CN103254799A - 一种亲水金刚石悬浮研磨抛光液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种亲水金刚石悬浮研磨抛光液及其制备方法。一种亲水金刚石悬浮研磨抛光液，所述亲水金刚石悬浮研磨抛光液包括：金刚石粉末0.05%-15%（重量比），助悬剂0.005%-15%（重量比），表面活性剂0.005%-12%（重量比），摩擦改进剂0.05%-60%（重量比），酸碱度调节剂0.0005%-5%（重量比），余量为分散介质。本发明所提供的亲水金刚石悬浮研磨抛光液长期保持稳定均匀状态、不会产生任何沉淀、层析和失效现象；悬浮介质除了能起到悬浮载体的作用外，在研磨抛光的过程中还具有冷却、润滑和去屑的功效。

Description

一种亲水金刚石悬浮研磨抛光液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金刚石悬浮研磨抛光液及其制备方法，尤其涉及一种亲水金刚石悬浮研磨抛光液及其制备方法。 

背景技术

高效率、高精度和自动化是现代磨削加工技术追求的目标。随着高科技产品的不断涌现，加工精度和表面完整性愈来愈高，传统磨削正在向超精密磨削、超精密研磨和抛光等方向发展。金刚石粉作为最硬的超细磨料已经广泛的用于机械、航天、光学仪器、玻璃、陶瓷、石油、电子、光电、半导体、军工等工业部门，是研磨抛光人工晶体、宝石、硬质合金、光学晶体、陶瓷、超硬合金等各种硬脆材料的理想材料。高硬度的外形为类球型、精确分级的粒度分布极窄的金刚石粉用于研磨抛光不会划伤研磨体。金刚石粉可以制成膏剂、气雾剂、膜状、油性或水性液体的研磨抛光制品。金刚石膏剂、气雾剂由于易结壳沉淀、分散困难且浪费严重等缺点，其应用具有局限性。水性研磨抛光液具有环保、无腐蚀、成本低、抛光效率高等优点，在各个领域得到了愈来愈广泛的应用。但是金刚石粉末的比重为3.52克/立方厘米，极易沉淀，致使整个研磨液体系金刚石粉末分布均匀性差，影响了研磨体的表面质量。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种适用于静态高压合成的单晶金刚石，在负氧平衡的条件下炸药爆炸所产生的游离碳原子，在一定条件下形成纳米级的金刚石粉，利用炸药爆炸产生的高温以及动高压，使石墨转化成聚晶金刚石粉的一种或几种的混合物稳定均匀分散的亲水金刚石悬浮研磨抛光液。 

为此，本发明提供了一种亲水金刚石悬浮研磨抛光液， 所述亲水金刚石悬浮研磨抛光液包括：刚石粉末0.05%-15%（重量比），助悬剂0.005%-15%（重量比），表面活性剂0.005%-12%（重量比），摩擦改进剂0.05%-60%（重量比），酸碱度调节剂0.0005%-5%（重量比），余量为分散介质。 

优选的，所述金刚石粉末是静态高压合成的单晶金刚石在负氧平衡的条件下炸药爆炸所产生的游离碳原子，在一定条件下形成纳米级的金刚石粉，利用炸药爆炸产生的高温以及动高压使石墨转化成聚晶金刚石中的一种或几种的混合物。 

优选的，所述金刚石粉末的粒径中位径为3nm-80μm。 

优选的，所述金刚石粉末为立方氮化硼、碳化硅、碳化钛、刚玉、碳化硼、氧化铁、氧化铬、氧化铈、以及其他三元硬质材料中的一种或几种的混合物。 

优选的，所述助悬剂为沉淀白炭黑、气相白炭黑、有机膨润土及其衍生物、聚丙烯酸及其衍生物、聚乙烯醇中的一种或几种的混合物。 

优选的，所述表面活性剂为硬脂酸、十二烷基磺酸钠、季铵化物、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯中的一种或几种的混合物。 

优选的，所述摩擦改进剂为乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、硅油中的一种或几种的混合物。 

优选的，所述酸碱度调节剂为碳酸氢钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、三乙醇胺、盐酸、硫酸、醋酸、硝酸、硼酸中的一种或几种的混合物。 

优选的，所述分散介质是纯化水、一元醇、二元醇、多元醇、聚乙二醇、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮中的一种或几种的混合物。 

优选的，所述纯化水的电导率为4-10μs/cm。 

优选的，所述纯化水的电阻率大于5.0MΩ·cm。 

本发明提供了一种制备所述亲水金刚石悬浮研磨抛光液的方法，包括以下步骤： 

将金刚石粉末0.05%-15%（重量比），表面活性剂0.005%-12%（重量比），摩擦改进剂0.05%-60%（重量比），分散混合均匀，混合成金刚石溶液，分散方法采用磁力搅拌、机械搅拌、超声分散中的一种或者几种；

