CN106903617A - 一种用于宝石抛光的磨具及其制备方法 - Google Patents

一种用于宝石抛光的磨具及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于宝石抛光的磨具及其制备方法，该磨具包括研磨层，研磨层含有聚酚氧树脂和金属粉末，相对于100重量份的金属粉末，聚酚氧树脂的含量为10-100重量份。本发明的磨具中，研磨层具有适宜的硬度和韧性，抛光过程时磨料中的大颗粒可以部分嵌入研磨层中，从而避免大颗粒磨料在宝石表面形成深划痕。同时，聚酚氧树脂的粘结性能好，可以与金属粉末通过热压成型得到均匀致密的研磨片，避免了磨具缺陷造成的宝石损伤，提高了宝石表面的加工精度。

Description

一种用于宝石抛光的磨具及其制备方法
技术领域
本发明涉及磨具，具体地，涉及一种用于宝石抛光的磨具及其制备方法。
背景技术
宝石是指经过打磨和抛光后，可以达到珠宝要求的石料或矿物装嵌，如蓝宝石、红宝石和水晶等。天然的宝石一般用于传统的首饰和装饰品领域，而随着现代科技的发展，人工合成的宝石也得到广泛应用，例如人工合成的蓝宝石，也称蓝宝石玻璃，其主要成分为氧化铝，具有强度高、硬度高、耐高温、耐摩损、抗腐蚀能力强、光透性能、电绝缘性能优良等一系列特性，所以被用于制作光学元件、透红外线光学窗片等，并被广泛地应用于红外及远红外军用装备方面。
宝石抛光主要是指以化学和机械作用使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。是利用抛光工具、磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。宝石由于其硬度高且脆性大，机械加工困难，裂痕和崩边现象比例较高。在现有的加工过程中，常采用磨具表面外加游离磨料对宝石进行抛光，但由于外加磨料的颗粒大小不均匀，其中的大颗粒磨料容易对宝石表面造成深度划痕，另外现有磨具的表面常出现气孔、杂质等缺陷等造成宝石表面出现划痕，甚至是崩边现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于宝石抛光的磨具，该磨具可以解决现有技术中由于外加磨料的颗粒大小不均匀，其中的大颗粒磨料容易对宝石表面造成深度划痕的问题；同时可以解决现有磨具的表面常出现气孔、杂质等缺陷等造成宝石表面出现划痕或崩边的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于宝石抛光的磨具，包括研磨层，其特征在于：所述研磨层含有聚酚氧树脂和金属粉末，相对于100重量份的金属粉末，所述聚酚氧树脂的含量为10-100重量份。
本发明还提供上述用于宝石抛光的磨具的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将需要量的所述聚酚氧树脂用溶剂溶解得到聚酚氧树脂溶液；(2)将需要量的所述金属粉末加入所述聚酚氧树脂溶液中并分散均匀；(3)减压除去溶剂，得到固态混合物；(4)将所述固态混合物粉碎至粒径为100-500μm得到混合物颗粒；(5)将所述混合物颗粒置于成型模中热压成型得到研磨片；(6)将所述研磨片粘结于所述基板上。
本发明的磨具中，研磨层含有聚酚氧树脂和金属粉末，由于聚酚氧树脂具备优良的韧性，使得研磨层具有适宜的硬度和韧性，抛光过程时磨料中的大颗粒可以部分嵌入研磨层中，从而避免大颗粒磨料在宝石表面形成深划痕。同时，聚酚氧树脂的粘结性能好，可以与金属粉末通过热压成型得到均匀致密的研磨片，避免了磨具缺陷造成的宝石损伤，提高了宝石表面的加工精度。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种用于宝石抛光的磨具，包括研磨层，该研磨层含有聚酚氧树脂和金属粉末，相对于100重量份的金属粉末，聚酚氧树脂的含量可以为10-100重量份。聚酚氧树脂的韧性优异，使得该磨具的研磨层具有适宜的硬度和韧性，抛光过程中，外加的游离磨料在磨具的研磨层与待抛光的宝石之间，磨料的粒径通常不均匀，在本发明的磨具中，磨料中的大颗粒可以部分嵌入研磨层中，从而避免大颗粒磨料在宝石表面形成深划痕。同时，聚酚氧树脂的粘结性能好，可以与金属粉末通过热压成型得到均匀致密的研磨片，避免了磨具缺陷造成的宝石损伤。
