CN110484205A - 一种球形金刚石微粉磨料的制备方法 - Google Patents

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罗俊
胥伟力
王来福
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    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409—Abrasive particles per se

Abstract

本发明公开了一种球形金刚石微粉磨料的制备方法。首先将金刚石微粉置于容器中，加入去离子水搅匀后得到金刚石微粉悬浮溶液；然后加入改性剂搅匀、离心脱水、微波干燥，干燥后得到球形金刚石微粉前驱体；所得金刚石微粉前驱体中加入去离子水进行超声分散，接着搅匀得到金刚石微粉前驱体悬浮液；所得前驱体悬浮液送入造粒机进行造粒；造粒后进行分级，得到不同粒度分布的球形金刚石微粉。本发明制备的球形堆积磨料在磨削过程中不断产生新的锋利的切削刃，因此具有良好的自锐性、较长的寿命和对材料均匀一致的切除率，并能得到较好的工件表面。

Description

一种球形金刚石微粉磨料的制备方法
一、技术领域：
本发明属于精密研磨抛光技术领域，特别涉及一种用于研磨抛光加工用的球形金刚石微粉磨料的制备方法。
二、背景技术：
随着材料科学的发展，3C技术领域所用到的材料的硬度越来越高，蓝宝石衬底、蓝宝石玻璃、陶瓷手机后盖、陶瓷指纹识别片等产品所使用的材料都是莫氏硬度9的材质，在生产过程中经常需要采用磨具对这些产品的表面进行研磨抛光等加工。
磨料是制作磨具的主要材料之一，也是影响磨具质量好坏的最重要的因素之一，普通的磨料硬度较低，不太适合于硬度很高的产品的研磨抛光操作，在这种情况下，就要用到大切削力、高自锐性、持续研磨力的特殊磨料。
类多晶，聚晶金刚石，堆积磨料等等相关产品，都是以小颗粒聚集以获得大切削力、高自锐性和持续研磨力的特点。目前，聚晶金刚石一般采用爆轰法制备，该法采用爆炸法，工艺危险复杂，得率低。类多晶的制备一般采用铁镍金属化学腐蚀的方法，该方法后期提纯过程消耗大量的酸，产生废气废液，造成环境污染严重。
因此，开发出一种大切削力、高自锐性、持续研磨力的磨料具有重要的应用意义。
三、发明内容：
本发明要解决的技术问题是：根据现有金刚石磨料技术中存在的不足之处，本发明提供一种球形金刚石微粉磨料的制备方法。本发明制备的球形堆积磨料在磨削过程中不断产生新的锋利的切削刃，因此具有良好的自锐性、较长的寿命和对材料均匀一致的切除率，并能得到较好的工件表面。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：
本发明提供一种球形金刚石微粉磨料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
a、将金刚石微粉置于容器中，然后加入去离子水进行搅拌，搅拌均匀后得到金刚石微粉悬浮溶液；然后加入改性剂继续搅拌，搅拌均匀后进行离心脱水，然后微波干燥，干燥后得到球形金刚石微粉前驱体；
b、在步骤a得到的金刚石微粉前驱体中加入去离子水进行超声分散，接着采用机械搅拌，搅拌均匀后得到金刚石微粉前驱体悬浮液；
c、将步骤b得到的前驱体悬浮液送入造粒机进行造粒，造粒过程中工作温度为60～250℃；
d、最后将得到的球形金刚石微粉混合料进行分级，得到不同粒度分布的球形金刚石微粉。
根据上述的球形金刚石微粉磨料的制备方法，步骤a中所得金刚石微粉悬浮溶液的浓度为10～200g/L。
根据上述的球形金刚石微粉磨料的制备方法，步骤a中所述改性剂为聚乙二醇200、聚乙二醇2000、聚乙烯醇、三乙醇胺、KH550、KH580、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯和十二烷基硫酸钠中的至少一种。
根据上述的球形金刚石微粉磨料的制备方法，步骤a中改性剂的加入量占金刚石微粉重量的0.1～5％。
根据上述的球形金刚石微粉磨料的制备方法，步骤a中加入去离子水进行搅拌时，搅拌速度为100～600r/min，搅拌时间为30～60min；加入改性剂继续搅拌时，搅拌速度为100～600r/min，搅拌时间为30～90min。
根据上述的球形金刚石微粉磨料的制备方法，步骤a中微波干燥过程中控制干燥温度为50～70℃，干燥时间为2～4h。
根据上述的球形金刚石微粉磨料的制备方法，步骤b中机械搅拌时搅拌速度为100～600r/min；所述金刚石微粉前驱体悬浮液的浓度为20～100g/L。
本发明采用的原料金刚石微粉包括：静压触媒法合成的金刚石单晶，经过气流破碎、球磨整形、提纯、分级后得到的I型、II型或者III型单晶金刚石微粉；本发明采用的金刚石微粉经过超纯处理，其粒度主要是微米级、亚微米级或纳米级；金刚石微粉的平均粒径为0.1～6μm。
本发明的积极有益效果：
1、本发明制备的球形金刚石微粉磨料主要用于精密加工研磨抛光技术领域。本发明制备的球形堆积磨料在磨削过程中不断产生新的锋利的切削刃，因此具有良好的自锐性、较长的寿命和对材料均匀一致的切除率，并能得到较好的工件表面。
2、本发明在制备过程中使用造粒机制备出球形金刚石微粉，使用不同粒度金刚石微粉前驱体制备不同粒度球形金刚石微粉磨料，从而满足用户的不同需求。