将助悬剂0.005%-15%（重量比），和余量分散介质分散混合均匀，混合成助悬剂溶液，分散方法采用磁力搅拌、机械搅拌、超声分散中的一种或者几种；

将金刚石溶液、助悬剂溶液，搅拌混合成混合液；

对混合液进行均匀化处理，处理方法采用磁力搅拌、机械搅拌、超声震荡、高压喷射中的一种或者几种，得到所述亲水金刚石悬浮研磨抛光液。

优选的，所述亲水金刚石悬浮研磨抛光液的PH值为4-10。 

由以上本发明提供的技术方案可见，本发明具有以下技术效果： 

（1）本发明所提供的悬浮研磨抛光液长期保持稳定均匀状态、不会产生任何沉淀、层析和失效现象。

（2）悬浮介质除了能起到悬浮载体的作用外，在研磨抛光的过程中还具有冷却、润滑和去屑的功效。 

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面对本发明作进一步的详细说明： 

本发明提供了一种亲水金刚石悬浮研磨抛光液， 所述亲水金刚石悬浮研磨抛光液包括：金刚石粉末0.05%-15%（重量比），助悬剂0.005%-15%（重量比），表面活性剂0.005%-12%（重量比），摩擦改进剂0.05%-60%（重量比），酸碱度调节剂0.0005%-5%（重量比），余量为分散介质。： [0020]  优选的，所述金刚石粉末是静态高压合成的单晶金刚石在负氧平衡的条件下炸药爆炸所产生的游离碳原子，在一定条件下形成纳米级的金刚石粉，利用炸药爆炸产生的高温以及动高压使石墨转化成聚晶金刚石中的一种或几种的混合物。

优选的，所述金刚石粉末的粒径中位径为3nm-80μm。 

优选的，所述金刚石粉末为立方氮化硼、碳化硅、碳化钛、刚玉、碳化硼、氧化铁、氧化铬、氧化铈、以及其他三元硬质材料中的一种或几种的混合物。 

优选的，所述助悬剂为沉淀白炭黑、气相白炭黑、有机膨润土及其衍生物、聚丙烯酸及其衍生物、聚乙烯醇中的一种或几种的混合物。 

优选的，所述表面活性剂为硬脂酸、十二烷基磺酸钠、季铵化物、卵磷脂、脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦、聚山梨酯中的一种或几种的混合物。 

优选的，所述摩擦改进剂为乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、硅油中的一种或几种的混合物。 

优选的，所述酸碱度调节剂为碳酸氢钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、三乙醇胺、盐酸、硫酸、醋酸、硝酸、硼酸中的一种或几种的混合物。 

优选的，所述分散介质是纯化水、一元醇、二元醇、多元醇、聚乙二醇、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮中的一种或几种的混合物。 

优选的，所述纯化水的电导率为4-10μs/cm。 

优选的，所述纯化水的电阻率大于5.0MΩ·cm。 

本发明提供了一种制备所述亲水金刚石悬浮研磨抛光液的方法，包括以下步骤： 

将金刚石粉末0.05%-15%（重量比），表面活性剂0.005%-12%（重量比），摩擦改进剂0.05%-60%（重量比），分散混合均匀，混合成金刚石溶液，分散方法采用磁力搅拌、机械搅拌、超声分散中的一种或者几种；

将助悬剂0.005%-15%（重量比），和余量分散介质分散混合均匀，混合成助悬剂溶液，分散方法采用磁力搅拌、机械搅拌、超声分散中的一种或者几种；

将金刚石溶液、助悬剂溶液，搅拌混合成混合液；

对混合液进行均匀化处理，处理方法采用磁力搅拌、机械搅拌、超声震荡、高压喷射中的一种或者几种，得到所述亲水金刚石悬浮研磨抛光液。

优选的，所述亲水金刚石悬浮研磨抛光液的PH值为4-10。 

本发明提供的亲水金刚石悬浮研磨抛光液的悬浮稳定性，参照 ASTM D1309 以及涂料沉降值的测定方法，按照如下方法测定：取100ml量筒用纯化水洗净、烘干；在烘干的量筒内加入100ml配好的亲水金刚石悬浮研磨抛光液；静置720小时后，读取量筒上部清液的毫升数，即为沉降值。沉降值越大，说明悬浮性越差，沉降值越小，说明悬浮性越好。 

本发明所提供的亲水金刚石悬浮研磨抛光液从制备、储存到运输都可以在室温下进行，没有三废产生，可以保质18个月以上。金刚石粉末必需完全分散开，金刚石粉末粒度中位径为3nm-3μm的沉降值小于3，金刚石粉末粒度中位径为3μm-10μm的沉降值小于5，金刚石粉末粒度中位径为10μm-30μm的沉降值小于7，金刚石粉末粒度中位径为30μm-80μm的沉降值小于10。 

