一种高温亚熔融自粘连磨粒磨具制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高温亚熔融自粘连磨粒磨具制备方法，将去离子水和DMSO混合，再将PVA均匀地分散在混合液中，震荡，95℃水浴溶解，搅拌直至完全转变为透明无杂质的溶液；然后在溶液中加入磨料，同时加入硅烷偶联剂，搅拌均匀；将浆料在真空烘箱中脱泡，倒入模具中，冰柜中‑20～‑25℃凝胶成型；在室温或加热条件下解冻，解冻后脱水；在干燥箱中160～200℃热分解；将磨具放置在高温炉中1200～1500℃烧结；最后在磨床上表面磨平，得到一种高温亚熔融自粘连磨粒磨具。该磨具坯体通过PVA粘连成型，热分解去除PVA结合剂，形成微细孔隙，最后通过高温烧结，使磨粒达到不完全热熔状态，磨粒间的接触点熔融在一起，达到磨粒自粘连的效果，具有磨粒固含量高，磨削效率高的优点。

A method for preparing high temperature submelted self adhesive abrasive grinding tools

The invention discloses a high-temperature submelting self abrasive grinding wheel adhesion preparation method, the deionized water mixed with DMSO, then PVA is uniformly dispersed in the mixture, shock, 95 DEG C water bath dissolved, stirring until completely transformed into a transparent solution without impurities; then adding abrasive in solution, while adding silane the coupling agent, stirring evenly; the slurry degassing in a vacuum oven, poured into a mold, freezer 20 ~ 25 DEG C gel molding; thawed at room temperature or heating conditions, after thawing dehydration; decomposition in oven 160 to 200 DEG C will be placed in the grinding heat; high temperature furnace 1200 to 1500 DEG C in the final sintering; grinding surface polished, a high temperature self adhesion abrasive tool submelting. The abrasive body by PVA adhesion forming, thermal decomposition and removal of PVA bond, the formation of micro pores, finally through high temperature sintering, the abrasive to completely melt state, the contact point between the grinding particle melting together, achieve grinding effect particle adhesion, high solid content grain mill, has the advantages of high grinding efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种高温亚熔融自粘连磨粒磨具制备方法
本专利技术属于精密加工研磨抛光领域，涉及一种高温亚熔融自粘连磨粒磨具制备方法。
技术介绍