其中，聚酚氧树脂的含义为本领域技术人员所熟知，是由双酚A和环氧氯丙烷缩聚制得，其结构如式I所示。
由于聚酚氧树脂的主链上存在苯环和次丙基，因此具有优良的机械强度和韧性。因主链中的大量羟基使得聚酚氧树脂与金属材料和非金属材料之间具有很好的粘结性。
其中，磨料的含义为本领域技术人员所熟知，例如可以包括金刚石、石英、碳化硅、氧化铝、氧化锆中的一种或几种，磨料可以是颗粒状的，也可以是颗粒磨料分散在有机或无机介质中的悬浊液或膏状制剂。
在根据本发明的用于宝石抛光的磨具中，为了进一步提高研磨层的韧性和成型质量，优选地，聚酚氧树脂的杨氏模量可以为2400-2800MPa，重均分子量可以为2万-10万。杨氏模量和重均分子量在上述范围内的聚酚氧树脂具有更好的韧性和机械强度，可以使磨具的研磨层具备适宜的韧性与硬度，从而降低抛光过程对宝石表面的损伤。
其中，杨氏模量的含义为本领域技术人员所熟知，是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。其定义为在胡克定律适用的范围内，单轴应力和单轴形变之间的比，可以衡量一个各向同性弹性体的刚度。
在根据本发明的用于宝石抛光的磨具中，金属粉末的粒径没有特别的要求，可以为本领域技术人员熟知的粒径范围，优选情况下，金属粉末的粒径可以为10-250μm。上述粒径范围的金属粉末可以在研磨层中分散得更均匀，有利于提高研磨层的成型质量。
在根据本发明的用于宝石抛光的磨具中，金属粉末的种类也没有特别的要求，可以为本领域技术人员所熟知的，例如，金属粉末优选为铜粉、锡粉和氧化铈粉中的一种或几种。金属粉末中，相应金属的含量也不做特别的要求，只要满足宝石研磨领域的一般要求即可。上述三种金属具有适宜的硬度和机械强度，可以使研磨层具备适宜的硬度和导热性能。
在根据本发明的用于宝石抛光的磨具中，为了进一步提高研磨层的导热效果，金属粉末优选为铜粉，其中铜粉的种类可以为本领域技术人员熟知的，例如可以选自雾化铜粉、电解铜粉、氧化铜粉和青铜粉中的一种或多种，铜粉的铜含量也没有特别的限制，只要满足宝石研磨抛光领域常规的要求即可，优选情况下，铜含量可以为80重量％以上。
在根据本发明的用于宝石抛光的磨具中，磨具还可以包括基板和粘结层，所述磨具还包括基板和粘结层，所述研磨层为通过所述粘结层与所述基板固定连接的一片或多片研磨片。本发明对基板的形状不做要求，可以为本领域技术人员所熟知的，优选情况下，基板可以为圆片状，研磨层可以为与基板直径相同的一片圆形研磨片，通过粘结层与基板固定连接。为了便于加工，研磨层还可以为均匀铺设的多片研磨片，其中每片研磨片都通过粘结层与基板固定连接，优选情况下，多片研磨片之间可以留有间隙，以便于抛光时磨料在研磨片表面均匀分布，提高抛光效果。
本发明还提供上述用于宝石抛光的磨具的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将需要量的聚酚氧树脂用溶剂溶解得到聚酚氧树脂溶液；(2)将需要量的金属粉末加入聚酚氧树脂溶液中并分散均匀；(3)减压除去溶剂，得到固态混合物；(4)将固态混合物粉碎至粒径为100-500μm得到混合物颗粒；(5)将混合物颗粒置于成型模中热压成型得到研磨片；(6)将研磨片粘结于基板上。
其中，溶解、分散和减压等操作均为本领域技术人员所熟知，本发明不做特别的要求，例如分散可以采取搅拌的方式，减压操作可以在真空烘箱中进行，优选情况下，真空烘箱的温度可以为50-80℃。
根据本发明，将固态混合物粉碎的方式也为本领域技术人员所熟知，例如可以通过粉碎机将固态混合物粉碎至粒径为100-500μm得到混合物颗粒。
根据本发明，可以通过本领域技术人员所熟知的方式将研磨片粘结于基板上，例如使用粘结剂。
在根据本发明的用于宝石抛光的磨具的制备方法中，溶剂种类没有特别的限制，只要满足可以溶解聚酚氧树脂即可，优选地，溶剂为选自四氢呋喃、二氧六环、苯、甲苯和正丁醇中的一种或几种。
