一种单晶金刚石磨粒的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种单晶金刚石磨粒的制备方法，通过将微米级单晶金刚石与至少一种微米级金属粉在含有至少一种纳米金属粉的溶胶中充分分散，并控制两种不同数量级金属粉之间的适合比例，从而使得所述微米级单晶金刚石之间的大部分孔隙被微米级金属粉填充，只需要适合量的纳米金属粉就使得所述微米级金属粉与所述纳米级金属粉共同包覆在所述微米级金刚石的表面形成完整、均匀的包括至少两种金属颗粒的包覆层，进而最终制备得到的单晶金刚石磨粒表面呈现独特的粗糙形貌，研磨过程中呈现较多的接触点和接触面，具有高自锐性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于研磨抛光
。
技术介绍
金刚石是目前已知自然界中最硬的物质，其绝对硬度是石英的1000倍，从而金刚石以其无以伦比的高硬度和优良的机械物理性能，广泛应用于加工磨削各种坚硬材料的
。金刚石微粉作为最硬的一种超细磨料，是研磨抛光硬质合金、陶瓷、宝石、光学玻璃、人工晶体等高硬材料的理想材料。其中的单晶金刚石微粉是指通过静压法合成的金刚石经粉碎、分级得到的产品，其微观形貌为带有尖锐棱角的不规则多面体，使得上述单晶金刚石具有很强的磨削力，然而，采用单晶金刚石对工件进行研磨抛光时，其尖锐的棱角很容易对工件表面形成划伤，从而需要更多的工序对上述划伤进行修复才能达到工件表面具有较高平整度的要求。随着超精密研磨抛光技术的发展，研究者发现将金刚石表面涂覆上某些金属后，再对上述涂覆金属的金刚石微粉进行热处理，高温下上述金属涂覆层能够促使金刚石向石墨发生相变，之后先采用常见酸将金刚石表面的金属涂覆层清洗溶解，再采用氧化性酸除去金刚石微粉表面的非金刚石碳，经过上述处理后的单晶金刚石微粉表面呈现独特的粗糙形貌，从而用于研磨抛光时呈现多个接触点和接触面，具有高自锐性。中国专利文献CN102245730A公开了一种具有独特形貌的单晶金刚石微粒，其通过以下两种方式在单晶金刚石颗粒表面涂覆上金属，第一种方式:采用化学镀镍形成镍涂覆的金刚石，具体操作步骤为:(1)采用未涂覆的单晶金刚石微粒接触胶体钯的溶液使得该细微的钯微粒均匀吸附在该金刚石的表面上，采用上述钯微粒对该金刚石微粉表面进行活化处理后，增强了金刚石微粉表面无电沉积镍的自催化性能；(2)将该活化处理后的金刚石放入镍浓度为10g/L的氨基磺酸镍的溶液中，同时加入连二磷酸钠，并控制温度在80°C左右，此时溶液中的镍将自催化地沉积于该金刚石微粉的表面上形成镍涂覆的金刚石；第二种方式:采用金刚石微粉与铁粉混合压制方式形成铁微粒与金刚石的紧密混合体，具体操作步骤为:(1)取金刚石微粒与铁粉以质量比1:9-1:4混合，再添加一定量的粘合剂对微粒表面提供润滑性以使得在该铁粉和金刚石之间产生致密的填充和密切的接触，从而将上述混合物压制后形成该金刚石和铁微粒的紧密混合体，其可以为球形、聚集体或其它压缩的形状；(2)之后将上述采用两种方式制备得到的涂覆金属的金刚石颗粒在真空、氢气或惰性气体中进行热处理以使金刚石表面石墨化，该热处理的温度为650-1000°C，热处理时间为0.5-5小时，热处理完成后将微粒冷却；(3)最后经酸清洗、非金刚石碳溶解处理，即得上述具有独特形貌的单晶金刚石微粒。