[发明专利]一种用于高效磨削的表面多孔金刚石磨料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超硬材料制备技术领域，特别涉及一种用于高效磨削的表面多孔金刚石磨料及其制备方法。

背景技术

金刚石砂轮可广泛应用于硬质合金等非铁系金属材料与半导体、玻璃等非金属材料的磨削、切割加工，以满足高效的加工需求。金刚石砂轮通常选用具有自锐性特点的金刚石磨料，在磨削过程中形成磨料的持续破碎与切削微刃，金刚石砂轮结合剂与磨粒之间主要通过机械啮合与化学键合实现结合，当结合剂与金刚石的机械啮合力或化学键合力较差时，外力的冲击下金刚石磨料在完成切削前就整颗脱落，导致砂轮钝化与频繁修整，降低了砂轮的磨削效率与寿命。

因此金刚石砂轮的实际制造过程中，通常采用金刚石磨料表面金属镀层的方法提高结合剂与金刚石磨料之间的结合力，以稳定磨削过程并延长砂轮寿命，但同时带来砂轮锋利度和磨削效率下降的负面效果，这种不利影响在砂轮锋利性要求较高的磨削过程中表现的尤为明显。提高结合剂与金刚石磨料之间结合力的另外一种有效方式是采用非表面镀覆的方法增加金刚石磨料的表面粗糙度，增加结合剂与金刚石磨料之间的接触面积，提高机械啮合强度的同时，避免砂轮锋利度的下降。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于高效磨削的表面多孔金刚石磨料及其制备方法。通过形成金刚石磨料晶体内的异质颗粒，增加金刚石磨料晶体的内应力与微破碎性，通过形成金刚石磨料表面的多孔结构，增加金刚石磨料的表面粗糙度，进而增加结合剂与金刚石磨料之间的接触面积，提高结合剂与金刚石磨料之间结合力，并形成金刚石磨料表面的切削微刃，提高砂轮锋利性与磨削效率。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种用于高效磨削的表面多孔金刚石磨料，所述表面多孔金刚石磨料采用高温高压法合成后再进行表面氧化处理和酸处理得到，金刚石磨料为单晶体，晶体尺寸50-500 μm，晶体表面积的10-70 %为尺寸1-20 μm的孔洞，晶体体积的5-40 %为尺寸1-10 μm的异质颗粒，异质颗粒的成分为Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Al、Si这些元素的碳化物、氮化物和氧化物中的至少一种。

上述用于高效磨削的表面多孔金刚石磨料的制备方法，由石墨粉、金属触媒粉和异质颗粒原料按比例混匀后采用高温高压法合成后再进行表面氧化处理和酸处理制成，其中，金属触媒粉占原料总重的20-40 %，异质颗粒原料占原料总重的1-20 %，其余为纯度99.9 %以上的高纯石墨粉，金属触媒粉通过下述方法获得：按重量取比例为70 %Fe粉、29 %Ni粉和1 %Co粉，混匀即得，异质颗粒原料为Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Al、Si中的一种或两种以上单质粉体的混合物。

较好地，上述用于高效磨削的表面多孔金刚石磨料的制备方法，包括如下步骤：将石墨粉、金属触媒粉和异质颗粒原料按比例混匀并冷压成型，把冷压成型后的块体装入叶蜡石模具中，利用六面顶高温高压设备将叶蜡石模具加压至4-6 GPa，升温至1400-1600 ℃后保温1-10 min合成金刚石磨料。

进一步地，将高温高压合成的金刚石磨料再进行表面氧化处理和酸处理，得到表面多孔结构的金刚石磨料。

进一步地，所述氧化处理是指将合成的金刚石磨料在空气中加热至700-1000 ℃并恒温保持1 h，所述酸处理是指将表面氧化处理后的金刚石磨料在氢氟酸、盐酸和硫酸中的一种或两种以上腐蚀1-5h。

本发明制得的金刚石磨料为单晶体，晶体尺寸50-500 μm，晶体表面积的10-70 %为尺寸1-20 μm的孔洞，晶体体积的5-40 %为尺寸1-10 μm的异质颗粒，异质颗粒的成分为Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Al、Si元素经过高温高压发生化学反应后，形成的所述元素的碳化物、氮化物、氧化物等化学性质稳定、硬度较高的共价键化合物。

本发明制得的用于高效磨削的表面多孔金刚石磨料，所述金刚石磨料的表面孔洞，增加砂轮结合剂与金刚石磨料之间的结合力，形成金刚石磨料表面的切削微刃，提高砂轮锋利性与磨削效率；所述金刚石磨料内的异质颗粒，增加金刚石磨料的内应力与微破碎性，提高砂轮锋利性与磨削效率。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1. 本发明金刚石磨料表面的多孔结构形成了更多的切削微刃，提高了砂轮的锋利性与磨削效率。

2. 本发明金刚石磨料内部的异质颗粒增加了金刚石磨料的内应力与微破碎性，使钝化后的金刚石磨料更容易出刃，提高了砂轮的锋利性与磨削效率。