CN113427409B - 一种超硬材料倒角砂轮用添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种超硬材料倒角砂轮用添加剂及其制备方法和应用，用以解决现有的金属结合剂倒角砂轮刚性过大、无缓冲作用进而导致崩口过多的技术问题。本发明的超硬材料倒角砂轮用添加剂，包括以下重量份数的原料：聚氨酯5‑30份，铜粉为25‑60份，锡粉25‑60份，复合稀土5‑20份。本发明使用聚氨酯、铜粉、锡粉和复合稀土制备的超硬材料倒角砂轮用添加剂产生链状聚氨酯包裹合金晶粒的微细网状结构，兼具保形能力和自锐能力，能显著提高倒角砂轮组织强度和细化组织结晶，提高砂轮寿命及加工效率，能够提高砂轮的韧性，降低与工件接触时的刚性低，缓冲减震效果好，降低了工件的崩口率。

Description

一种超硬材料倒角砂轮用添加剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及超硬材料制品的技术领域，尤其涉及一种超硬材料倒角砂轮用添加剂及其制备方法和应用。
背景技术
超硬材料倒角砂轮主要应用于半导体晶圆、LED晶圆、电子显示玻璃等材料的边缘及棱角的加工，其外圆分布有多道同心圆弧微槽，加工工件主要依靠外圆同心圆弧槽进行复制形状磨削加工，倒边加工的主要目的是保持被加工材料边缘的几何形状一致，减少后续加工边缘崩角及破裂的机会，减少或消除尖角等形状因素造成的应力缺陷，改善材料边缘的机械形状，因此对倒角砂轮耐磨性和自锐性等方面均有较高要求。
目前，常用的超硬材料倒角砂轮为金属结合剂，金属结合剂优点在于耐磨性较好，可以长时间保持槽型形状，但缺点在于自锐性差，在加工硬脆材料时易出现较大加工崩口，主要原因为磨料在经过一段时间磨削后未和结合剂同步消耗脱落，下层磨料无法暴露出新刃口导致，该问题也导致金属结合剂倒角砂轮在使用过程中需按期进行出刃修整，修整目的为在槽型不超限前提下使下层磨料暴露出新刃口，修整的存在导致整体加工效率降低，修整装置的添加导致设备成本的提高；金属结合剂倒角砂轮因本身特性刚性较强，加工硬脆材料过程中无缓冲减震作用，这也是导致崩口出现的主要原因之一。
发明内容
针对现有的金属结合剂倒角砂轮刚性过大、无缓冲作用进而导致崩口过多的技术问题，本发明提出一种超硬材料倒角砂轮用添加剂及其制备方法和应用，通过使用聚氨酯、铜粉、锡粉和复合稀土制成的添加剂按照一定质量分数与金属结合剂制成超硬材料倒角砂轮，实现倒角砂轮使用过程中免修整加工，添加剂具有的微细网状结构在成型后将砂轮内的磨料和结合剂网状连接，使得整个超硬材料倒角砂轮的韧性高，与工件接触时的刚性低，磨削时缓冲减震效果好，降低了工件的崩口率。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种超硬材料倒角砂轮用添加剂，包括以下重量份数的原料：聚氨酯5-30份，铜粉为25-60份，锡粉25-60份，复合稀土 5-20份。
进一步的，聚氨酯、铜粉、锡粉和复合稀土的粒径均≤20μm，复合稀土和聚氨酯的纯度为分析纯。
一种超硬材料倒角砂轮用添加剂的制备方法，用于制备上述超硬材料倒角砂轮用添加剂，包括下列步骤：
S1、获取聚氨酯、铜粉、锡粉和复合稀土，混合后放入混料罐中使用介质球进行干磨混料，获得混合料；
S2、使用模具将步骤S1中获得的混合料进行预压制，获得压制成型后的预坯料；
S3、将步骤S2中获得的预坯料加热并保温，获得预烧结的坯料；
S4、将步骤S3中获得的预烧结的坯料放置于烘烤箱中进行保温，获得坯料；
S5、将步骤S4中获取的坯料进行粉碎，获得超硬材料倒角砂轮用添加剂。
进一步的，步骤S1中的混料时间为10-36h。
进一步的，步骤S2中预压制的压力为3000-5000kg/cm2。
进一步的，步骤S3中的加热温度为150-230℃，保温时间为5-8h。
