CN106002650A - 一种蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法，金属结合剂各原材料采用超细粒度粉末，对金刚石有着更好的把持力，可以提高砂轮寿命及切割速度；采用三维混料机预混+超声湿混的复合混料工艺，保证了砂轮的质量稳定性及砂轮切割性能的一致性；结合剂中添加一定量的碳化硼、二硼化钛，不参与烧结，切割过程中，能从结合剂中及时脱落，不仅提升了砂轮锋利性，提高了砂轮的稳定切割能力，实现了切割过程免修刀，同时由于这两种物质硬度较高，也起到了辅助切割的效果，提高了金刚石砂轮的切割能力；采用“复压”工艺，对热压烧结得到的砂轮毛坯进行了强化处理，提升了砂轮的密度、刚性以及强度，进一步保证了砂轮的机械性能。
Description
技术领域
本发明属于超硬材料技术领域，具体涉及一种蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法。
背景技术
随着智能手机、可拍照平板电脑、数码相机等电子产品对摄影质量要求的不断提升，镜头像素越来越高，目前800M像素、甚至1500M像素以上高端镜头已成为市场的主流。据估计，到2016年，800万以上像素智能手机出货量将达到7.5亿只，占智能手机整体出货量的比例将上升到70%以上。
蓝玻璃红外截止滤光片作为800M以上像素高端镜头模组的核心部件，位于摄像头中光学棱镜之后、CMOS传感器之前，能够通过“吸收”的方式，有效将入射光中的红外线滤除掉，避免红外光引起的靶面虚像和颜色失真，从而获得更好的成像效果。
蓝玻璃红外截止滤光片制备工艺复杂，玻璃因添加氧化钴等大量夹杂而呈现蓝色，同时使得玻璃具有吸收红外线的功能，但大量夹杂的存在也导致蓝玻璃红外截止滤光片非常脆，切割时极容易破碎，加之蓝玻璃红外截止滤光片厚度极薄，一般为0.21~0.3mm，精密切割难度非常大。上游厂商提供的蓝玻璃红外截止滤光片尺寸通常为35mm×50mm、75mm×75mm等较大规格，而镜头模组中应用的滤光片尺寸多为3mm×3mm、5mm×5mm等较小规格，因此应用时需要对蓝玻璃红外截止滤光片进行切割。蓝玻璃红外截止滤光片属精密光学元器件，对切割质量的要求非常苛刻：切割崩口≤25μm，玻璃不能出现掉角、裂纹等问题，同时为提高效率，要求切割速度较快。目前，国内外蓝玻璃切割用金属结合剂金刚石砂轮存在着切割崩口大、切割速度慢（≤4mm/s）、切割不稳定（易导致玻璃大崩口、掉角等）、砂轮质量稳定性差的问题，严重制约了蓝玻璃滤光片切割质量的提升。
目前，蓝玻璃切割用金属结合剂金刚石砂轮结合剂原材料粉末的粒度通常为50μm左右，粒度较粗，烧结后结合剂对超细金刚石（M5/10及更细）的把持能力弱，金刚石易脱落，大大降低了砂轮的切割能力及切割速度；砂轮制备过程中的混料工序多采用三维混料机混料，该工艺仅适合粒度较粗的原材料（各结合剂粉末、金刚石等）混合，对于细粒度粉料，由于颗粒间极易团聚、粉料流动性差，采用以上混料工艺难以混合均匀，进而导致砂轮组织不均匀、性能不稳定，砂轮切割时易产生大切割崩口，此外砂轮批次间质量也难以控制；金属结合剂金刚石砂轮具有寿命长的优点，但砂轮自锐性较差，加之蓝玻璃滤光片切割过程中，磨屑对结合剂的“磨蚀”能力低，因此砂轮更加不易自锐，砂轮使用过程中必须频繁修刀，既降低了切割效率，同时也增加了工人工作强度。为提高砂轮的自锐性，常用的方法为添加石墨等润滑性材料，如“金属结合剂金刚石超薄砂轮切割钕铁硼的可行性研究”（张元松等，《矿冶工程》，2013年1月，第33卷，19~21页），其研究表明：添加石墨可以起到疏松胎体的作用，在切割过程中，易于金刚石的出刃，排屑。但由于石墨为片状，不易均匀分散、易团聚，导致砂轮组织均匀性差、切割时存在块状脱落及断裂风险，此外石墨本身不具磨削能力，无法提高细粒度金刚石砂轮磨削性能，因此，不适合应用到金属结合剂蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮中。
发明内容
为克服现有技术不足，本发明的目的是提供一种蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例称取金属结合剂和金刚石，放入三维混料机中，进行预混料，预混料时间为0.5~1小时；随后将预混料取出，加入乙醇，之后置于超声波机中进行超声湿混，超声湿混时间为2~3小时，超声湿混后的混料置于真空烘箱内烘干；
（2）将步骤（1）得到的混合物投入模具型腔中，均匀摊料后，置于液压机工作台上，在压力为600MPa~700MPa下保压1~2s压制成型，得到砂轮生坯；
