CN104772693A - 一种用于加工超硬陶瓷的金刚石研磨垫及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于加工超硬陶瓷的金刚石研磨垫，所述研磨垫包括金刚石料层，所述金刚石料层包括方形磨块层和平铺层，且所述金刚石料层由以下原料按质量百分比制成，树脂粘结剂：25％～50％，金刚石：5％-20％，二硫化钼：1％-10％，硅灰石：20％-50％，气相二氧化硅：0.5％-5％。本发明提供的金刚石研磨垫在磨削力、磨削力的稳定性、切削力和研磨垫的使用寿命方面的性能均明显优于3M公司的45MIC研磨垫的性能。

Description

一种用于加工超硬陶瓷的金刚石研磨垫及其制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷加工器件研发领域，特别涉及一种用于加工超硬陶瓷的金刚石研磨垫及其制备方法。

背景技术

由于陶瓷本身材质具有强度高、硬度大、脆性大、耐磨损、抗剪切应力很高而抗拉伸应力极低等特性，使其加工起来困难，且加工成本高、效率低，加工质量不理想。而超硬陶瓷(一般为用于电子器件领域的氧化锆类陶瓷)比一般的陶瓷强度、硬度、脆性等性能更加突出，使其加工起来更加困难，且加工成本更高、效率更低，因此加工质量更不理想。随着经济发展对陶瓷性能提出更加高的需求，超硬陶瓷将会成为陶瓷发展的趋势，而开发效率更高、质量更加优越及成本更低的陶瓷加工材料近年来已经成为国内外研究开发的重点。传统的陶瓷材料加工技术主要以机械加工为主，通过对陶瓷材料进行车削、切削、磨削等，工艺简单，效率高，但因为陶瓷材料自身硬度大、脆性高等性能，机械加工难以满足产品对尺寸精度高和表面粗糙度低的要求。传统的机械加工工艺加工超硬陶瓷，更难满足对尺寸精度高和表面粗糙度低的要求。

迄今为止，只有美国3M公司研发出了用于加工陶瓷的45MIC金刚石研磨垫，但是3M公司的45MIC研磨垫加工超硬陶瓷产品的平整度差，产品表面品质不好，切削效率不高，并且制作成本高，价格昂贵，国内尚未有高效率、高质量以及低成本的超硬陶瓷的加工材料。

因此，设计一种结构精简，高效率、高质量以及低成本的超硬陶瓷材料的加工材料具有重要的意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种结构精简、成本低廉能够用于加工超硬陶瓷的金刚石研磨垫以及该研磨垫的制备工艺，具体技术方案如下。

因此，本发明提供一种用于加工超硬陶瓷的金刚石研磨垫，所述研磨垫包括金刚石料层，所述金刚石料层包括方形磨块层和平铺层，且所述金刚石料层由以下原料按质量百分比制成，树脂粘结剂：25％～50％，金刚石：5％-20％，二硫化钼：1％-10％，硅灰石：20％-50％，气相二氧化硅：0.5％-5％。

在一种具体的实施方式中，所述研磨垫的一侧至另一侧依次包括：方形磨块层、平铺层、无纺布层、PET膜层、双面附胶的PC板层。本发明中，所述双面附胶的PC板层上的双面胶厚度例如为180-270μm；所述PET膜层厚度为100-135μm，所述PC板层的本体厚度为800-870μm。优选地，所述无纺布层和PET膜层之间还含有粘结剂层。在一种具体的实施方式中，所述粘结剂层中粘结剂的原料组成为：纳米氧化铝15～30％、环氧类树脂35～50％、酸酐类固化剂30～35％、促进剂0.5～1％。本发明中，所述粘结剂层中的粘结剂中的各组分均可以通过商购获取。本发明中的粘接剂层的厚度可以由本领域技术人员根据实际情况选择。在现有技术中的金刚石研磨垫中都只含有无纺布层和PET膜层(本身是单面含胶的)，而在其中并不含有所述粘结剂层。本发明中通过粘结剂层的设置，使得本发明所述金刚石研磨垫的磨削力的稳定性以及产品使用寿命增加。

在一种具体的实施方式中，所述树脂粘结剂的重量组成为：环氧类树脂45～59％、酸酐类固化剂40～54％、促进剂0.5～1％。本发明中，所述树脂粘结剂中的各组分均可以通过商购获取。