进一步的，步骤S4中的烘烤温度为60-100℃，烘烤保温时间为24-36h。
进一步的，步骤S5中坯料粉碎后的粒度＜10μm。
本发明上述超硬材料倒角砂轮用添加剂的应用，超硬材料倒角砂轮用添加剂与金属结合剂混合后制备超硬材料倒角砂轮。
进一步的，超硬材料倒角砂轮用添加剂的质量分数为10%-60%，金属结合剂为铜基结合剂。
本发明的有益效果：
1.本发明的超硬材料倒角砂轮用添加剂及其制备方法加工工艺简单，操作简便，通过将添加剂的原料按一定的工艺和重量份数制备成型，制备的添加剂可产生链状聚氨酯包裹合金晶粒的微细网状结构，兼具良好的保形能力和自锐能力，可以在制备完成的超硬材料倒角砂轮内部形成网状连接结构，降低了砂轮和工件加工接触中的刚性，起到了缓冲减震作用。
2.通过使用本发明的超硬材料倒角砂轮用添加剂制备完成的超硬材料倒角砂轮，可减少修整装置添加及修整砂轮的使用，加工效率提高150%以上。
3.本发明的超硬材料倒角砂轮用添加剂在超硬材料倒角砂轮制备中的应用，在保持原超硬材料倒角砂轮耐磨性的前提下可降低工件崩口至30μm以内。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的超硬材料倒角砂轮用添加剂的制备方法流程图。
图2为本发明的超硬材料倒角砂轮用添加剂制成的超硬材料倒角砂轮的扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，一种超硬材料倒角砂轮用添加剂，原料包括聚氨酯、铜粉、锡粉和复合稀土，原料各组分的重量份数如下：聚氨酯的重量份数为30份，铜粉的重量份数为25份，锡粉的重量份数为25份，复合稀土的重量份数为20份；其中，铜粉、锡粉、聚氨酯、复合稀土的粒径均为20μm，复合稀土和聚氨酯的纯度为分析纯。
值得说明的是，在本实施例中，铜粉、锡粉、聚氨酯和复合稀土均为市场销售产品，可直接购买，其中，本实施例中的复合稀土为自河南中盈商贸有限公司购买的工业级稀土。在本发明的其他实施例中，也可以从市场的其他公司购买，只要达到发明的目的即可。
针对本实施例上述超硬材料倒角砂轮用添加剂，如图1所示，本实施例使用一种超硬材料倒角砂轮用添加剂的制备方法进行制备，步骤如下：
S1、获取聚氨酯、铜粉、锡粉和复合稀土，混合后放入混料罐中使用介质球进行干磨混料，获得混合料，具体的说，分别获取重量份数为30份聚氨酯、25份的铜粉、25份的锡粉和20份的复合稀土，在混料罐中进行干磨混料，混料时间为10h，使得原料各组分的组织的到充分细化，保证添加剂制备完成后的质量；
S2、使用模具将步骤S1中获得的混合料进行预压制，获得压制成型后的预坯料，具体的说，使用模具在3000kg/cm2的压力下进行压制得到压制成型的预坯料，保证制备完成后的添加剂能够形成微细网状结构；
S3、将步骤S2中获得的预坯料加热并保温，获得预烧结的坯料，具体的说，预坯料升温至230℃进行加热，并保温8h进行预烧结，保证后续烘烤坯料时坯料的结构的稳定性；
S4、将步骤S3中获得的预烧结的坯料放置于烘烤箱中进行保温，获得坯料，具体的说，将预烧结的坯料放置于烘烤箱中在100℃下保温36h，使得预烧结的坯料得到充分烘干，去除水分，保证制备完成后的添加剂的质量；
S5、将步骤S4中获取的坯料进行粉碎，获得超硬材料倒角砂轮用添加剂，具体的说，坯料粉碎后的粒度为9μm，有利于制备的添加剂在制造超硬材料倒角砂轮时充分细化砂轮组织。
根据本实施例的上述制备方法制备得到的超硬材料倒角砂轮用添加剂可以用于制备超硬材料倒角砂轮，在本实施例中，这种超硬材料倒角砂轮用添加剂与金属结合剂混合后制备超硬材料倒角砂轮，其中，超硬材料倒角砂轮用添加剂的质量分数为10%，金属结合剂为铜基结合剂，本实施例采用中国发明专利“授权公告号CN 108527174 B 授权公告日2020.01.31”公开的倒角砂轮的制备方法制备超硬材料倒角砂轮。本实施例制备的添加剂可产生链状聚氨酯包裹合金晶粒的具有微细网状结构，兼具良好的保形能力和自锐能力，制备超硬材料倒角砂轮时添加，能显著提高倒角砂轮组织强度和细化组织结晶，提高砂轮寿命及加工效率，实现倒角砂轮全使用过程免修整加工，制备的超硬材料倒角砂轮韧性高，与工件接触时的刚性低，磨削时缓冲减震效果好，降低了工件的崩口率。
