CN109534750B - 一种金刚石团粒及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金刚石团粒及其制备方法和应用。该金刚石团粒，由以下质量百分比的原料经混料、造粒、干燥制成：单晶金刚石粉体15‑35％，水泥25‑35％，减水剂0.5‑5％，水25‑45％。本发明提供的金刚石团粒，选用水泥作为结合剂，后期造粒完成后，经干燥即可制备得到满足使用要求的团粒磨料；制备过程中不需要高温烧结，避免了烧结过程中的颗粒结块以及对结块进行破碎造成的磨料强度下降，所得磨料粒度可控，外观一致性好，强度高，生产成本低。

Description

一种金刚石团粒及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于金刚石磨料领域，具体涉及一种金刚石团粒及其制备方法和应用。

背景技术

磨料在磨具生产中占有非常重要的比重，在磨削加工过程中，磨料直接影响摩擦力、磨削效率、加工工件表面光洁度等性能。磨料的主要品种包括刚玉、碳化物、立方氮化硼及人造金刚石等。

人造金刚石磨料由于具有高硬度，高耐磨性，以及较低的制造成本等特点，在工业加工中的比重越来越大。人造金刚石磨料根据晶体结构可分为单晶金刚石、多晶金刚石。单晶金刚石磨料硬度高、耐磨性好，广泛用于研磨抛光硬质合金、陶瓷、宝石等高硬度材料；多晶金刚石磨料采用定向爆破法制备而成，其自锐性好、磨削率高，加工工件具有较好的表面光洁度。

目前多晶金刚石的制备方法，主要是采用定向爆破法，由于工艺限制，该方法所得多晶金刚石的粒度较小，且产能不大，所以产生了其它方法制备出类似于多晶金刚石特性的磨料颗粒来代替多晶金刚石。

公布号为CN106244109A的中国专利申请公开了一种以菱苦土为粘结剂的金刚石微粉团粒的制备方法，该方法以煅烧菱苦土为主要粘结剂成分，添加金刚石微粉、固化剂A和固化剂B，利用糖衣机完成团粒磨料的制备。菱苦土具有一定的耐磨性，但其耐水性和体积稳定性差，而且利用糖衣机无法造出细粒度团粒磨料，这极大地限制了该类团粒磨料的应用范围。

公布号为CN107336147A的中国专利申请公开了一种利用陶瓷结合剂类添加剂和金刚石磨料混合，然后经压块、高温烧结，再进行破碎和分级制备团粒磨料的技术方案。使用陶瓷类结合剂进行磨料粘合，可以很好的解决团粒磨料的耐水性和体积稳定性差的问题，而且也可以根据需要制备出粗粒度和细粒度团粒磨料，但该方法仍存在以下缺陷：在高温烧结过程中，磨料之间结合紧密，后续破碎过程耗能较大，而且会造成团粒磨料自身的强度下降，进而直接影响团粒磨料的自锐性和磨削去除能力；另外，现有团粒磨料的整体生产成本也处于较高水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金刚石团粒，以解决烧结法制备的团粒磨料的生产成本高的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种金刚石团粒的制备方法，以解决烧结法制备的团粒磨料存在的工艺复杂、能耗高，而且烧结-破碎过程容易导致磨料强度下降的问题。

本发明的第三个目的在于提供一种金刚石团粒在制备研磨液或磨具方面的应用，以解决现有团粒磨料的自锐性差，磨削去除效果有待改善的问题。

为实现上述目的，本发明的金刚石团粒所采用的技术方案是：

一种金刚石团粒，由以下质量百分比的原料经混料、造粒、干燥制成：单晶金刚石粉体15-35％，水泥25-35％，减水剂0.5-5％，水25-45％。

本发明提供的金刚石团粒，选用水泥作为结合剂，后期造粒完成后，经干燥即可制备得到满足使用要求的团粒磨料；制备过程中不需要高温烧结，避免了烧结过程中的颗粒结块以及对结块进行破碎造成的磨料强度下降，所得磨料粒度可控，外观一致性好，强度高，生产成本低。