在一种具体的实施方式中，所述金刚石平均粒径为50-120μm，所述硅灰石平均粒径为30-50μm，所述二硫化钼平均粒径为20-40μm，所述气相二氧化硅平均粒径为100-300nm。

在一种具体的实施方式中，所述方形磨块层为由n个结构相同且纵横间等间距排列的方形磨块构成的外径为500-1500mm、内径为200-500mm的圆环形结构，其中n为大于100的自然数。本发明中，所述方形磨块的任意外表面可以呈正方形或长方形。优选地，所述方形磨块的长和宽为1.5-2.5mm，高度为0.5-1.0mm，所述方形磨块纵横间间距为1.5-2.0mm。

本发明还提供一种如上所述的金刚石研磨垫的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，混料：将制备所述金刚石料层的原料混合均匀后填充到模具(例如为硅橡胶模具)中，然后将模具中填充好的金刚石料层原料表面摊平；

步骤二，真空除泡：对填充在模具中的金刚石料层进行真空除泡处理，并再次对金刚石料层表面摊平得到所述方形磨块层和平铺层的原型；

步骤三，预固化成型：将无纺布层的上表面与摊平后的平铺层表面粘合，使无纺布和金刚石料层完全渗透，再置于固化炉中进行预固化处理；预固化温度为70-100℃，预固化时间为0.5～10h；

步骤四，贴PET膜：将预固化后的无纺布表面均匀地刷涂一层粘结剂并粘贴PET膜；

步骤五，热压固化成型：将贴好的PET膜移至固化炉中进行热压固化；

步骤六，贴PC板：在得到的研磨垫PET膜层上贴上双面附胶的PC板，用滚筒压紧；

步骤七，裁剪成型。

本领域技术人员知晓的，步骤一中所述模具为与所述方形磨块层11对应的模具，模具上等间距排列有多个方形凹槽。本发明中，所述金刚石料层原料的混合是将各种粉体和液体按质量比一次性加入到料杯中，使用真空行星式搅拌机搅拌均匀，搅拌时间例如共为6～12min，其中，搅拌机转速为400rpm时2～4min，搅拌机转速为500rpm时2～4min，搅拌机转速为600rpm时2～4min。

本发明中，预固化成型的时间优选为1.5～2.5h。

在步骤五中，具体地，在贴好的PET膜上盖一层平整的压板送入固化炉中，固化完成后去除该压板。所述热压固化条件具体例如为：控制固化炉温度为100-110℃，保持恒温0.3-0.5h，升高固化炉温度至110-125℃，保持恒温0.3-0.5h，再次升高固化炉温度至130-140℃，保持恒温1.5-3.5h。或者所述热压固化的条件是：固化炉中温度在90～105℃，保持0.3～0.7h；110～120℃，保持0.3～0.7h；125～140℃，保持1.5～3h；固化完成后，自然冷却至室温，脱模(通过撕扯硅橡胶模具进行脱模)。

在步骤六中，先将脱模后的研磨垫的PET膜层用气动枪处理干净，再在PET膜层上粘贴双面附胶的PC板。

具体地，步骤七中，例如为使用吸塑模切机裁剪多余的PET膜、PC板部分，所述吸塑模切机刀模为外径500-1500mm、内径200-500mm的圆环形进口高碳钢刀模，通过裁剪获得圆环形结构的研磨垫，实用性强。

在现有技术的研磨垫制备方法中并不包括本发明中的预固化成型步骤，而是将无纺布层的上表面与摊平后的金刚石料层表面粘合，使无纺布和金刚石料层完全渗透，再在无纺布表面覆盖单面含胶的PET膜，而后进行热压固化成型步骤。本发明中通过预固化成型步骤的设置以及在无纺布层和(单面含胶的)PET膜层之间还设计粘结剂层，使得本发明所得金刚石研磨垫的磨削力、磨削力的稳定性以及切削力得到显著提升，且金刚石研磨垫产品的使用寿命大大延长。

优选地，所述真空除泡处理的真空值为-90～-100KPa，真空除泡处理时间为60-80min。

应用该本发明的技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明中使用的原料廉价、来源广，大大降低了研磨垫产品的生产成本；磨垫使用寿命长、磨削效率高，磨削精度高，磨削力稳定性好，产品表面品质好，良率高；

