晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮制备方法技术

本发明专利技术公开了一种晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮制备方法。采用光刻技术制备控形薄膜，将其贴敷于基体外圆周面，并均匀喷涂金刚石微粉作为后续沉积用的金刚石种子；采用EACVD技术对金刚石种子沉积一层无定形碳，为后续合成的金刚石磨粒进行晶体定向；调整沉积参数，磨粒成核生长，形成顶面为{100}晶面、侧面为{111}晶面、出刃高度较大的金刚石磨粒，且与无定形碳和金刚石结合层构成一个微型磨削单元，多个微型磨削单元按照控形薄膜的光刻图案有序排布；超声波清洗去除控形薄膜，大量微型磨削单元之间的空隙即为微流道，烘干即得到砂轮成品。本发明专利技术可以对金刚石磨粒进行晶体定向，并使得磨料能够有序排布，显著提高了砂轮的磨削性能。

【技术实现步骤摘要】
晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮制备方法
本专利技术涉及一种金刚石砂轮的制备方法，特别是一种晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮制备方法。技术背景金刚石砂轮作为一种以金刚石为磨料的固结磨具，在磨削加工中有着广泛的应用，而金刚石砂轮的制造技术则直接决定了砂轮的特性与组织形态，对其在加工过程中磨削性能的优劣具有重大影响。传统的金刚石砂轮是通过结合剂将磨料固结在砂轮的工作面上，这个过程是随机的，导致金刚石磨粒的分布是无规则且不均匀的，每颗金刚石磨粒的几何尺寸、出刃高度及朝向都是不一致的，从而降低了砂轮的磨削效率和磨削质量，使其难以达到精密研磨的加工要求。电镀金刚石砂轮由于磨料实际上是机械包埋在镀层金属中，缺少牢固的冶金化学键结合，因而把持力不大，使得磨削过程中易发生单颗磨粒脱落，降低了砂轮的耐用度。采用钎焊方法制备金刚石砂轮，不可避免会造成高温对金刚石磨粒的热损伤，使得其强度、硬度和耐磨性等机械性能均有所下降。另一方面，由于钎料流动的随机性，合金钎料易在磨粒间聚集堆积，导致砂轮工作面的金刚石磨粒出刃高度和容屑空间减小。为了改善砂轮制备工艺、提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮制备方法，砂轮包含钛合金材质的基体（1）和磨料层（2），磨料层（2）是由大量微型磨削单元（3）和微流道（4）组成；微型磨削单元（3）是由无定形碳（3-1）、金刚石结合层（3-2）和多颗晶体定向的金刚石磨粒（3-3）构成，且金刚石磨粒（3-3）的出刃高度可以达到其自身粒径的60%~70%，其特征在于，具体制备步骤如下：/n步骤一、控形薄膜（11）制备：根据基体（1）的周长和厚度制备出尺寸与之相配且能耐高温可水解的薄膜（8），将清洗烘干后的薄膜（8）平整贴敷在玻璃基板（7）上，在薄膜（8）上涂覆正性光刻胶（9）；采用带有与微型磨削单元（3）形状及排布规律相同图案...

【技术特征摘要】
1.晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮制备方法，砂轮包含钛合金材质的基体（1）和磨料层（2），磨料层（2）是由大量微型磨削单元（3）和微流道（4）组成；微型磨削单元（3）是由无定形碳（3-1）、金刚石结合层（3-2）和多颗晶体定向的金刚石磨粒（3-3）构成，且金刚石磨粒（3-3）的出刃高度可以达到其自身粒径的60%~70%，其特征在于，具体制备步骤如下：
步骤一、控形薄膜（11）制备：根据基体（1）的周长和厚度制备出尺寸与之相配且能耐高温可水解的薄膜（8），将清洗烘干后的薄膜（8）平整贴敷在玻璃基板（7）上，在薄膜（8）上涂覆正性光刻胶（9）；采用带有与微型磨削单元（3）形状及排布规律相同图案的掩模板（10）进行曝光并显影，从而将掩模板（10）的图案复现到正性光刻胶（9）上；刻蚀薄膜（8），将掩模板（10）的图案进一步复现到薄膜（8）上，从而制成控形薄膜（11）；
步骤二、金刚石种子（12）植入：将清洗烘干后的控形薄膜（11）贴敷在基体（1）外圆周面上；采用喷涂法将金刚石微粉均匀分布在贴敷有控形薄膜（11）的基体（1）外圆周面上，坠入控形薄膜（11）图案内的金刚石微粉即为后续沉积用的金刚石种子（12）；
步骤三、磨粒晶体定向：采用电子辅助化学气相沉积即EACVD技术，在基体（1）外圆周面的控形薄膜（11）图案内沉积一层无定形碳（3-1）；EACVD的工艺及工艺参数为，反应室内基体（1）温度为550~600℃，并通入甲烷和氢气的混合气体作为反应气源，其中甲烷/氢气的体积比为0.5~0.6%，混合气体流量为200sccm，反应室气压为5kPa，并加入130V偏压，最终在控形薄膜（11）的光刻图案内沉积一层无定形碳（3-1），为后续合成{100}晶面（5）朝上的金刚石磨粒（3-3）进行晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛聪，张德嘉，胡永乐，李长河，隆鹏，刘超，王佳丽，唐伟东，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43