CN105400491A - 研磨液用磨料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种研磨液用磨料及其制备方法，属于精密超精密研磨加工技术领域。该磨料由以下质量份数的原料制成：金刚石磨料0.5～3份，改性剂A？0.5～5份，纳米材料0.5～5份，改性剂B？1～10份，分散介质77～97.5份；所述改性剂A为异构醇与环氧乙烷缩合物、脂肪酸与环氧乙烷缩合物、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或多种；所述纳米材料为纳米级氧化硅、氧化铝、氧化铈中的一种或多种；所述改性剂B为聚乙二醇脂肪酸酯、蓖麻油/氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物中的一种或两种。研磨加工过程中，磨料中的粗粒度与细粒度颗粒能同时发挥磨削作用，提高研磨液的加工效率；另外还可避免常规金刚石磨料因吸附架桥效应而造成的工件表面划伤问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种研磨加工用磨料，同时还涉及该磨料的制备方法，属于精密超精密研磨加工技术领域。
背景技术
目前，在选用微米级金刚石制备研磨液时，金刚石磨料容易产生吸附架桥效应的问题，即金刚石磨料颗粒之间形成一种软团聚的聚合体。其原因一是在选用的特定粒度的金刚石磨料组成中，细颗粒磨料尺寸与粗颗粒磨料尺寸相差较大，这为细颗粒磨料进入粗颗粒磨料之间的缝隙提供了便利的通道；原因二是在金刚石磨料颗粒本身之间存在静电引力及范德华力作用，这些作用力共同导致细粒度的磨料在粗粒度磨料之间的缝隙填充，最终形成吸附架桥效应问题。
金刚石磨料吸附架桥后不仅会造成研磨液中相当数量的细颗粒不能参与有效研磨，研磨加工效率降低，而且还容易对工件表面造成轻微划伤。为提高研磨液的加工效率和工件表面加工质量，针对金刚石磨料吸附架桥效应问题提出一种新的解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种研磨液用磨料，以解决常规金刚石磨料在研磨液中产生吸附架桥效应的问题。
同时，本发明还提供一种上述磨料的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
研磨液用磨料，由以下质量份数的原料制成：金刚石磨料0.5～3份，改性剂A0.5～5份，纳米材料0.5～5份，改性剂B1～10份，分散介质77～97.5份；所述改性剂A为异构醇与环氧乙烷缩合物、脂肪酸与环氧乙烷缩合物、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或多种；所述纳米材料为纳米级氧化硅、氧化铝、氧化铈中的一种或多种；所述改性剂B为聚乙二醇脂肪酸酯、蓖麻油/氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物中的一种或两种。
所述金刚石磨料的粒度为M0/0.25～M30/40，纯度99.5％以上。
所述异构醇与环氧乙烷缩合物又称异构醇醚，可采用市售商品，优选E-1300系列，如E-1303、E-1306、E-1310等，优级品。
所述脂肪酸与环氧乙烷缩合物又称脂肪酸聚氧乙烯酯，可采用市售商品，优选SG系列，如SG-40、SG-50、SG-100等，优级品。
所述聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯又称聚山梨酯，可采用市售商品，优选吐温系列，如T-20、T-40、T-60等，优级品。
所述纳米材料的粒度为10～100nm，纯度99％以上。
所述聚乙二醇脂肪酸酯可采用市售商品，优选聚乙二醇400单硬脂酸酯(PEG400MS)、聚乙二醇400双硬脂酸酯(PEG400DS)、聚乙二醇6000双硬脂酸酯(PEG6000DS)等，优级品。
所述蓖麻油/氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物又称蓖麻油聚氧乙烯醇，可采用市售商品，如EL、HEL系列，优选EL系列，如EL-30、EL-40、EL-80等，优级品。
所述分散介质为水，如去离子水等。
研磨液用磨料的制备方法，包括以下步骤：先将改性剂A加入金刚石磨料中，混匀，再将其加入分散介质中，超声分散得混合物A备用；将改性剂B加入纳米材料中，超声分散得混合物B备用；将混合物B加入到混合物A中，超声分散即得。