（3）将步骤（2）得到的砂轮生坯，置于石墨模具中，在热压烧结机中进行烧制，压力为42~46MPa，先将砂轮生坯预热至560~610℃，560~610℃下保温3~5min，然后冷却到室温，得到砂轮毛坯；
（4）将步骤（3）得到的砂轮毛坯置于液压机工作台上，在300MPa~400MPa、240℃~300℃下保持10~20s，之后取下砂轮毛坯，冷却到室温，得到复压后的砂轮毛坯；
（5）将步骤（4）得到的复压后的砂轮毛坯进行内外圆加工、研磨加工后，得到蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮成品。
优选的，所述金属结合剂和金刚石的重量比为92~96: 4~8。
优选的，所述金属结合剂由下述重量份数的原料组成：铜粉41~53份、锡粉15~20份、锌粉20~25份、氧化锌6~12份、氧化镁3~7份、碳化硼5~10份、二硼化钛10~20份。
优选的，所述铜粉的粒度为1~5μm、锡粉的粒度为1~5μm、锌粉的粒度为1~5μm、氧化锌的粒度为1~5μm、氧化镁的粒度为1~5μm、碳化硼的粒度为1~5μm、二硼化钛的粒度为1~5μm。
优选的，所述步骤（3）中砂轮生坯预热时的升温速率为20~30℃/min。
优选的，所述步骤（1）中乙醇的加入重量为金属结合剂和金刚石总重量的3~4倍。
优选的，所述金刚石粒度为M5/10或M4/8。
本发明产生的有益效果是：（1）常规结合剂的原材料粉末粒度为50μm左右，粒度较粗，烧结后结合剂对超细金刚石（M5/10及更细）的把持能力弱，金刚石易脱落，大大降低了砂轮的切割能力及切割速度。本发明中金属结合剂各原材料采用超细粒度粉末（1~5μm），粉末比表面积更大，对金刚石的包裹作用更强，因此本发明结合剂对金刚石有着更好的把持力，可以提高砂轮寿命及切割速度。同时细粒度粉末有着更高的表面活性，更容易烧结，可以降低烧结温度，节能减排。（2）本发明混料工艺为三维混料机预混+超声湿混的复合混料工艺。粉料在三维混料机中预混后采用超声湿混（湿混溶剂为酒精），通过超声使粉料产生强烈的震荡、翻滚，保证了超细粒度粉料混合均匀，提升了砂轮的组织均匀性，进而保证了砂轮的质量稳定性及砂轮切割性能的一致性。（3）砂轮结合剂中添加一定量的碳化硼、二硼化钛，不参与烧结，切割过程中，能从结合剂中及时脱落，不仅提升了砂轮锋利性，提高了砂轮的稳定切割能力，实现了切割过程免修刀，同时由于这两种物质硬度较高，也起到了辅助切割的效果，提高了金刚石砂轮的切割能力。（4）采用“复压”工艺，对热压烧结得到的砂轮毛坯进行了强化处理，提升了砂轮的密度、刚性以及强度，进一步保证了砂轮的机械性能。
本发明提供的砂轮可以满足蓝玻璃红外截止滤光片对切割崩口的要求，切割速度可以提高至6mm/s，砂轮质量以及切割质量稳定，此外，实现了切割过程免修刀，提升了切割效率，砂轮寿命可以达到600m以上，使用寿命长。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
一种蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例称取金属结合剂和金刚石，放入三维混料机中，进行预混料，混料时间为0.5小时；随后将预混料取出，加入无水乙醇，之后置于超声波机中进行超声湿混，超声湿混时间为2小时（每次超声20分钟后暂停5分钟，共超声6次），超声湿混后的混料置于真空烘箱内烘干；
（2）将步骤（1）得到的混合物投入模具型腔中，均匀摊料后，置于液压机工作台上，在压力为600MPa下保压2s压制成型，得到砂轮生坯；
（3）将步骤（2）得到的砂轮生坯，置于石墨模具中，在热压烧结机中进行烧制，压力为46MPa，先将砂轮生坯预热至610℃（预热时的升温速率为30℃/min），610℃下保温3min，然后冷却到室温，得到砂轮毛坯；
（4）将步骤（3）得到的砂轮毛坯置于液压机工作台上，在300MPa、260℃下保持20s，之后取下砂轮毛坯，冷却到室温，得到复压后的砂轮毛坯；
（5）将步骤（4）得到的复压后的砂轮毛坯进行内外圆加工、研磨加工后，得到蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮成品。
所述金属结合剂和金刚石的重量比为92: 8。
所述金属结合剂由下述重量份数的原料组成：铜粉41份、锡粉20份、锌粉25份、氧化锌6份、氧化镁7份、碳化硼10份、二硼化钛20份。
所述铜粉的粒度为1~5μm、锡粉的粒度为1~5μm、锌粉的粒度为1~5μm、氧化锌的粒度为1~5μm、氧化镁的粒度为1~5μm、碳化硼的粒度为1~5μm、二硼化钛的粒度为1~5μm。