选用水泥作为结合剂，原料价格低廉，容易获得，且可以选择不同硬度及特性的水泥，制备出不同硬度及特性的团粒磨料，从进一步强化对金刚石微粉的结合效果方面出发，优选的，所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、磷酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的任意一种。

减水剂的使用可减少造粒过程中的用水量，从而优化水泥固化物的结合效果。从减水剂的使用效果和提高团粒磨料的结合强度方面综合考虑，优选的，所述减水剂为木质素磺酸盐系减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪酸系减水剂、聚羧酸盐系减水剂中的任意一种或几种。

本发明的金刚石团粒的制备方法所采用的技术方案是：

一种金刚石团粒的制备方法，包括以下步骤：

1)按配方量取各原料，将单晶金刚石粉体、减水剂和水混合后分散，再加入水泥混合均匀，制成浆料；

2)将浆料进行造粒，干燥，即得金刚石团粒。

本发明提供的金刚石团粒的制备方法，选用水泥为结合剂，造粒完成后，不经高温烧结，采用室温静置干燥制备金刚石团粒，避免了烧结-破碎过程中的颗粒强度下降，可以大幅度降低能耗，制备具有良好结合强度、自锐性好、去除能力好的金刚石团粒。

为更好的促进浆料中单晶金刚石粉体的分散，优选的，步骤1)中，所述分散采用超声分散，超声分散时的功率为1000-2000W，频率为15-20kHz，时间为10-20min。

为进一步提高造粒效率，方便获得一致性好的造粒物，优选的，步骤2)中，所述造粒采用喷雾造粒，喷雾造粒时，雾化器转速为20000-30000rpm，进风口温度为280-320℃，出风口温度为100-120℃。

本发明的金刚石团粒在制备研磨液或磨具方面的应用所采用的技术方案是：

一种上述金刚石团粒在制备研磨液或磨具方面的应用。

本发明提供的金刚石团粒，基于其一致性好、结合强度高的特性，在应用于研磨液、磨具时，表现出良好的自锐性和磨削去除能力，可以根据需要制备成不同粒度的团粒磨料，从而在加工光洁度和去除能力方面有所侧重；该金刚石团粒在许多领域可替代多晶金刚石使用，在研磨液、磨具等领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明金刚石团粒的制备方法实施例1所得产品的SEM图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例中，硅酸盐水泥的选择没有限制，能够满足国标《通用硅酸盐水泥》的要求即可，可以选择不同硬度及特性的水泥，制备出不同硬度及特性的团粒。聚羧酸盐系高效减水剂、萘系高效减水剂等减水剂可选择砼外加剂领域的常规品种。

单晶金刚石粉体可通过市售常规渠道购买，也可通过静压法、爆炸法等现有技术进行制备。金刚石微粉的平均粒径可选择为0.05-3μm，所得金刚石团粒的粒径优选为20-50μm。

在制备团粒磨料的过程中，在喷雾造粒前，可使用20-100μm的滤网进行超声震动过滤，以去掉粗颗粒，改善浆料的均匀性，从而便于喷雾造粒的高效进行。

本发明的金刚石团粒的具体实施例：

实施例1

金刚石团粒，由以下质量百分比的原料经混料、造粒、干燥制成：粒径为3μm的单晶金刚石粉体30％，硅酸盐水泥(型号为PI42.5)38％，萘系高效减水剂(型号为SNF-C)2％，去离子水30％。

实施例2

金刚石团粒，由以下质量百分比的原料经混料、造粒、干燥制成：粒径为1μm的单晶金刚石粉体20％，硅酸盐水泥(型号为PO42.5)40％，聚羧酸盐系高效减水剂(型号为

M1)2％，去离子水38％。

实施例3

金刚石团粒，由以下质量百分比的原料经混料、造粒、干燥制成：粒径为5μm的单晶金刚石粉体35％，硅酸盐水泥(型号为PI52.5)34％，聚羧酸盐系高效减水剂(型号为DH-4005型)1％，去离子水30％。

