法，包括以下步骤：

12、（1）将树脂粉、碳化硅粉、金属粉、碳纤维、金刚石磨料、气孔球混合，得到预成型料；优选的，先混合树脂粉、碳化硅粉、金属粉、碳纤维，再加入金刚石磨料、气孔球混合；

13、（2）将基体放入模具中，再投入预成型料，依次进行冷压成型、热压成型；然后出模，得到金刚石加工磨抛砂轮。

14、本发明中，热压的温度为170～180℃，时间为1～1.5h。

15、本发明公开了上述金刚石加工磨抛砂轮在加工金刚石中的应用，具体的，本发明公开了上述金刚石加工磨抛砂轮在磨抛金刚石中的应用。

16、本发明公开了一种加工金刚石的方法，包括以下步骤，利用上述金刚石加工磨抛砂轮磨抛金刚石，实现金刚石的加工。

17、本发明的有益效果：

18、本发明制备的金刚石加工磨抛砂轮强度高，结合剂对磨料的把持力强；在砂轮磨削过程中与被加工的金刚石发生反应，降低磨削应力和磨削难度；在磨削时可以容屑和快速散热，降低砂轮表面的温度，延长修整间隔。

19、现有技术中，目前市面上生产所采用的金刚石磨加工是使用磨钻机，在铸铁盘上加研磨膏，未见针对金刚石磨削的砂轮及应用报道，该铸铁盘加研磨膏的磨削加工效率低，一般2寸多晶金刚石需要7-11天抛好，粗糙度在5-80nm，偶尔会产生损伤。与之明显进步，本发明砂轮可以在4-8h磨抛完毕，且粗糙度达到1nm以下，无亚表面损伤。

20、本发明砂轮的修整间隔可以做到2个月修整一次，并在客户现场在线修整，而铸铁盘一般使用一周会出现平行度超差，需返到生产厂家修磨平面，也浪费了大量时间。

21、尤其是，本发明砂轮在加工金刚石的应用中采用干法磨削，不需要加入包括水在内的冷却液，节省成本和减少环境污染。

22、因此本发明砂轮同时具有磨削和抛光作用，节省了设备数量、占地面积和加工效率，整体结构简单，生产方便，便于推广。

技术特征：

1.一种金刚石加工磨抛砂轮，包括基体和磨料层，其特征在于，磨料层由金刚石磨料、树脂粉、碳纤维、碳化硅粉、金属粉、气孔球制备。

2.根据权利要求1所述金刚石加工磨抛砂轮，其特征在于，所述树脂粉为酚醛树脂粉或聚酰亚胺树脂粉；所述金刚石磨料是单晶金刚石磨料，粒度为10-200#；所述碳化硅粉的粒度为100-600#；所述碳纤维经过偶联剂表面处理，直径7-9μm，长径比30-50。

3.根据权利要求1所述金刚石加工磨抛砂轮，其特征在于，所述金属粉为钴粉、镍粉、钛粉中的一种或几种的混合；所述金属粉粒径为10nm-100nm；所述气孔球为空心陶瓷球，粒径为1-6mm。

4.根据权利要求1所述金刚石加工磨抛砂轮，其特征在于，树脂粉、碳化硅粉、金属粉、碳纤维、金刚石磨料、气孔球的质量比为（10-30）∶（5-15）∶（20-30）∶（1-3）∶（30-50）∶（5-20）。

5.根据权利要求4所述金刚石加工磨抛砂轮，其特征在于，树脂粉、碳化硅粉、金属粉、碳纤维、金刚石磨料、气孔球的质量比为（10-20）∶（10-15）∶（20-25）∶（1-2）∶（35-40）∶（10-15）。

6.权利要求1所述金刚石加工磨抛砂轮的制备方法，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述金刚石加工磨抛砂轮的制备方法，其特征在于，先混合树脂粉、碳化硅粉、金属粉、碳纤维，再加入金刚石磨料、气孔球混合。

8.权利要求1所述金刚石加工磨抛砂轮在加工金刚石中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，金刚石加工为磨抛。

10.一种加工金刚石的方法，包括以下步骤，利用权利要求1所述金刚石加工磨抛砂轮磨抛金刚石，实现金刚石的加工。

技术总结
本发明提供一种金刚石加工磨抛砂轮及其应用，该砂轮为多组分热压而成，包括基体和树脂磨料层。本发明金刚石加工磨抛砂轮中磨料层起主要磨削作用，内含气孔，磨削力大，磨削效率高；磨料层对金刚石有抛光作用，可以使金刚石表面有非常高的光洁度；本发明磨抛砂轮是专门针对金刚石所设计，包括单晶金刚石和多晶金刚石的加工，相比于目前使用的加金刚石粉的研磨膏，既有大的切削量，又保证了表面粗糙度，同时修整间隔长，单片磨抛砂轮可连续使用2个月才修整，加工出的金刚石粗糙度可达0.5~1nm。

技术研发人员：张光宇,王凯平
受保护的技术使用者：江苏赛扬精工科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5