3、本发明能够有效解决由于金刚石微粉生产过程中产生细料过剩的问题。由于2015-2018年光伏市场不断加速扩大，带动了金刚石线锯的不断发展，从而引爆了金刚石微粉市场。金刚石微粉行业中原材料不断投入，其中80％供给金刚石线锯用的6μm-10μm金刚石微粉，生产过程中同时会产生大量6μm以细的金刚石微粉。这种细料应用领域比较窄，并且用量较小，造成细料过剩。
四、附图说明：
图1本发明实施例1所得产品球形金刚石微粉的电镜扫描图。
图2本发明实施例4所得产品球形金刚石微粉的电镜扫描图。
五、具体实施方式：
以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明技术方案保护的范围。
以下实施例采用的原料金刚石微粉包括：静压触媒法合成的金刚石单晶，经过气流破碎、球磨整形、提纯、分级后得到的I型、II型或者III型单晶金刚石微粉；本发明采用的金刚石微粉经过超纯处理，其粒度主要是微米级、亚微米级或纳米级；金刚石微粉的平均粒径为0.1～6μm。
实施例1：
本发明球形金刚石微粉磨料的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、将称取的平均粒径为0.12μm金刚石微粉50g置于1000mL烧杯中，然后加入450mL去离子水，打开机械搅拌器，以150r/min的转速进行搅拌30min；然后加入0.05g十二烷基苯磺酸钠继续搅拌30min，搅拌均匀后进行离心脱水，然后微波干燥(干燥温度为70℃，干燥时间为2h)，干燥后得到球形金刚石微粉前驱体；
b、称取步骤a得到的金刚石微粉前驱体20g置于1000mL烧杯中，加入480mL去离子水进行超声分散10min，接着采用机械搅拌器以150r/min的转速进行搅拌15min，搅拌均匀后得到金刚石微粉前驱体悬浮液；
c、将步骤b得到的前驱体悬浮液送入造粒机进行造粒，造粒过程中工作温度为180℃；
d、最后将得到的球形金刚石微粉混合料进行分级，得到不同粒度分布的球形金刚石微粉(所得产品球形金刚石微粉的电镜扫描图详见附图1)。
实施例2：
本发明球形金刚石微粉磨料的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、将称取的平均粒径为2μm金刚石微粉50g置于1000mL烧杯中，然后加入450mL去离子水，打开机械搅拌器，以150r/min的转速进行搅拌30min；然后加入0.05g十二烷基苯磺酸钠、0.05g聚乙二醇2000和0.05g KH-550混合溶液(三者质量比为1:1:1)继续搅拌30min，搅拌均匀后进行离心脱水，然后微波干燥(干燥温度为50℃，干燥时间为4h)，干燥后得到球形金刚石微粉前驱体；
b、称取步骤a得到的金刚石微粉前驱体20g置于1000mL烧杯中，加入480mL去离子水进行超声分散10min，接着采用机械搅拌器以150r/min的转速进行搅拌15min，搅拌均匀后得到金刚石微粉前驱体悬浮液；
c、将步骤b得到的前驱体悬浮液送入造粒机进行造粒，造粒过程中工作温度为150℃；
d、最后将得到的球形金刚石微粉混合料进行分级，得到不同粒度分布的球形金刚石微粉。
实施例3：
本发明球形金刚石微粉磨料的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、将称取的平均粒径为6μm金刚石微粉50g置于1000mL烧杯中，然后加入450mL去离子水，打开机械搅拌器，以150r/min的转速进行搅拌30min；然后加入0.05g十二烷基苯磺酸钠和0.05g聚乙二醇2000(二者之间的质量比为1:1)继续搅拌30min，搅拌均匀后进行离心脱水，然后微波干燥(干燥温度为50℃，干燥时间为4h)，干燥后得到球形金刚石微粉前驱体；
b、称取步骤a得到的金刚石微粉前驱体20g置于1000mL烧杯中，加入480mL去离子水进行超声分散10min，接着采用机械搅拌器以150r/min的转速进行搅拌15min，搅拌均匀后得到金刚石微粉前驱体悬浮液；
c、将步骤b得到的前驱体悬浮液送入造粒机进行造粒，造粒过程中工作温度为150℃；
d、最后将得到的球形金刚石微粉混合料进行分级，得到不同粒度分布的球形金刚石微粉。
实施例4：
本发明球形金刚石微粉磨料的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、将称取的平均粒径为0.6μm金刚石微粉50g置于1000mL烧杯中，然后加入450mL去离子水，打开机械搅拌器，以150r/min的转速进行搅拌30min；然后加入0.05g十二烷基硫酸钠和0.1g聚乙二醇2000(二者之间的质量比为1:2)继续搅拌30min，搅拌均匀后进行离心脱水，然后微波干燥(干燥温度为60℃，干燥时间为2h)，干燥后得到球形金刚石微粉前驱体；
b、称取步骤a得到的金刚石微粉前驱体20g置于1000mL烧杯中，加入480mL去离子水进行超声分散10min，接着采用机械搅拌器以150r/min的转速进行搅拌15min，搅拌均匀后得到金刚石微粉前驱体悬浮液；
c、将步骤b得到的前驱体悬浮液送入造粒机进行造粒，造粒过程中工作温度为120℃；
d、最后将得到的球形金刚石微粉混合料进行分级，得到不同粒度分布的球形金刚石微粉(所得产品球形金刚石微粉的电镜扫描图详见附图2)。