(2)本发明中的方形磨块有序排列，研磨垫的圆环形整体结构适用于多种形式的研磨，实用性强。

(3)本发明中方形磨块之间留有适当的孔隙，磨块尺寸大小一致，制得的方形磨块层的表面平整度高，保证了超硬陶瓷产品加工时的高精确性；孔隙有利于散热以及排屑，保证磨削品质以及磨削效率。

(4)本发明中无纺布层与PET膜层之间通过粘结剂层粘接，使各层间的粘接更加平整，保证超硬陶瓷产品加工时的精度。

(5)本发明中金刚石平均粒径为50-120μm，硅灰石平均粒径为30-50μm，二硫化钼平均粒径为20-40μm，气相二氧化硅平均粒径为100-300nm，根据各原料的物理属性，选择最适宜的产品型号、颗粒大小得到磨削效率高，磨削力稳定，性能良好的研磨垫。

(6)本发明的制备方法精简、操作简便、低成本，可以实现工业化生产。

(7)本发明中原料混合均匀，产品精度提高。

本发明中选择了合适的树脂粘结剂并结合热压法固化，尤其是增加了在热压固化之前的预固化步骤，热压固化后形成的三维网状结构有效地将金刚石磨料及其它辅料结合固定，金刚石料层各原料之间的协同作用充分体现，金刚石料层的机械性能增强，大大提高了研磨垫的耐磨性能，磨削力以及磨削稳定性，进一步提高了研磨垫的使用寿命。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它目的、特征和优点。下面将参照附图对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的研磨垫局部结构剖面图；

图2是本发明优选实施例的研磨垫整体结构示意图。

其中，1、金刚石料层，11、方形磨块层，12、平铺层；2、无纺布层；3、粘结剂层；4、PET膜层；5、双面附胶的PC板层，51、双面胶层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种用于加工超硬陶瓷的金刚石研磨垫，所述研磨垫包括金刚石料层1，所述金刚石料层1包括方形磨块层11和平铺层12。从所述金刚石研磨垫的一侧至另一侧依次包括：方形磨块层11、平铺层12、无纺布层2、粘结剂层3、PET膜层4、双面附胶的PC板层5。图1中，51为双面附胶的PC板层上的双面胶层。所述金刚石料层由以下原料按质量百分比制成，树脂粘合剂35％，金刚石10％，硅灰石50％，二硫化钼3％，气相二氧化硅2％。

上述用于加工超硬陶瓷的金刚石研磨垫的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：混料：按质量百分比称取各原料，树脂粘合剂35％，金刚石10％，硅灰石50％，二硫化钼3％，气相二氧化硅2％，将称取的各原料一次性倒入料杯中，使用真空行星式搅拌机搅拌均匀，时间为12min，搅拌机转速为400rpm/4min，500rpm/4min，600rpm/4min。然后将模具中填充好的混合金刚石料层1原料表面摊平；

步骤二：真空除泡：对填充在模具中的金刚石料层进行真空除泡处理，其中真空值为-90～-100KPa，真空除泡处理时间为80min，并再次对金刚石料层表面进行摊平；

步骤三：预固化成型：将无纺布层的上表面与摊平后的金刚石料层表面粘合，保证无纺布和料层完全渗透，置于固化炉中进行预固化处理，预固化条件为80℃，保持2h；

步骤四：贴PET膜：将预固化后的无纺布表面均匀地刷涂一层粘结剂并粘贴PET膜，粘结剂组成为：纳米氧化铝20％，环氧类树脂44％、酸酐类固化剂35％、促进剂1％；

步骤五：热压固化成型：在贴好的PET膜上盖一层平整的压板，移至固化炉中进行固化，热压固化的条件是：在100℃，保持0.5h；120℃，保持0.5h；130℃，保持2h；固化完成后，自然冷却至室温，脱模；

步骤六：贴PC板：在步骤四得到的研磨垫PET膜层上贴上双面附胶的PC板，用滚筒压紧；

步骤七：使用吸塑模切机裁剪多余的PET膜、PC板部分，裁剪成型。

实施例1提供的用于加工超硬陶瓷的金刚石研磨垫与3M公司的45MIC研磨垫的应用情况比较详见表1。

表1

从表1中可以看出，本发明实施例1的用于加工超硬陶瓷的金刚石研磨垫与3M公司的45MIC研磨垫相比，磨削力、磨削力的稳定性以及切削力得到了显著提升，产品的使用寿命大大延长。