所述超声分散的工艺参数为：功率500～1500W，频率40KHz，时间为10～30min。超声分散结合搅拌操作的分散效果更佳。
本发明的有益效果：
本发明采用表面改性的方法，使得两种不同类型的固体颗粒(纳米材料、金刚石磨料颗粒)之间产生强烈的物理吸附，实现金刚石-纳米氧化物颗粒-金刚石的间接接触形式，避免常规金刚石磨料因直接接触而产生吸附架桥效应的问题，提高研磨液的加工效率，改善工件表面加工质量。
附图说明
图1为试验例中实施例1及对比例制备研磨液中金刚石磨料吸附架桥效应对比。
具体实施方式
下述实施例仅对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
本实施例中的研磨液用磨料，由以下质量份数的原料制成：常规金刚石磨料(粒度M0.5/1，纯度99.5％以上)0.5份，E-1303(优级品)0.5份，纳米氧化硅微粉(粒度10～100nm，纯度99％以上)0.5份，PEG400MS(优级品)1份，水97.5份；制备方法包括以下步骤：
1)按照质量份数准确各原料，将PEG400MS加入纳米氧化硅微粉中，搅拌并超声分散20min，超声功率500W，频率40KHz，至氧化硅表面充分润湿，得混合物B备用；
2)先将E-1303加入常规金刚石磨料中，混匀，再将其加入水中，超声分散(功率、频率同上)10min，得混合物A备用；
3)将混合物B加入混合物A中，搅拌并超声分散(功率、频率同上)15min，即得。
实施例2
本实施例中的研磨液用磨料，由以下质量份数的原料制成：常规金刚石磨料(粒度M1/1.5，纯度99.5％以上)1份，SG-40(优级品)3份，纳米氧化铝微粉(粒度10～100nm，纯度99％以上)1.5份，PEG400DS(优级品)1份，EL-30(优级品)1份，水92.5份；制备方法包括以下步骤：
1)按照质量份数准确各原料，将PEG400DS、EL-30加入纳米氧化铝微粉中，搅拌并超声分散25min，超声功率600W，频率40KHz，至氧化铝表面充分润湿，得混合物B备用；
2)将SG-40加入常规金刚石磨料中，混匀，再将其加入水中，超声分散(功率、频率同上)15min，得混合物A备用；
3)将混合物B加入混合物A中，搅拌并超声分散(功率、频率同上)20min，即得。
实施例3
本实施例中的研磨液用磨料，由以下质量份数的原料制成：常规金刚石磨料(粒度M2/4，纯度99.5％以上)1.5份，T-20(优级品)4份，纳米氧化硅微粉(粒度10～100nm，纯度99％以上)2份，PEG6000DS(优级品)2份，EL-80(优级品)3份，去离子水87.5份；制备方法包括以下步骤：
1)按照质量份数准确各原料，将PEG6000DS、EL-80加入纳米氧化硅微粉中，搅拌并超声分散25min，超声功率800W，频率40KHz，至氧化硅表面充分润湿，得混合物B备用；
2)将T-20加入常规金刚石磨料中，混匀，再将其加入去离子水中，超声分散(功率、频率同上)15min，得混合物A备用；
3)将混合物B加入混合物A中，搅拌并超声分散(功率、频率同上)25min，即得。
实施例4
本实施例中的研磨液用磨料，由以下质量份数的原料制成：常规金刚石磨料(粒度M4/8，纯度99.5％以上)2份，SG-100(优级品)5份，纳米氧化硅微粉(粒度10～100nm，纯度99％以上)2.5份，纳米氧化铝微粉(粒度10～100nm，纯度99％以上)2.5份，EL-40(优级品)7份，去离子水81份；制备方法包括以下步骤：
1)按照质量份数准确各原料，将EL-40加入纳米氧化硅、氧化铝微粉中，搅拌并超声分散25min，超声功率1200W，频率40KHz，至氧化硅、氧化铝表面充分润湿，得混合物B备用；
2)将SG-100加入常规金刚石磨料中，混匀，再将其加入去离子水中，超声分散(功率、频率同上)15min，得混合物A备用；
3)将混合物B加入混合物A中，搅拌并超声分散(功率、频率同上)30min，即得。
实施例5
本实施例中的研磨液用磨料，由以下质量份数的原料制成：常规金刚石磨料(粒度M10/20，纯度99.5％以上)2份，T-40(优级品)5份，纳米氧化硅微粉(粒度10～100nm，纯度99％以上)2.5份，纳米氧化铈微粉(粒度10～100nm，纯度99％以上)2.5份，PEG400DS(优级品)5份，EL-80(优级品)5份，水78份；制备方法包括以下步骤：
1)按照质量份数准确各原料，将PEG400DS、EL-80加入纳米氧化硅、氧化铈微粉中，搅拌并超声分散30min，超声功率1500W，频率40KHz，至氧化硅、氧化铈表面充分润湿，得混合物B备用；