实施例2，一种超硬材料倒角砂轮用添加剂，本实施例的超硬材料倒角砂轮用添加剂相对于实施例1，将原料组分调整为：聚氨酯的重量份数为5份，所述铜粉的重量份数为60份，锡粉的重量份数为30份，复合稀土的重量份数为5份。
本实施例中，超硬材料倒角砂轮用添加剂的其他组分数据与实施例1中的相同，在此不再赘述。
针对本实施例上述超硬材料倒角砂轮用添加剂，如图1所示，本实施例使用一种超硬材料倒角砂轮用添加剂的制备方法进行制备，相对于实施例1本实施例将步骤S1中的混料时间调整为36h；将步骤S2中的预制压力调整为4000kg/cm2进行压制；将步骤S3中预坯料的加热温度调整为200℃，并保温5h进行预烧结；将步骤S4中的烘烤温度调整为60℃，并保温24h。
本实施例中，超硬材料倒角砂轮用添加剂的制备方法的其他步骤与实施例1的相同，在此不再赘述。
根据本实施例的上述制备方法制备得到的超硬材料倒角砂轮用添加剂可以用于制备超硬材料倒角砂轮，本实施例相对于实施例1，在制备超硬材料倒角砂轮时添加剂的质量分数调整为25%。
在本实施例中，制备超硬材料倒角砂轮的其他步骤与实施例1的相同，在此不再赘述。
实施例3，一种超硬材料倒角砂轮用添加剂，本实施例的超硬材料倒角砂轮用添加剂相对于实施例1，将原料组分调整为：聚氨酯的重量份数为5份，所述铜粉的重量份数为25份，锡粉的重量份数为60份，复合稀土的重量份数为10份。
本实施例中，超硬材料倒角砂轮用添加剂的其他组分数据与实施例1中的相同，在此不再赘述。
针对本实施例上述超硬材料倒角砂轮用添加剂，如图1所示，本实施例使用一种超硬材料倒角砂轮用添加剂的制备方法进行制备，相对于实施例1本实施例将步骤S2中的预制压力调整为5000kg/cm2进行压制；将步骤S3中预坯料的加热温度调整为150℃；将步骤S4中的烘烤温度调整为80℃。
本实施例中，超硬材料倒角砂轮用添加剂的制备方法的其他步骤与实施例1的相同，在此不再赘述。
根据本实施例的上述制备方法制备得到的超硬材料倒角砂轮用添加剂可以用于制备超硬材料倒角砂轮，本实施例相对于实施例1，在制备超硬材料倒角砂轮时添加剂的质量分数调整为50%。
在本实施例中，制备超硬材料倒角砂轮的其他步骤与实施例1的相同，在此不再赘述。
实施例4，一种超硬材料倒角砂轮用添加剂，本实施例的超硬材料倒角砂轮用添加剂的原料的各组分数据相对于实施例3完全相同，在此不再赘述。
针对本实施例上述超硬材料倒角砂轮用添加剂，如图1所示，本实施例使用一种超硬材料倒角砂轮用添加剂的制备方法进行制备，本实施例中的超硬材料倒角砂轮用添加剂的制备方法与实施例3的相同，在此不再赘述。
根据本实施例的上述制备方法制备得到的超硬材料倒角砂轮用添加剂可以用于制备超硬材料倒角砂轮，本实施例相对于实施例3，在制备超硬材料倒角砂轮时添加剂的质量分数调整为60%。
在本实施例中，制备超硬材料倒角砂轮的其他步骤与实施例1的相同，在此不再赘述。
对比例1，在本对比例中，使用与实施例1相同的方法制备超硬材料倒角砂轮，不添加添加剂。
对比例2，在本对比例中，使用与实施例1相同的方法制备超硬材料倒角砂轮，添加剂的质量分数为5%。
针对上述实施例和对比例，将本发明五个实施例和两个对比例制作的砂轮分别装在东京精密W5200倒角机床上对碳化硅晶片进行倒角加工，记录良品率和砂轮寿命、工件崩口及修整情况，结果如表1所示。
表1 五个实施例和两个对比例制成的超硬材料倒角砂轮的测试结果