Claims (7)

1.一种球形金刚石微粉磨料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
a、将金刚石微粉置于容器中，然后加入去离子水进行搅拌，搅拌均匀后得到金刚石微粉悬浮溶液；然后加入改性剂继续搅拌，搅拌均匀后进行离心脱水，然后微波干燥，干燥后得到球形金刚石微粉前驱体；
b、在步骤a得到的金刚石微粉前驱体中加入去离子水进行超声分散，接着采用机械搅拌，搅拌均匀后得到金刚石微粉前驱体悬浮液；
c、将步骤b得到的前驱体悬浮液送入造粒机进行造粒，造粒过程中工作温度为60～250℃；
d、最后将得到的球形金刚石微粉混合料进行分级，得到不同粒度分布的球形金刚石微粉。
2.根据权利要求1所述的球形金刚石微粉磨料的制备方法，其特征在于：步骤a中所得金刚石微粉悬浮溶液的浓度为10～200g/L。
3.根据权利要求1所述的球形金刚石微粉磨料的制备方法，其特征在于：步骤a中所述改性剂为聚乙二醇200、聚乙二醇2000、聚乙烯醇、三乙醇胺、KH550、KH580、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯和十二烷基硫酸钠中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的球形金刚石微粉磨料的制备方法，其特征在于：步骤a中改性剂的加入量占金刚石微粉重量的0.1～5％。
5.根据权利要求1所述的球形金刚石微粉磨料的制备方法，其特征在于：步骤a中加入去离子水进行搅拌时，搅拌速度为100～600r/min，搅拌时间为30～60min；加入改性剂继续搅拌时，搅拌速度为100～600r/min，搅拌时间为30～90min。
6.根据权利要求1所述的球形金刚石微粉磨料的制备方法，其特征在于：步骤a中微波干燥过程中控制干燥温度为50～70℃，干燥时间为2～4h。
7.根据权利要求1所述的球形金刚石微粉磨料的制备方法，其特征在于：步骤b中机械搅拌时搅拌速度为100～600r/min；所述金刚石微粉前驱体悬浮液的浓度为20～100g/L。
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