根据本发明的用于宝石抛光的磨具的制备方法，上述热压成型可以在本领域技术人员所熟知的装置上进行，例如热压成型机或平板硫化仪。为了使研磨片的成型质量提高，优选情况下，热压成型的反应条件可以为：温度100℃-140℃，压力10-15MPa，热压时间0.5-1h。上述热压反应条件可以使聚酚氧树脂充分熔融，得到的研磨片致密均匀无气孔，有利于减少抛光程对宝石的损伤。
下面通过实施例进一步描述本发明，但是本发明不应因此而受到任何限制。在本发明的下述实施例中，聚酚氧树脂购自日本东都化成株式会社，其重均分子量采用凝胶渗透色谱分析仪(库伦科技有限公司，型号为Waters2414)进行测试。聚酚氧树脂的杨氏模量采用弯曲法在杨氏模量测定仪(北京恒奥德仪器仪表有限公司，型号为HA-XN-YM-III)上测定，其余化学试剂均为市售产品。
实施例1
本实施例用于说明本发明的磨具及其制备方法。本实施例中，聚酚氧树脂的重均分子量为2万，杨氏模量为2400MPa。
将100重量份的聚酚氧树脂用二氧六环溶解得到聚酚氧树脂溶液，向其中加入100重量份的粒径为30-50μm的锡粉并分散均匀，减压除去溶剂得到固态混合物，将固态混合物粉碎至粒径为100-500μm得到混合物颗粒，将混合物颗粒置于成型模中热压成型得到研磨片，最后将研磨片粘结于基板上得到本实施例的用于宝石抛光的磨具。热压成型的反应条件为：温度100℃，压力15MPa，热压时间1h。
实施例2
本实施例用于说明本发明的磨具及其制备方法。本实施例中，聚酚氧树脂的重均分子量为8万，杨氏模量为2800MPa。
将10重量份的聚酚氧树脂用甲苯溶解得到聚酚氧树脂溶液，向其中加入100重量份的粒径为10-20μm的氧化铈粉并分散均匀，减压除去溶剂得到固态混合物，将固态混合物粉碎至粒径为100-500μm得到混合物颗粒，将混合物颗粒置于成型模中热压成型得到研磨片，最后将研磨片粘结于基板上得到本实施例的用于宝石抛光的磨具。热压成型的反应条件为：温度140℃，压力10MPa，热压时间0.5h。
实施例3
本实施例用于说明本发明的磨具及其制备方法。本实施例中，聚酚氧树脂的重均分子量为6万，杨氏模量为2645MPa。
将30重量份的聚酚氧树脂用四氢呋喃溶解得到聚酚氧树脂溶液，向其中加入100重量份的粒径为38μm的雾化铜粉并分散均匀，减压除去溶剂得到固态混合物，将固态混合物粉碎至粒径为100-500μm得到混合物颗粒，将混合物颗粒置于成型模中热压成型得到研磨片，最后将研磨片粘结于基板上得到本实施例的用于宝石抛光的磨具。热压成型的反应条件为：温度120℃，压力12MPa，热压时间1h。
实施例4
本实施例用于说明本发明的磨具及其制备方法。本实施例中，聚酚氧树脂的重均分子量为5万，杨氏模量为2587MPa。
将50重量份的聚酚氧树脂用苯溶解得到聚酚氧树脂溶液，向其中加入100重量份的粒径为250μm的电解铜粉并分散均匀，减压除去溶剂得到固态混合物，将固态混合物粉碎至粒径为100-500μm得到混合物颗粒，将混合物颗粒置于成型模中热压成型得到研磨片，最后将研磨片粘结于基板上得到本实施例的用于宝石抛光的磨具。热压成型的反应条件为：温度130℃，压力14MPa，热压时间0.5h。
实施例5
本实施例用于说明本发明的磨具及其制备方法。本实施例中，聚酚氧树脂的重均分子量为6万，杨氏模量为2645MPa。
将85重量份的聚酚氧树脂用四氢呋喃溶解得到聚酚氧树脂溶液，向其中加入100重量份的粒径为74μm的青铜粉并分散均匀，减压除去溶剂得到固态混合物，将固态混合物粉碎至粒径为100-500μm得到混合物颗粒，将混合物颗粒置于成型模中热压成型得到研磨片，最后将研磨片粘结于基板上得到本实施例的用于宝石抛光的磨具。热压成型的反应条件为：温度125℃，压力12MPa，热压时间1h。
实施例6
本实施例用于说明本发明的磨具及其制备方法。本实施例中，聚酚氧树脂的重均分子量为6万，杨氏模量为2645MPa。
将72重量份的聚酚氧树脂用四氢呋喃溶解得到聚酚氧树脂溶液，向其中加入100重量份的粒径为150μm的氧化铜粉并分散均匀，减压除去溶剂得到固态混合物，将固态混合物粉碎至粒径为100-500μm得到混合物颗粒，将混合物颗粒置于成型模中热压成型得到研磨片，最后将研磨片粘结于基板上得到本实施例的用于宝石抛光的磨具。热压成型的反应条件为：温度135℃，压力11MPa，热压时间1h。