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通过表1的倒角测试结果发现：本发明实施例1-3制备的倒角砂轮加工效果好，工件崩口尺寸降低至10~50μm，远小于对比例1和对比例2砂轮的崩口尺寸，同时加工倒角的槽数即寿命较对比例1和2制备砂轮并没有降低；实施例之间相比较而言，实施例1中10%的添加剂添加后实现了倒角磨削过程中免修整使用，在添加剂的质量分数逐渐增加后，到实施例3添加剂的质量分数为50%时效果达到最佳，实施例4添加剂达到60%时倒角质量虽然未下降但时单槽寿命下降严重。因此可得出结论：本发明的超硬材料倒角砂轮用添加剂制备的超硬材料倒角砂轮韧性高，与工件接触时的刚性低，磨削时缓冲减震效果好，降低了工件的崩口率，且添加剂加入的质量分数在50%时效果最佳。
值得说明的是，针对上述实施例和对比例，在本发明中，制备超硬材料倒角砂轮添加剂的原料的选择是基于以下原因：首先，经大量试验发现，将金属铜粉、锡粉、聚氨酯和稀土进行复配，制作的添加剂添加后砂轮具有极好的形状保持能力且自锐性较高，添加剂使用量的变化，可以对倒角砂轮组织结晶大小进行相应调整，从而在添加后增强自锐性的同时不易因磨损导致槽型保持能力下降过多，自锐性较高也利于砂轮使用过程中不需再进行刃口修整，提高加工效率，降低设备成本；其次，由图2可知，添加剂制备过程中对聚氨酯、铜粉、稀土和锡粉的处理，此过程可以形成微细非连接线状结构，在添加进砂轮后，该线状结构可以在成型过程中连接成网状，新网状结构可连接结合剂和磨料，降低砂轮和工件加工接触中的刚性，利于工件崩口降低，其中，图2中的块装物质为倒角砂轮磨料，其余物质为腐蚀后所余网状组织；最后，添加剂中复合稀土和聚氨酯的选择主要基于形成微细非连接线状结构需要，铜粉和锡粉的选择添加利于添加剂和砂轮组织之间产生微观分子间结合，在成型时可促进网状结构行程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超硬材料倒角砂轮用添加剂，其特征在于，包括以下重量份数的原料：聚氨酯5-30份，铜粉为25-60份，锡粉25-60份，复合稀土 5-20份，用于制备超硬材料倒角砂轮用添加剂，包括下列步骤：
S1、获取聚氨酯、铜粉、锡粉和复合稀土，混合后放入混料罐中使用介质球进行干磨混料，获得混合料；
S2、使用模具将步骤S1中获得的混合料进行预压制，获得压制成型后的预坯料；
S3、将步骤S2中获得的预坯料加热并保温，获得预烧结的坯料；
S4、将步骤S3中获得的预烧结的坯料放置于烘烤箱中进行保温，获得坯料；
S5、将步骤S4中获取的坯料进行粉碎，获得超硬材料倒角砂轮用添加剂。
2.根据权利要求1所述的超硬材料倒角砂轮用添加剂，其特征在于，所述聚氨酯、铜粉、锡粉和复合稀土的粒径均≤20μm，所述复合稀土和聚氨酯的纯度为分析纯。
3.根据权利要求1所述的超硬材料倒角砂轮用添加剂，其特征在于，所述步骤S1中的混料时间为10-36h。
4.根据权利要求1所述的超硬材料倒角砂轮用添加剂，其特征在于，所述步骤S2中预压制的压力为3000-5000kg/cm2。
5.根据权利要求1所述的超硬材料倒角砂轮用添加剂，其特征在于，所述步骤S3中的加热温度为150-230℃，保温时间为5-8h。
6.根据权利要求1所述的超硬材料倒角砂轮用添加剂，其特征在于，所述步骤S4中的烘烤温度为60-100℃，烘烤保温时间为24-36h。
7.根据权利要求1所述的超硬材料倒角砂轮用添加剂，其特征在于，所述步骤S5中坯料粉碎后的粒度＜10μm。
8.根据权利要求1所述的超硬材料倒角砂轮用添加剂的应用，其特征在于，所述超硬材料倒角砂轮用添加剂与金属结合剂混合后制备超硬材料倒角砂轮。
9.根据权利要求8所述的超硬材料倒角砂轮用添加剂的应有，其特征在于，所述超硬材料倒角砂轮用添加剂的质量分数为10%-60%，所述金属结合剂为铜基结合剂。
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