然而，由于上述第一种方式中的化学镀镍工艺其本身对金刚石微粒表面活化处理的程度要求较高，否则难以形成完整、均匀的镍涂覆层，并且进行化学镀后将形成大量含镍废液，而处理废液又使得成本增加，由此采用第二种方式可以有效避免上述问题，但对于第二种方式，其采用的铁粉与金刚石微粉的粒径都为微米级，在进行混合时微米级的单晶金刚石微粒表面与微米级的铁粉微粒接触不充分，从而难以在单晶金刚石微粒表面形成完整、均匀的铁涂覆层，并且产品的微观形貌显示采用这种方式最终制得的单晶金刚石微粒表面呈现较大的凹坑，此外，采用上述微米级的铁粉与微米级的金刚石微粉进行混合时，为尽可能保证铁粉与金刚石微粒表面的充分接触，铁粉的用量需要是金刚石微粉用量的数倍，从而在造成原料浪费的同时也增加了后期酸处理时的负担和成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中采用相同数量级粒径的金属粉体与单晶金刚石粉体通过混合压制的方式对单晶金刚石表面进行金属涂覆时，难以在单晶金刚石微粒表面形成完整、均匀的金属涂覆层，从而使得最终制得的单晶金刚石微粒表面呈现较大的凹坑，研磨过程中接触点少，自锐性低，进而提供一种具有高自锐性的单晶金刚石微粒的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的:—种单晶金刚石磨粒的制备方法，其包括以下步骤:(1)将微米级单晶金刚石和至少一种微米级金属粉分散在含至少一种纳米级金属粉的溶胶中，搅拌使其分散均匀形成浆料；其中，所述微米级单晶金刚石与纳米级金属粉的质量比为1:1-4:1 ；所述微米级单晶金刚石与微米级金属粉的质量比为5:1-20:1 ；所述溶胶中纳米级金属粉的物质的量浓度为l_4mol/L;(2)将所述浆料进行造粒，得到呈球形团聚的单晶金刚石-金属粉复合颗粒；(3)将步骤(2)中得到的所述复合颗粒置于真空炉进行热处理，所述真空炉的温度设置为600-1000°C，保温0.5-5小时后，冷却至室温；(4)将步骤(3)中冷却至室温的复合颗粒依次经无机酸处理、氧化性酸处理之后水洗至中性，烘干即得所述单晶金刚石磨粒。所述微米级金属粉和所述纳米级金属粉总体上至少含有两种金属。所述微米级单晶金刚石的粒径为0.1-30 μ m ；所述纳米级金属粉的粒径为IO-1OOnm ；所述微米级金属粉的粒径为0.1-10 μ m。所述纳米级金属粉溶胶的溶剂为去离子水和/或无水乙醇。所述纳米级金属粉和所述微米级金属粉分别为以下金属粉中的一种或者几种的混合物:铁粉、钴粉、镍粉、锰粉或铁、钴、镍、锰中的两种或者多种形成的合金粉。所述步骤(2)中进行造粒的方法为搅拌造粒法、喷雾干燥法、沸腾造粒法、挤出滚圆造粒法或离心造粒法。所述步骤(2)中造粒得到的复合颗粒的粒径为10-200 μ m。所述步骤(3)中进行热处理时，所述真空炉内气氛为真空、氢气或惰性气体。所述步骤(4)中进行无机酸处理和氧化性酸处理的具体操作为:将无机酸加入到复合颗粒中，在80-100°C条件下处理3-5小时；将氧化性酸加入到经所述无机酸处理过的复合颗粒中，在150-200°C条件下处理6-8小时。本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:(I)本专利技术所述的单晶金刚石磨粒的制备方法，通过将微米级单晶金刚石与至少一种微米级金属粉在含有至少一种纳米金属粉的溶胶中充分分散，并控制两种不同数量级金属粉之间的适合比例，从而使得所述微米级金属粉能够先填充到单晶金刚石颗粒之间的孔隙中以减少单晶金刚石颗粒之间的孔隙体积，之后再与所述纳米级金属粉混合时，只需要适合量的纳米金属粉就使得所述微米级金属粉与所述纳米级金属粉共同包覆在所述微米级金刚石的表面形成完整、均匀的包括至少两种金属颗粒的包覆层，从而一定程度上减少纳米级金属粉的用量。