实施例7
本实施例用于说明本发明的磨具及其制备方法。
采用与实施例1相同的原料和制备方法，所不同的是，将锡粉替换为等重量的粒径为38μm的雾化铜粉，制备得到本实施例的用于宝石抛光的磨具。
对比例1
采用与实施例1相同的制备方法，所不同的是将聚酚氧树脂替换成等重量的酚醛树脂(重均分子量为8万，杨氏模量为3600MPa)，制备得到本对比例的用于宝石抛光的磨具。
对比例2
采用与实施例1相同的制备方法，所不同的是将聚酚氧树脂替换成等重量的环氧树脂(牌号台湾台塑E44，环氧当量220)，制备得到本对比例的用于宝石抛光的磨具。
测试实施例
将实施例1-7与对比例1中得到的磨具在相同工况(控制压力为0.12-0.15MPa，转速为60-70rpm，磨料为w2-3的金刚石)下对蓝宝石进行抛光实验，测试抛光后的宝石的表面粗糙度，数据结果列于表1中。
表1
表面粗糙度/nm
实施例1 43
实施例2 46
实施例3 35
实施例4 37
实施例5 32
实施例6 29
实施例7 34
对比例1 85
对比例2 82
根据表1的数据，由实施例1与对比例1-2的数据对比可以看出，采用本发明的用于宝石抛光的磨具对宝石进行抛光处理得到的宝石表面粗糙度较低，这是由于本发明的磨具中，研磨层含有聚酚氧树脂和金属粉末，由于聚酚氧树脂具备优良的韧性，使得研磨层具有适宜的硬度和韧性，避免了抛光时磨料中的大颗粒对宝石表面的损伤，提高了对宝石表面的加工精度。从实施例1与实施例7的数据对比可以看出，在本发明优选的金属粉末为铜粉的情况下，制备得到的磨具可以进一步提高加工宝石表面的加工精度。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于宝石抛光的磨具，包括研磨层，其特征在于：所述研磨层含有聚酚氧树脂和金属粉末，相对于100重量份的金属粉末，所述聚酚氧树脂的含量为10-100重量份。
2.根据权利要求1所述的用于宝石抛光的磨具，其特征在于，所述聚酚氧树脂的杨氏模量为2400-2800MPa。
3.根据权利要求1或2所述的用于宝石抛光的磨具，其特征在于，所述聚酚氧树脂的重均分子量为2万-10万。
4.根据权利要求1所述的用于宝石抛光的磨具，其特征在于，所述金属粉末的粒径为10-250μm。
5.根据权利要求1或4所述的用于宝石抛光的磨具，其特征在于，所述金属粉末为选自铜粉、锡粉和氧化铈粉中的一种或几种。
6.根据权利要求1、4或5中任意一项所述的用于宝石抛光的磨具，其特征在于，所述金属粉末为铜粉，所述铜粉为选自雾化铜粉、电解铜粉、氧化铜粉和青铜粉中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的用于宝石抛光的磨具，其特征在于，所述磨具还包括基板和粘结层，所述研磨层为通过所述粘结层与所述基板固定连接的一片或多片研磨片。
8.权利要求1-7中任意一项所述的磨具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将需要量的所述聚酚氧树脂用溶剂溶解得到聚酚氧树脂溶液；
(2)将需要量的所述金属粉末加入所述聚酚氧树脂溶液中并分散均匀；
(3)减压除去溶剂，得到固态混合物；
(4)将所述固态混合物粉碎至粒径为100-500μm得到混合物颗粒；
(5)将所述混合物颗粒置于成型模中热压成型得到研磨片；
(6)将所述研磨片粘结于所述基板上。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为选自四氢呋喃、二氧六环、苯、甲苯和正丁醇中的一种或几种。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述热压成型的反应条件为：温度100℃-140℃，压力10-15MPa，热压时间0.5-1h。
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