本发明的金刚石团粒的制备方法的具体实施例：

实施例1

本实施例对金刚石团粒实施例1的制备进行说明，具体采用以下步骤：

1)将单晶金刚石粉体和萘系高效减水剂加入到去离子水中，搅拌均匀，搅拌的同时用超声波细胞粉碎机超声分散10min(超声功率为1500W，频率为15kHz)，确保容器底部无磨料沉淀，得到金刚石悬浮液；

2)将金刚石悬浮液和硅酸盐水泥混合，在200r/min下搅拌30min，用20μm滤网进行超声震动过滤，用离心式喷雾干燥仪喷雾造粒(雾化器转速为25000rpm，进风口温度为300℃，出风口温度为120℃)，得到颗粒物，将颗粒物收集后室温放置28天，筛分，除去粒度过细和过粗的颗粒，得到粒度为30-50μm的金刚石团粒。

该实施例所得金刚石团粒的SEM图如图1所示，可以看出，产品大部分呈球形，且颗粒整体结构较致密，颗粒表面有较多的切削刃，在使用过程中，能够保持较好的自锐性。

实施例2

本实施例对金刚石团粒实施例2的制备进行说明，具体采用以下步骤：

1)将单晶金刚石粉体和聚羧酸盐系高效减水剂加入到去离子水中，搅拌均匀，搅拌的同时用超声波细胞粉碎机超声分散15min(超声功率为2000W，频率为20kHz)，确保容器底部无磨料沉淀，得到金刚石悬浮液；

2)将金刚石悬浮液和硅酸盐水泥混合，在200r/min下搅拌30min，用20μm滤网进行超声震动过滤，用离心式喷雾干燥仪喷雾造粒(雾化器转速为20000rpm，进风口温度为280℃，出风口温度为110℃)，得到颗粒物，将颗粒物收集后室温放置28天，筛分，除去粒度过细和过粗的颗粒，得到粒度为20-30μm的金刚石团粒。

实施例3

本实施例对金刚石团粒实施例3的制备进行说明，具体采用以下步骤：

1)将单晶金刚石粉体和聚羧酸盐系高效减水剂加入到去离子水中，搅拌均匀，搅拌的同时用超声波细胞粉碎机超声分散20min(超声功率为2000W，频率为20kHz)，确保容器底部无磨料沉淀，得到金刚石悬浮液；

2)将金刚石悬浮液和硅酸盐水泥混合，在250r/min下搅拌30min，用20μm滤网进行超声震动过滤，用离心式喷雾干燥仪喷雾造粒(雾化器转速为30000rpm，进风口温度为320℃，出风口温度为120℃)，得到颗粒物，将颗粒物收集后室温放置28天，筛分，除去粒度过细和过粗的颗粒，得到粒度为30-50μm的金刚石团粒。

本发明的金刚石团粒在制备研磨液或磨具方面的应用的具体实施例，在以下试验例中进行说明。

试验例1

本试验例采用金刚石团粒实施例1涉及的粒度为50μm的金刚石团粒与同粒度单晶金刚石微粉，在同等工艺条件下加工蓝宝石晶片，工艺条件如表1所示。

表1蓝宝石晶片加工工艺条件

对蓝宝石晶片的加工结果如表2所示。

表2不同磨料对蓝宝石晶片的加工结果对比

由表2的结果可知，在同等工艺条件下，实施例的金刚石团粒的去除率是同粒度金刚石微粉的2倍以上，加工后蓝宝石晶片的表面Ra值也优于单晶金刚石粉体，由此说明实施例的金刚石团粒的去除能力和表面光洁度优于同粒度单晶金刚石，也说明了实施例的金刚石团粒的结合强度良好，能够满足研磨液的高效研磨加工需求。

试验例2

利用实施例1所得金刚石团粒与环氧树脂及其它添加剂混合制备金刚石研磨垫，用于玻璃面板减薄加工，在同等工艺条件下，金刚石研磨垫的去除量及表面粗糙度加工效果与市售3M-4μm金刚石研磨垫的加工效果相当，由此说明实施例的金刚石团粒在应用于磨具制品时，在去除能力及加工表面光洁度方面具有良好的应用效果。

