[发明专利]一种金刚石工具的浆料直写成型方法

说明书

本发明公开了一种金刚石工具的浆料直写成型方法，包括如下步骤：(1)将纳米陶瓷粉、PMMA和金刚石微米颗粒充分混合，获得混合粉末；(2)将黄原胶充分分散于去离子水中，获得黄原胶溶液；(3)将步骤(1)制得的混合粉末与步骤(2)所得的黄原胶溶液混合均匀，获得浆料；(4)将步骤(3)制得的浆料加入浆料直写成型设备的针筒中，通过逐层叠加的方式打印成设计的形状，获得坯体；(5)将步骤(4)制得的坯体干燥至恒重，然后进行烧结，即得所述金刚石工具。本发明利用浆料直写成型可以一次性制造成具有复杂结构的金刚石工具，该金刚石工具有高度一致性、合适的力学性能、可控的气孔率和高的形状精度。

技术领域

本发明属于磨具材料技术领域，具体涉及一种金刚石工具的浆料直写成型方法。

背景技术

金刚石磨具属于超硬材料磨具的一种，金刚石的硬度极高，磨削能力强，磨具磨损小，广泛应用于砂轮、磨盘、修刀板等磨削工具中。金刚石磨具中，结合剂是另一个重要的组成部分。常用结合剂主要分为树脂结合剂、金属结合剂和陶瓷结合剂三大类。其中，陶瓷结合剂通过玻璃或陶瓷类物质经过烧结将金刚石磨料固结起来，在磨削条件下陶瓷结合剂与金刚石磨料有较好的结合强度。陶瓷结合剂金刚石磨具气孔较多，有利于冷却、容屑排屑。磨具的自锐性好，易于修整，磨削效率高。传统金刚石磨具制备主要有干法模具压制成型，利用干法混和微米级金刚石和纳米陶瓷结合剂粉末易产生团聚，且手工填料压制成型结块均匀性差，形状简单，需要进一步拼接，自动化程度低。简单的砂轮结构无法满足不同的轨迹磨削要求，利用3D打印可以一次性成型任何复杂形状，提高制备效率。

目前常用的3D打印技术包括SLM和SLS，两种方法均需要采用激光高温烧结至1000℃以上，而金刚石烧结到700℃以上会出现石墨化，且激光逐层烧结存在烧结质量不一致等缺陷。利用浆料直写成型技术湿法混合粉末无团聚现象，可打印任意形状后进行烧结，结块整体均匀性好。然而目前浆料直写成型技术中常用的陶瓷结合剂粉末以SiO₂为主要成分，烧结后尺寸收缩率大(约为20％-30％)，形状发生明显变化，不利于最终产品的质量控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种金刚石工具的浆料直写成型方法。

本发明的技术方案如下：

一种金刚石工具的浆料直写成型方法，包括如下步骤：

(1)将熔点为670-690℃的纳米陶瓷粉、PMMA和W10-W40的金刚石微米颗粒以60-75wt％:5-20wt％:15-25wt％的比例充分混合，获得混合粉末；该纳米陶瓷粉的原料由69-70重量份的硅粉、4.8-5.2重量份的氧化钠、10-13重量份的氧化铝、2.8-3.2重量份的氧化钾和9.8-10.3重量份的三氧化二硼组成；

(2)将黄原胶充分分散于去离子水中，获得浓度为2.8-3.1wt％的黄原胶溶液；

(3)将步骤(1)制得的混合粉末与步骤(2)所得的黄原胶溶液混合均匀，获得浆料，该混合粉末与该黄原胶溶液的体积比为69-70％:30-31％；

(4)将步骤(3)制得的浆料加入浆料直写成型设备的针筒中，通过逐层叠加的方式打印成设计的形状，获得坯体；

(5)将步骤(4)制得的坯体干燥至恒重，然后进行烧结，即得所述金刚石工具。

在本发明的一个优选实施方案中，所述纳米陶瓷粉、PMMA和金刚石微米颗粒的比例为65-75wt％:5-15wt％:20wt％。

在本发明的一个优选实施方案中，所述纳米陶瓷粉的原料由70重量份的硅粉、5重量份的氧化钠、12重量份的氧化铝、3重量份的氧化钾和10重量份的三氧化二硼组成，其熔点为680℃。

在本发明的一个优选实施方案中，所述黄原胶溶液的浓度为3wt％。