高速磨削技术是磨削工艺本身的革命性跃变,是适应现代高科技需要而发展起来的一项新兴综合技术,随着砂轮转速的提高,目前磨削去除率已猛增到了3000mm3/mm·s甚至更多，可与车、铣、刨等切削加工相媲美,尤其近年来各种新兴硬脆材料(如陶瓷、光学玻璃、光学晶体、单晶硅等)的广泛应用更推动了高速磨削技术的迅猛发展。但是在高速磨削过程中,工件受热变形和表面烧伤等均限制了砂轮速度的进一步提高,砂轮强度等关键技术也使得高速磨削技术在一段时间内进展缓慢。目前常用的结合剂有陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结合剂和金属结合剂等，砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及抗腐蚀能力，主要取决于结合剂的性能，磨削过程中放出大量热将导致结合剂的分解或软化，粘结力下降，磨料有所脱落，使得在实际磨削应用中磨削效率低下，存在很大的浪费现象，因此，结合剂性能将极大影响砂轮等磨削工具的材料去除能力。磨具成型的方法常见的有液压成型法、浇注法、液体静压法、振动法成型这几种，随着磨削加工工艺的改进，对磨具的磨削负荷和强度的要求也愈来愈高，如果磨具间没有结合剂制作磨具是难以实现的。但使用结合剂会是磨粒之间存在间隙、气泡、磨粒分散不均匀等等缺点，以树脂磨具为例，其耐热性较差，耐碱性差。长期在碱性溶液中存放，树脂容易被破坏，它的结合强度和硬度会逐渐降低。树脂磨具耐水性较差，长期接触水分，容易降低它的结合性能。专利号201180020503.X公布了一种陶瓷成形磨粒及其制备方法以及包含陶瓷成形磨粒的磨具制品，该方法通过对磨粒前体进行烧结以提供所述陶瓷成形磨粒，再用粘结剂成型磨具；专利号201510301525.3公布了一种基于凝胶反应的多晶纳米金刚石磨具制备方法，该方法将聚丙烯晴碳化后，有机物残留达到60％以上，形成碳链，起到固结磨具的作用，磨具本质上通过聚丙烯晴粘连；专利号201310387604.1公布了一种高精密磨削固结柔性砂轮的制造方法，该磨具依靠酚醛改性环氧树脂和PVA成型磨具，并未将有机结合剂烧结去掉。本专利技术在磨具制作过程中，在高温条件下，将磨粒不完全熔融，产生磨粒的自粘连的效果，避免了结合剂对磨具性能的影响，成型后的磨具，磨粒固含量达到100％；PVA起到了成型磨具胚体的作用，PVA结合剂在烧结后碳化热分解，无有机物残留，去除有机物后形成致密毛细微孔，提高磨具在研磨过程中的保水性。该方法制备的磨具硬度高，适合多晶材料的研磨抛光。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种高温亚熔融自粘连磨粒磨具制备方法，本专利技术的技术方案如下：一种高温亚熔融自粘连磨粒磨具制备方法包括如下步骤：(1)将去离子水和DMSO(二甲基亚砜)混合，再将PVA(聚乙烯醇)加入到DMSO/H2O混合液中，水浴加热搅拌溶解，直至完全转变为透明无杂质的PVA混合溶液；(2)在PVA混合溶液中加入磨料，同时加入硅烷偶联剂，使用均质搅拌机或超声波振动仪使混合液充分分散均匀，得到混合浆料，将混合浆料脱泡，倒入模具中，冰柜中-20～-25℃凝胶成型，制得预成型磨具毛胚；(3)将预成型磨具毛胚在室温条件或加热条件下解冻5～8小时，解冻后，将预成型磨具毛胚放置在水，乙醇或其他易挥发溶液中10～24小时，置换出磨具毛胚中的DMSO，待置换完成后进行第一步干燥，得到预成型磨具；(4)将得到的预成型磨具放置在真空干燥箱内进一步进行干燥脱水；(5)完成干燥脱水后将预成型磨具放在烧结炉中进行烧结；(6)预成型磨具出炉进行表面磨平处理制得完全成型的高温亚熔融自粘连磨粒磨具。优选的，步骤(1)所述的去离子水与DMSO的质量比为1～5:1，所述PVA与DMSO/H2O混合液质量比为6～10：100，所述的水浴加热搅拌方法是用搅拌机在水浴95℃加热条件下搅拌溶解6～8h，直至完全转变为透明无杂质的PVA混合溶液。优选的，步骤(2)所述的磨粒为氧化铈、氧化铝、氧化锆磨粒中的任意一种，磨粒的粒度在0.005～50微米之间。优选的，所述的PVA与磨料的干重比为3～5：100，所述的硅烷偶联剂是氨基官能团硅烷、环氧基官能团硅烷或者甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种，硅烷偶联剂在混合液中的质量百分比为0.5～1wt％，所述的浆料脱泡方法使用真空烘箱中脱泡或脱泡机中脱泡。优选的，所述的第一步干燥方法是在室温条件下干燥，或者在30～45℃条件下干燥，干燥时间为12～48小时。优选的，步骤(4)所述的干燥方法是预成型磨具放置在180～200℃的真空干燥箱内干燥6～12小时，使预成型磨具内部PVA加热脱水醚化，失去溶解性；干燥脱水完成后，自然降温，冷却6～12小时。优选的，所述的步骤(5)具体为：将预成型磨具放置到烧结炉中首先预热，从室温升温到280～310℃，加热时间为170～200min，然后保温为30～60min；再从当前温度升温到1100～1400℃，加热时间为500～700min，接着恒定保温50～70min；然后再将烧结炉降温到150～170℃，降温时间为250～280min；最后自然冷却，取出磨具，得到高温亚熔融自粘连磨粒磨具。该磨具有以下优点：凝胶成型磨具毛坯的方法，有效避免了间隙、气泡、磨粒分散不均匀等等缺点，致密性强。