实施例2

实施例2中的金刚石研磨垫的结构与实施例1中相同，但制备金刚石料层的成份为：树脂粘合剂25％，金刚石20％，硅灰石40％，二硫化钼10％，气相二氧化硅5％。

实施例3

实施例3中的金刚石研磨垫的结构与实施例1中相同，但制备金刚石料层的成份为：树脂粘合剂50％，金刚石5％，硅灰石43.5％，二硫化钼1％，气相二氧化硅0.5％。

实施例4

实施例4中的金刚石研磨垫的结构与实施例1中相同，但制备金刚石料层的成份为：树脂粘合剂45％，金刚石20％，硅灰石20％，二硫化钼10％，气相二氧化硅5％。

实施例5

实施例5中的金刚石研磨垫的结构与实施例1中相同，但制备金刚石料层的成份为：树脂粘合剂30％，金刚石5％，硅灰石50％，二硫化钼10％，气相二氧化硅5％。

表2列出了实施例2～5中制备得到的金刚石研磨垫在磨削力、磨削力的稳定性、切削力和研磨垫的使用寿命方面的性能。

表2

从表2可见，实施例2～5中制备得到的金刚石研磨垫与实施例1中的金刚石研磨垫在磨削力、磨削力的稳定性、切削力和研磨垫的使用寿命方面的性能相当，均明显优于3M公司的45MIC研磨垫的性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于加工超硬陶瓷的金刚石研磨垫，所述研磨垫包括金刚石料层(1)，所述金刚石料层(1)包括方形磨块层(11)和平铺层(12)，且所述金刚石料层由以下原料按质量百分比制成，树脂粘结剂：25％～50％，金刚石：5％-20％，二硫化钼：1％-10％，硅灰石：20％-50％，气相二氧化硅：0.5％-5％。

2.根据权利要求1所述的金刚石研磨垫，其特征在于，所述研磨垫的一侧至另一侧依次包括：方形磨块层(11)、平铺层(12)、无纺布层(2)、PET膜层(4)、双面附胶的PC板层(5)。

3.根据权利要求2所述的金刚石研磨垫，其特征在于，所述无纺布层(2)和PET膜层(4)之间还含有粘结剂层(3)。

4.根据权利要求3所述的金刚石研磨垫，其特征在于，所述粘结剂层(3)中粘结剂的原料组成为：纳米氧化铝15～30％、环氧类树脂35～50％、酸酐类固化剂30～35％、促进剂0.5～1％。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的金刚石研磨垫，其特征在于，所述树脂粘结剂的重量组成为：环氧类树脂45～59％、酸酐类固化剂40～54％、促进剂0.5～1％。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的金刚石研磨垫，其特征在于，所述金刚石平均粒径为50-120μm，所述硅灰石平均粒径为30-50μm，所述二硫化钼平均粒径为20-40μm，所述气相二氧化硅平均粒径为100-300nm。

7.根据权利要求1～4中任意一项所述的金刚石研磨垫，其特征在于，所述方形磨块层(11)为由n个结构相同且纵横间等间距排列的方形磨块构成的外径为500-1500mm、内径为200-500mm的圆环形结构，其中n为大于100的自然数。

8.根据权利要求7所述的金刚石研磨垫，其特征在于，所述方形磨块的长和宽为1.5-2.5mm，高度为0.5-1.0mm，所述方形磨块纵横间间距为1.5-2.0mm。

9.一种如权利要求1～8中任意一项所述的金刚石研磨垫的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，混料：将制备所述金刚石料层的原料混合均匀后填充到模具中，然后将模具中填充好的金刚石料层原料表面摊平；

步骤二，真空除泡：对填充在模具中的金刚石料层进行真空除泡处理，并再次对金刚石料层表面摊平得到所述方形磨块层和平铺层的原型；

步骤三，预固化成型：将无纺布层的上表面与摊平后的平铺层表面粘合，使无纺布和金刚石料层完全渗透，再置于固化炉中进行预固化处理；预固化温度为70-100℃，预固化时间为0.5～10h；

步骤四，贴PET膜：将预固化后的无纺布表面均匀地刷涂一层粘结剂并粘贴PET膜；

步骤五，热压固化成型：将贴好的PET膜移至固化炉中进行热压固化；

步骤六，贴PC板：在得到的研磨垫PET膜层上贴上双面附胶的PC板，用滚筒压紧；

步骤七，裁剪成型。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述真空除泡处理的真空值为-90～-100KPa，真空除泡处理时间为60-80min。