而现有技术中采用相同数量级粒径的单一金属粉体与单晶金刚石粉体混合并经压制进行包覆时，在该微米级的单晶金刚石微粒表面很难实现与该微米级的金属微粒充分接触，从而难以在该单晶金刚石微粒表面形成完整、均匀的金属涂覆层，进而使得最终制得单晶金刚石磨粒表面呈现较大的凹坑，研磨过程中接触点少，自锐性低，同时为尽量保证金属粉与金刚石微粒表面的充分接触，金属粉的用量需要是金刚石微粉用量的数倍。本专利技术中的制备方法不仅节省了原料，降低了成本，同时也省去后期需处理过量金属粉的工艺步骤，并且经本专利技术方法制备得到的单晶金刚石磨粒表面呈现独特的粗糙形貌，表面分层，凹凸不平，研磨过程中呈现较多的接触点和接触面，自锐性高，从而具有较高的磨削力。(2)本专利技术所述的单晶金刚石磨粒的制备方法，进一步地限定所述微米级金属粉和所述纳米级金属粉总体上至少含有两种金属，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单晶金刚石磨粒的制备方法，其包括以下步骤：（1）将微米级单晶金刚石和至少一种微米级金属粉分散在含至少一种纳米级金属粉的溶胶中，搅拌使其分散均匀形成浆料；其中，所述微米级单晶金刚石与纳米级金属粉的质量比为1:1‑4:1；所述微米级单晶金刚石与微米级金属粉的质量比为5:1‑20:1；所述溶胶中纳米级金属粉的物质的量浓度为1‑4mol/L；（2）将所述浆料进行造粒，得到呈球形团聚的单晶金刚石‑金属粉复合颗粒；（3）将步骤（2）中得到的所述复合颗粒置于真空炉进行热处理，所述真空炉的温度设置为600‑1000℃，保温0.5‑5小时后，冷却至室温；（4）将步骤（3）中冷却至室温的复合颗粒依次经无机酸处理、氧化性酸处理之后水洗至中性，烘干即得所述单晶金刚石磨粒。

【技术特征摘要】
1.一种单晶金刚石磨粒的制备方法，其包括以下步骤: (1)将微米级单晶金刚石和至少一种微米级金属粉分散在含至少一种纳米级金属粉的溶胶中，搅拌使其分散均匀形成浆料； 其中，所述微米级单晶金刚石与纳米级金属粉的质量比为1:1-4:1 ； 所述微米级单晶金刚石与微米级金属粉的质量比为5:1-20:1 ； 所述溶胶中纳米级金属粉的物质的量浓度为l_4mol/L ； (2)将所述浆料进行造粒，得到呈球形团聚的单晶金刚石-金属粉复合颗粒； (3 )将步骤(2 )中得到的所述复合颗粒置于真空炉进行热处理，所述真空炉的温度设置为600-1000°C，保温0.5-5小时后，冷却至室温； (4)将步骤(3)中冷却至室温的复合颗粒依次经无机酸处理、氧化性酸处理之后水洗至中性，烘干即得所述单晶金刚石磨粒。2.根据权利要求1所述的单晶金刚石磨粒的制备方法，其特征在于，所述微米级金属粉和所述纳米级金属粉总体上至少含有两种金属。3.根据权利要求1或2所述的单晶金刚石磨粒的制备方法，其特征在于，所述微米级单晶金刚石的粒径为0.1-30 μ m ； 所述纳米级金属粉的粒径为IO-1OOnm ； 所述微米级金属粉的粒径为0.1-10 μ m。4.根据权利要求1-3任一所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振宇，胡晓刚，王院卫，
申请(专利权)人：北京保利世达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11