在本发明的金刚石团粒的其他实施例中，可参考金刚石团粒实施例1中硅酸盐水泥的使用方式，使用铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、磷酸盐水泥为结合剂，制备相应的金刚石团粒；可以使用木质素磺酸盐类(木质磺酸钠、木质磺酸钙)、三聚氰胺系(巴斯夫MELMENTF10)、氨基磺酸盐系(HSA氨基磺酸盐高性能减水剂)、脂肪酸系减水剂(XA-017)对金刚石团粒实施例中的聚羧酸盐高效减水剂进行替换，可获得相应的金刚石团粒。

Claims (5)

1.一种金刚石团粒的制备方法，其特征在于，由以下质量百分比的原料经混料、造粒、干燥制成：单晶金刚石粉体15-35%，水泥25-35%，减水剂0.5-5%，水25-55%；具体采用如下步骤制成：

1）按配方量取各原料，将单晶金刚石粉体、减水剂和水混合后分散，再加入水泥混合均匀，制成浆料；所述分散采用超声分散，超声分散时的功率为1000-2000W，频率为15-20kHz，时间为10-20min；

2）将浆料进行造粒，干燥，即得金刚石团粒；所述造粒采用喷雾造粒，喷雾造粒时，雾化器转速为20000-30000rpm，进风口温度为280-320℃，出风口温度为100-120℃；

或由以下质量百分比的原料经混料、造粒、干燥制成：粒径为3μm的单晶金刚石粉体30%，硅酸盐水泥38%，萘系高效减水剂2%，去离子水30%；具体采用如下步骤制成：

1)将单晶金刚石粉体和萘系高效减水剂加入到去离子水中，搅拌均匀，搅拌的同时用超声波细胞粉碎机超声分散10min，确保容器底部无磨料沉淀，得到金刚石悬浮液,所述超声波超声功率为1500W，频率为15kHz；

2)将金刚石悬浮液和硅酸盐水泥混合，在200r/min下搅拌30min，用20μm滤网进行超声震动过滤，用离心式喷雾干燥仪喷雾造粒，得到颗粒物，将颗粒物收集后室温放置28天，筛分，除去粒度过细和过粗的颗粒，得到粒度为30-50μm的金刚石团粒，所述离心式喷雾干燥仪喷雾造粒时，雾化器转速为25000rpm，进风口温度为300℃，出风口温度为120℃；

或由以下质量百分比的原料经混料、造粒、干燥制成：粒径为1μm的单晶金刚石粉体20%，硅酸盐水泥40%，聚羧酸盐系高效减水剂2%，去离子水38%；

1)将单晶金刚石粉体和聚羧酸盐系高效减水剂加入到去离子水中，搅拌均匀，搅拌的同时用超声波细胞粉碎机超声分散15min，确保容器底部无磨料沉淀，得到金刚石悬浮液，所述超声波超声功率为2000W，频率为20kHz；

2)将金刚石悬浮液和硅酸盐水泥混合，在200r/min下搅拌30min，用20μm滤网进行超声震动过滤，用离心式喷雾干燥仪喷雾造粒，得到颗粒物，将颗粒物收集后室温放置28天，筛分，除去粒度过细和过粗的颗粒，得到粒度为20-30μm的金刚石团粒，所述离心式喷雾干燥仪喷雾造粒时，雾化器转速为20000rpm，进风口温度为280℃，出风口温度为110℃。

2.如权利要求1所述的金刚石团粒的制备方法，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、磷酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的任意一种。

3.如权利要求1所述的金刚石团粒的制备方法，其特征在于，所述减水剂为木质素磺酸盐系减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪酸系减水剂、聚羧酸盐系减水剂中的任意一种或几种。

4.一种如权利要求1-3任一项所述金刚石团粒的制备方法所制备的金刚石团粒。

5.一种如权利要求4所述的金刚石团粒在制备研磨液或磨具方面的应用。

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