下面将通过实施例来更详细地描述本发明： 

实施例1：取粒度分布在2-4μm,D50为2.95μm±5%单晶金刚石粉末1.5克，十二烷基磺酸钠8克，聚乙二醇15克，用磁力搅拌器搅拌30分钟，超声波超声分散30分钟，混合成金刚石溶液。将聚丙烯酸2克，10克乙二醇和62.5克纯化水分散混合均匀，用磁力搅拌器搅拌30分钟、超声波超声分散30分钟，混合成助悬剂溶液。将金刚石溶液和助悬剂溶液用磁力搅拌器搅拌30分钟混合均匀后，用超声波超声分散30分钟。对混合液进行均匀化处理后加入1克1%碳酸氢钠溶液，调节pH值范围在6-7之间，高速搅拌器搅拌10分钟即可得到金刚石粉末含量1.5%的亲水金刚石悬浮研磨抛光液，对所得到的亲水金刚石悬浮研磨抛光液进行测试，沉降值为3，见表1。

实施例2：取粒度分布在2-4μm,D50为2.95μm±5%多晶金刚石粉末1.0克，十二烷基磺酸钠8克，乙二醇15克，用磁力搅拌器搅拌30分钟、超声波超声分散30分钟，混合成金刚石溶液。将聚丙烯酸2克，10克乙二醇和63.0克纯化水分散混合均匀，用磁力搅拌器搅拌30分钟、超声波超声分散30分钟，混合成助悬剂溶液。将金刚石溶液和助悬剂溶液，用磁力搅拌器搅拌30分钟混合均匀后，用超声波超声分散30分钟。对混合液进行均匀化处理后加入1克1%碳酸氢钠溶液，调节pH值范围在6-7之间，高速搅拌器搅拌10分钟即可得到金刚石粉含量1.0%的亲水金刚石悬浮研磨抛光液，对所得到的亲水金刚石悬浮研磨抛光液进行测试，沉降值为3，见表1。 

实施例3：取粒度分布在0-10nm，D50为3-6nm纳米金刚石粉末0.5克，十二烷基磺酸钠8克，乙二醇20克，用磁力搅拌器搅拌30分钟、超声波超声分散30分钟，混合成金刚石溶液。将聚丙烯酸2克，5克丙二醇和63.5克纯化水分散混合均匀，用磁力搅拌器搅拌30分钟、超声波超声分散30分钟，混合成助悬剂溶液。将金刚石溶液、助悬剂溶液，用磁力搅拌器搅拌30分钟混合均匀后，用超声波超声分散30分钟。对混合液进行均匀化处理后加入1克1%碳酸氢钠溶液，调节pH值范围在6-7之间，高速搅拌器搅拌10分钟即可得到金刚石粉含量0.5%的亲水金刚石悬浮研磨抛光液，对所得到的亲水金刚石悬浮研磨抛光液进行测试，沉降值为1，见表1。 

实施例4：取粒度分布在20-40μm,D50为30μm±5%单晶金刚石粉末3克，十二烷基磺酸钠8克，聚乙二醇15克，用磁力搅拌器搅拌30分钟、超声波超声分散30分钟，混合成金刚石溶液。将聚丙烯酸2克，10克乙二醇和61.5克纯化水分散混合均匀，用磁力搅拌器搅拌30分钟、超声波超声分散30分钟，混合成助悬剂溶液。将金刚石溶液和助悬剂溶液，用磁力搅拌器搅拌30分钟混合均匀后，用超声波超声分散30分钟。对混合液进行均匀化处理后加入1克1%碳酸氢钠溶液，调节pH值范围在6-7之间，高速搅拌器搅拌10分钟即可得到金刚石粉含量3%的亲水金刚石悬浮研磨抛光液，对所得到的亲水金刚石悬浮研磨抛光液进行测试，沉降值为5，见表1。 

实施例5：取粒度分布在0-0.5μm，D50为0.25μm±5%单晶金刚石粉末0.5克，十二烷基磺酸钠6克，聚乙二醇17克，用磁力搅拌器搅拌30分钟、超声波超声分散30分钟，混合成金刚石溶液。将聚丙烯酸2克，10克乙二醇和63.5克纯化水分散混合均匀，用磁力搅拌器搅拌30分钟、超声波超声分散30分钟，混合成助悬剂溶液。将金刚石溶液和助悬剂溶液，用磁力搅拌器搅拌30分钟混合均匀后，用超声波超声分散30分钟。对混合液进行均匀化处理后加入1克1%碳酸氢钠溶液，调节pH值范围在6-7之间，高速搅拌器搅拌10分钟即可得到金刚石粉含量0.5%的亲水金刚石悬浮研磨抛光液，对所得到的亲水金刚石悬浮研磨抛光液进行测试，沉降值为2，见表1。 