所述步骤（1）中无水乙醇的加入重量为金属结合剂和金刚石总重量的4倍。
所述金刚石粒度为M5/10。
使用本实施例中制备的的砂轮切割蓝玻璃红外截止滤光片，完全满足切割质量要求，最大切割崩口为19μm，切割速度可达8mm/s，砂轮切割长度770m，使用寿命长，砂轮质量及切割质量稳定。
实施例2
一种蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例称取金属结合剂和金刚石，放入三维混料机中，进行预混料，混料时间为1小时；随后将预混料取出，加入无水乙醇，之后置于超声波机中进行超声湿混，超声湿混时间为3小时（每次超声20分钟后暂停5分钟，共超声9次），超声湿混后的混料置于真空烘箱内烘干；
（2）将步骤（1）得到的混合物投入模具型腔中，均匀摊料后，置于液压机工作台上，在压力为700MPa下保压2s压制成型，得到砂轮生坯；
（3）将步骤（2）得到的砂轮生坯，置于石墨模具中，在热压烧结机中进行烧制，压力为42MPa，先将砂轮生坯预热至560℃（预热时的升温速率为20℃/min），560℃下保温4min，然后冷却到室温，得到砂轮毛坯；
（4）将步骤（3）得到的砂轮毛坯置于液压机工作台上，在400MPa、240℃下保持18s，之后取下砂轮毛坯，冷却到室温，得到复压后的砂轮毛坯；
（5）将步骤（4）得到的复压后的砂轮毛坯进行内外圆加工、研磨加工后，得到蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮成品。
所述金属结合剂和金刚石的重量比为96: 4。
所述金属结合剂由下述重量份数的原料组成：铜粉53份、锡粉15份、锌粉20份、氧化锌12份、氧化镁3份、碳化硼5份、二硼化钛10份。
所述铜粉的粒度为1~5μm、锡粉的粒度为1~5μm、锌粉的粒度为1~5μm、氧化锌的粒度为1~5μm、氧化镁的粒度为1~5μm、碳化硼的粒度为1~5μm、二硼化钛的粒度为1~5μm。
所述步骤（1）中无水乙醇的加入重量为金属结合剂和金刚石总重量的3倍。
所述金刚石粒度为M4/8。
使用本实施例中制备的砂轮切割蓝玻璃红外截止滤光片，完全满足切割质量要求，最大切割崩口为14μm，切割速度可达6mm/s，砂轮切割长度690m，使用寿命长，砂轮质量及切割质量稳定。
实施例3
一种蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例称取金属结合剂和金刚石，放入三维混料机中，进行预混料，混料时间为0.75小时；随后将预混料取出，加入无水乙醇，之后置于超声波机中进行超声湿混，超声湿混时间为140分钟（每次超声20分钟后暂停5分钟，共超声7次），超声湿混后的混料置于真空烘箱内烘干；
（2）将步骤（1）得到的混合物投入模具型腔中，均匀摊料后，置于液压机工作台上，在压力为650MPa下保压1s压制成型，得到砂轮生坯；
（3）将步骤（2）得到的砂轮生坯，置于石墨模具中，在热压烧结机中进行烧制，压力为44MPa，先将砂轮生坯预热至590℃（预热时的升温速率为25℃/min），590℃下保温5min，然后冷却到室温，得到砂轮毛坯；
（4）将步骤（3）得到的砂轮毛坯置于液压机工作台上，在360MPa、300℃下保持10s，之后取下砂轮毛坯，冷却到室温，得到复压后的砂轮毛坯；
（5）将步骤（4）得到的复压后的砂轮毛坯进行内外圆加工、研磨加工后，得到蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮成品。
所述金属结合剂和金刚石的重量比为95: 5。
所述金属结合剂由下述重量份数的原料组成：铜粉50份、锡粉15份、锌粉24份、氧化锌10份、氧化镁4份、碳化硼6份、二硼化钛19份。
所述铜粉的粒度为1~5μm、锡粉的粒度为1~5μm、锌粉的粒度为1~5μm、氧化锌的粒度为1~5μm、氧化镁的粒度为1~5μm、碳化硼的粒度为1~5μm、二硼化钛的粒度为1~5μm。
所述步骤（1）中无水乙醇的加入重量为金属结合剂和金刚石总重量的3倍。
所述金刚石粒度为M4/8。
使用本实施例中制备的砂轮切割蓝玻璃红外截止滤光片，完全满足切割质量要求，最大切割崩口为16μm，切割速度可达6mm/s，砂轮切割长度750m，使用寿命长，砂轮质量及切割质量稳定。
实施例4
一种蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例称取金属结合剂和金刚石，放入三维混料机中，进行预混料，混料时间为0.5小时；随后将预混料取出，加入无水乙醇，之后置于超声波机中进行超声湿混，超声湿混时间为160分钟（每次超声20分钟后暂停5分钟，共超声8次），超声湿混后的混料置于真空烘箱内烘干；