2)将T-40加入常规金刚石磨料中，混匀，再将其加入水中，超声分散(功率、频率同上)10min，得混合物A备用；
3)将混合物B加入混合物A中，搅拌并超声分散(功率、频率同上)30min，即得。
实施例6
本实施例中的研磨液用磨料，由以下质量份数的原料制成：常规金刚石磨料(粒度M20/30，纯度99.5％以上)3份，E-1306(优级品)5份，纳米氧化铝微粉(粒度10～100nm，纯度99％以上)5份，PEG400MS(优级品)5份，EL-30(优级品)5份，去离子水77份；制备方法包括以下步骤：
1)按照质量份数准确各原料，将PEG400MS、EL-30加入纳米氧化铝微粉中，搅拌并超声分散30min，超声功率600W，频率40KHz，至氧化铝表面充分润湿，得混合物B备用；
2)将E-1306加入常规金刚石磨料中，混匀，再将其加入去离子水中，超声分散(功率、频率同上)15min，得混合物A备用；
3)将混合物B加入混合物A中，搅拌并超声分散(功率、频率同上)30min，即得。
实施例7
本实施例中的研磨液用磨料由以下质量份数的原料制成：常规金刚石磨料(粒度M22/36，纯度99.5％以上)3份，T-60(优级品)5份，纳米氧化硅微粉(粒度10～100nm，纯度99％以上)5份，EL-30(优级品)10份，水77份；制备方法包括以下步骤：
1)按照质量份数准确各原料，将EL-30加入纳米氧化硅微粉中，搅拌并超声分散30min，超声功率500W，频率40KHz，至氧化硅表面充分润湿，得混合物B备用；
2)将T-60加入常规金刚石磨料中，混匀，再将其加入水中，超声分散(功率、频率同上)15min，得混合物A备用；
3)将混合物B加入混合物A中，搅拌并超声分散(功率、频率同上)20min，即得。
对比例
将0.5质量份常规金刚石磨料(粒度M0.5/1，纯度99.5％以上)加入0.5质量份烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)，超声分散10min，超声功率500W，频率40KHz，得混合物A备用；将混合物A加入乙二醇(1.5质量份)与水(97.5质量份)的混合液中，继续超声分散(功率、频率同上)20min，即得。
试验例
取实施例1及对比例制备的金刚石磨料，检测磨料颗粒间的吸附架桥效应，结果见图1，图中A代表对比例制备的磨料，结果显示磨料颗粒已团聚，产生了吸附架桥效应问题；图中B代表实施例1所制备的磨料，从图中可以看出磨料呈单颗粒分散状态，无吸附架桥效应问题。
Claims (8)
1.磨料，其特征在于：由以下质量份数的原料制成：金刚石磨料0.5～3份，改性剂A0.5～5份，纳米材料0.5～5份，改性剂B1～10份，分散介质77～97.5份；所述改性剂A为异构醇与环氧乙烷缩合物、脂肪酸与环氧乙烷缩合物、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或多种；所述纳米材料为纳米级氧化硅、氧化铝、氧化铈中的一种或多种；所述改性剂B为聚乙二醇脂肪酸酯、蓖麻油/氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的磨料，其特征在于：所述金刚石磨料的粒度为M0/0.25～M30/40。
3.根据权利要求1所述的磨料，其特征在于：所述异构醇与环氧乙烷缩合物选自E-1300系列中任一种。
4.根据权利要求1所述的磨料，其特征在于：所述脂肪酸与环氧乙烷缩合物选自SG系列中任一种。
5.根据权利要求1所述的磨料，其特征在于：所述蓖麻油/氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物选自EL、HEL系列中任一种。
6.根据权利要求1所述的磨料，其特征在于：所述分散介质为水。
7.如权利要求1～6中任一项所述磨料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将改性剂A加入金刚石磨料中，混匀，再将其加入分散介质中，超声分散得混合物A备用；将改性剂B加入纳米材料中，超声分散得混合物B备用；将混合物B加入到混合物A中，超声分散即得。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述超声分散的工艺参数为：功率500～1500W，频率40KHz，时间为10～30min。
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