[发明专利]一种金刚石纤维及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种能用于磨削加工的金刚石纤维，特别是指一种具有较大长径比、金刚石不易脱落，具有良好加工性能的金刚石纤维，及其制备方法和用途。

背景技术

现有的Al₂O₃纤维或SiC晶须刚度有限，无法胜任超硬材料高速精密加工的需要；而采用化学气相沉积(CVD)法在钨丝或SiC纤维上沉积金刚石涂层制备金刚石纤维存在预处理困难，涂层质量差，金刚石沉积速度慢，无法实现金刚石纤维的连续大批量生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种结合粉末注射成型和真空钎焊工艺制备金刚石纤维的新方法，使得制备的金刚石纤维具有长径比大，便于人为有序排布，金刚石把持强度大，不易脱落，并进一步可用于砂轮的制备中。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种金刚石纤维的制备方法，所述方法包括如下步骤：

a)将镀Ti金刚石和Cu-10Sn-5Ti钎料粉末按体积比1∶1～1∶1.2混合均匀后，与石蜡基粘结剂一起混炼制备喂料；b)在注射成型机上将步骤a)制备的喂料注射成纤维状试件，并将纤维状试件切断为长短均一的纤维；c)对金刚石纤维进行脱脂处理以脱除其中的粘结剂；d)对脱脂后的金刚石纤维进行真空钎焊烧结。

本发明所用Cu-10Sn-5Ti钎料粉末为气雾化粉末，成分及重量百分比为：Cu80～85％、Sn 10～15％、Ti 5～10％，粉末粒度为500～600目。

本发明所用石蜡基粘结剂的成分及质量百分比为石蜡为65～69％，高密度聚乙烯为10～15％，低密度聚乙烯为15～20％，硬脂酸为1～5％。

本发明中镀Ti金刚石和Cu-10Sn-5Ti粉末的混合粉末与粘结剂均匀混炼制备喂料，混炼温度为150～157℃，混炼时间为1～2小时，粉末装载量为63～67％。

本发明注射成型的工艺参数为：注射压力为10～12MPa，保压压力为8～9.6MPa，模具温度为40～50℃，注射温度为150～160℃，注射速率为50～60％。。

本发明脱脂处理采用溶剂脱脂+热脱脂二步脱脂法，其中溶剂脱脂是在正庚烷中于35～40℃中脱脂2.5～3小时，后放入加热炉中在35～40℃下烘干1～2小时，热脱脂在高温管式电炉中进行，脱脂气氛为流动氢气，氢气流量为4～5L/min，脱脂工艺为以1～2℃/min的升温速率从室温升至165～170℃，保温60～80min后以1～2℃/min的升温速率升至340～350℃保温60～80min，然后以2～3℃/min的速率加热到550～600℃并保温60～80min，最后以2～3℃/min的升温速率升至600～650℃保温60～80min后随炉冷却。

本发明金刚石纤维真空钎焊烧结是在真空环境下以5～6℃/min的升温速率加热到900～920℃保温8～10min后随炉冷却。

本发明还提供了根据上述方法制备的金刚石纤维及其在砂轮制备中的应用。

本发明所用粉末材料包括磨削用的镀Ti金刚石及钎焊烧结用的Cu-10Sn-5Ti粉末。金刚石通过表面镀Ti处理，生成一层结构致密、厚度均匀的TiC膜，TiC层作为中介可实现金刚石与金属结合剂之间的冶金结合，金刚石粘结强度大，不易脱落，同时镀Ti层可实现对金刚石隔离保护作用，减少钎焊烧结过程中氧气或有害元素对金刚石的腐蚀和热损伤；而Cu-10Sn-5Ti钎料粉末为气雾化粉末，为球形或近球形，适于注射成型，另一方面粉末细小，具有较大的比表面和烧结活性，有利于烧结致密化。

本发明通过粉末注射成型工艺制备出纤维状试件，再通过真空钎焊烧结技术实现钎料对金刚石的冶金结合，金刚石把持强度大，不易脱落，真空环境及金刚石表面镀Ti层的保护，可有效的减少金刚石的石墨化和热损伤，金刚石仍具有良好的加工性能，同时制备的金刚石纤维具有长径比大的特点，可实现对其进行有序排布。

由以上可知，本发明的一种金刚石纤维的制备方法，制备的金刚石纤维金刚石把持强度大，不易脱落，可提高金刚石的利用率，同时由于金刚石纤维具有一定的长径比和宏观尺寸，能实现人为的有序排布，可进一步用于砂轮的制备中。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。