（2）将步骤（1）得到的混合物投入模具型腔中，均匀摊料后，置于液压机工作台上，在压力为680MPa下保压1.5s压制成型，得到砂轮生坯；
（3）将步骤（2）得到的砂轮生坯，置于石墨模具中，在热压烧结机中进行烧制，压力为45MPa，先将砂轮生坯预热至600℃（预热时的升温速率为23℃/min），600℃下保温5min，然后冷却到室温，得到砂轮毛坯；
（4）将步骤（3）得到的砂轮毛坯置于液压机工作台上，在380MPa、280℃下保持15s，之后取下砂轮毛坯，冷却到室温，得到复压后的砂轮毛坯；
（5）将步骤（4）得到的复压后的砂轮毛坯进行内外圆加工、研磨加工后，得到蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮成品。
所述金属结合剂和金刚石的重量比为93: 7。
所述金属结合剂由下述重量份数的原料组成：铜粉50份、锡粉15份、锌粉24份、氧化锌10份、氧化镁4份、碳化硼6份、二硼化钛19份。
所述铜粉的粒度为1~5μm、锡粉的粒度为1~5μm、锌粉的粒度为1~5μm、氧化锌的粒度为1~5μm、氧化镁的粒度为1~5μm、碳化硼的粒度为1~5μm、二硼化钛的粒度为1~5μm。
所述步骤（1）中无水乙醇的加入重量为金属结合剂和金刚石总重量的3倍。
所述金刚石粒度为M5/10或M4/8。
使用本实施例中制备的砂轮切割蓝玻璃红外截止滤光片，完全满足切割质量要求，最大切割崩口为21μm，切割速度最快可达8mm/s，砂轮切割长度810m，使用寿命长，砂轮质量及切割质量稳定。
Claims (7)
1.一种蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按比例称取金属结合剂和金刚石，进行预混料，预混料时间为0.5~1小时，随后取出，加入乙醇，之后进行超声湿混，超声湿混时间为2~3小时，超声湿混后烘干；
（2）将步骤（1）得到的混合物投入模具型腔中，均匀摊料后，置于液压机工作台上，在压力为600MPa~700MPa下保压1~2s压制成型，得到砂轮生坯；
（3）将步骤（2）得到的砂轮生坯，置于石墨模具中，在热压烧结机中进行烧制，压力为42~46MPa，先将砂轮生坯预热至560~610℃，560~610℃下保温3~5min，然后冷却到室温，得到砂轮毛坯；
（4）将步骤（3）得到的砂轮毛坯置于液压机工作台上，在300MPa~400MPa、240℃~300℃下保持10~20s，之后取下砂轮毛坯，冷却到室温，得到复压后的砂轮毛坯；
（5）将步骤（4）得到的复压后的砂轮毛坯进行内外圆加工、研磨加工后，得到蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮成品。
2.如权利要求1所述蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法，其特征在于，所述金属结合剂和金刚石的重量比为92~96: 4~8。
3.如权利要求1所述蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法，其特征在于，所述金属结合剂由下述重量份数的原料组成：铜粉41~53份、锡粉15~20份、锌粉20~25份、氧化锌6~12份、氧化镁3~7份、碳化硼5~10份、二硼化钛10~20份。
4.如权利要求3所述蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法，其特征在于，所述铜粉的粒度为1~5μm、锡粉的粒度为1~5μm、锌粉的粒度为1~5μm、氧化锌的粒度为1~5μm、氧化镁的粒度为1~5μm、碳化硼的粒度为1~5μm、二硼化钛的粒度为1~5μm。
5.如权利要求1所述蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中砂轮生坯预热时的升温速率为20~30℃/min。
6.如权利要求1所述蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中乙醇的加入量为金属结合剂和金刚石总重量的3~4倍。
7.如权利要求1所述蓝玻璃红外截止滤光片切割砂轮的制备方法，其特征在于，所述金刚石粒度为M5/10或M4/8。
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