采用临界温度烧结，在烧结过程中磨粒没有完全熔融，烧结体磨粒接触点相互熔融、粘连，起到了结合剂桥接的作用，该方法制备的磨具毛细微孔分布均匀，磨具通过磨粒自粘连，磨具中磨粒固含量100％，磨粒抗拉强度和抗折强度可以通过烧结温度的控制而控制。这种方法制得的纯磨料磨粒自粘连磨具具有高强度高效率等优点，制作简单，使用方便性价比高。同时在烧结过程中要防止磨粒完全熔融，磨粒间产生大的物质迁移，导致致密化和再结晶，此时，磨粒长大，收缩变成密致坚硬的胚体，体积收缩率达到82％，磨具性能将下降。附图说明图1为实施例1高温亚熔融自粘连氧化铈磨粒磨具表面SEM图；图2为实施例4最高烧结温度与磨具抗拉强度和抗折强度关系图；图3为实施例5高温亚熔融自粘连氧化铝磨粒磨具表面SEM图；图4为实施例6高温亚熔融自粘连氧化锆磨粒磨具表面SEM图；图5为nanopoli-100平面抛光机示意图；图6为实施例7的表面干涉形貌图。具体实施方式实施例1：(1)取200ml离子水与200mlDMSO1:1均匀混合，再加入32g的PVA，将PVA混合溶液放置在震荡器上震荡35min，然后放于50℃鼓风干燥烘箱溶解5h后，转移至90℃鼓风干燥箱高温溶解1～2h，最后用搅拌机在水浴加热95℃下搅拌溶解7h，直至完全转变为透明无杂质的PVA混合溶液。(2)在溶液中加入760g氧化铈磨料，氧化铈磨粒的粒度为0.5微米，同时加入硅烷偶联剂KH570，硅烷偶联剂KH570中质量为12g。使用均质搅拌机或超声波振动仪使混合液充分分散均匀，混合液脱泡在70℃的真空烘箱中脱泡，然后倒入模具中，冰柜中零下20℃凝胶成型，制得预成型磨具毛胚。(3)将预成型磨具从冰箱中取出放置于空气中4小时解冻，解冻完成后将预成型磨具放入75％乙醇溶液中14小时置换DMSO。(4)预成型磨具放置在180℃的真空干燥箱内8小时。(5)将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温亚熔融自粘连磨粒磨具制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将去离子水和DMSO混合，再将PVA加入到DMSO/H2O混合液中，水浴加热搅拌溶解，直至完全转变为透明无杂质的PVA混合溶液；(2)在PVA混合溶液中加入磨料，同时加入硅烷偶联剂，搅拌使混合液充分分散均匀，得到混合浆料，将混合浆料脱泡，倒入模具中，‑20～‑25℃凝胶成型，制得预成型磨具毛胚；(3)将预成型磨具毛胚在室温条件或加热条件下解冻5～8小时，解冻后，将预成型磨具毛胚放置在水、乙醇或其他易挥发溶液中10～24小时，置换出磨具毛胚中的DMSO，待置换完成后进行第一步干燥，得到预成型磨具；(4)将得到的预成型磨具放置在真空干燥箱内进一步进行干燥脱水；(5)完成干燥脱水后将预成型磨具放在烧结炉中进行烧结；(6)预成型磨具出炉进行表面磨平处理制得完全成型的高温亚熔融自粘连磨粒磨具。

【技术特征摘要】
1.一种高温亚熔融自粘连磨粒磨具制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将去离子水和DMSO混合，再将PVA加入到DMSO/H2O混合液中，水浴加热搅拌溶解，直至完全转变为透明无杂质的PVA混合溶液；(2)在PVA混合溶液中加入磨料，同时加入硅烷偶联剂，搅拌使混合液充分分散均匀，得到混合浆料，将混合浆料脱泡，倒入模具中，-20～-25℃凝胶成型，制得预成型磨具毛胚；(3)将预成型磨具毛胚在室温条件或加热条件下解冻5～8小时，解冻后，将预成型磨具毛胚放置在水、乙醇或其他易挥发溶液中10～24小时，置换出磨具毛胚中的DMSO，待置换完成后进行第一步干燥，得到预成型磨具；(4)将得到的预成型磨具放置在真空干燥箱内进一步进行干燥脱水；(5)完成干燥脱水后将预成型磨具放在烧结炉中进行烧结；(6)预成型磨具出炉进行表面磨平处理制得完全成型的高温亚熔融自粘连磨粒磨具。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)所述的去离子水与DMSO的质量比为1～5:1，所述PVA与DMSO/H2O混合液质量比为6～10：100，所述的水浴加热搅拌方法是用搅拌机在水浴95℃加热条件下搅拌溶解6～8h，直至完全转变为透明无杂质的PVA混合溶液。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的磨粒为氧化铈、氧化铝、氧化锆磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯凯萍，金烈阳，周兆忠，杜慧林，郁炜，尹涛，许庆华，
申请(专利权)人：衢州学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33