实施例6：取粒度分布在0-2μm,D50为1.00μm±5%聚晶金刚石粉末1.5克，十二烷基磺酸钠8克，聚乙二醇15克，用磁力搅拌器搅拌30分钟、超声波超声分散30分钟，混合成金刚石溶液。将聚丙烯酸2克，聚乙烯醇2克，8克乙二醇和62.5克纯化水分散混合均匀，用磁力搅拌器搅拌30分钟、超声波超声分散30分钟，混合成助悬剂溶液。将金刚石溶液和助悬剂溶液，用磁力搅拌器搅拌30分钟混合均匀后，用超声波超声分散30分钟。对混合液进行均匀化处理后加入1克1%碳酸氢钠溶液，调节pH值范围在6-7之间，高速搅拌器搅拌10分钟即可得到金刚石粉含量1.5%的亲水金刚石悬浮研磨抛光液，对所得到的亲水金刚石悬浮研磨抛光液进行测试，沉降值为2，见表1。 

表1 

                                                     

由以上本发明提供的技术方案可见，本发明具有以下技术效果：

（1）本发明所提供的悬浮研磨抛光液长期保持稳定均匀状态、不会产生任何沉淀、层析和失效现象。（2）悬浮介质除了能起到悬浮载体的作用外，在研磨抛光的过程中还具有冷却、润滑和去屑的功效。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种亲水金刚石悬浮研磨抛光液，其特征在于：所述亲水金刚石悬浮研磨抛光液包括：金刚石粉末0.05%-15%（重量比），助悬剂0.005%-15%（重量比），表面活性剂0.005%-12%（重量比），摩擦改进剂0.05%-60%（重量比），酸碱度调节剂0.0005%-5%（重量比），余量为分散介质。

2.  根据权利要求1所述的亲水金刚石悬浮研磨抛光液，其特征在于：所述金刚石粉末是静态高压合成的单晶金刚石在负氧平衡的条件下炸药爆炸所产生的游离碳原子，在一定条件下形成纳米级的金刚石粉，利用炸药爆炸产生的高温以及动高压使石墨转化成聚晶金刚石中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的亲水金刚石悬浮研磨抛光液，其特征在于：所述金刚石粉末的粒径中位径为3nm-80μm。

4. 根据权利要求1所述的亲水金刚石悬浮研磨抛光液，其特征在于：所述金刚石粉末为立方氮化硼、碳化硅、碳化钛、刚玉、碳化硼、氧化铁、氧化铬、氧化铈、以及其他三元硬质材料中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的亲水金刚石悬浮研磨抛光液，其特征在于：所述助悬剂为沉淀白炭黑、气相白炭黑、有机膨润土及其衍生物、聚丙烯酸及其衍生物、聚乙烯醇中的一种或几种的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种亲水金刚石悬浮研磨抛光液，其特征在于：所述表面活性剂为硬脂酸、十二烷基磺酸钠、季铵化物、卵磷脂、脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦，聚山梨酯中的一种或几种的混合物。

7. 根据权利要求1所述的亲水金刚石悬浮研磨抛光液，其特征在于：所述摩擦改进剂为乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、硅油中的一种或几种的混合物。

8.根据权利要求1所述的一种亲水金刚石悬浮研磨抛光液，其特征在于：所述酸碱度调节剂为碳酸氢钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、三乙醇胺、盐酸、硫酸、醋酸、硝酸、硼酸中的一种或几种的混合物。

9.根据权利要求1所述的亲水金刚石悬浮研磨抛光液，其特征在于：所述分散介质是纯化水、一元醇、二元醇、多元醇、聚乙二醇、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮中的一种或几种的混合物。

10. 一种制备权利要求1-9任意一项所述的亲水金刚石悬浮研磨抛光液的方法，其特征在于：包括以下步骤：

将金刚石粉末0.05%-15%（重量比），表面活性剂0.005%-12%（重量比），摩擦改进剂0.05%-60%（重量比），分散混合均匀，混合成金刚石溶液，分散方法采用磁力搅拌、机械搅拌、超声分散中的一种或者几种；

将助悬剂0.005%-15%（重量比），和余量分散介质分散混合均匀，混合成助悬剂溶液，分散方法采用磁力搅拌、机械搅拌、超声分散中的一种或者几种；

将金刚石溶液、助悬剂溶液，搅拌混合成混合液；

对混合液进行均匀化处理，处理方法采用磁力搅拌、机械搅拌、超声震荡、高压喷射中的一种或者几种，得到所述亲水金刚石悬浮研磨抛光液。