一种金刚石树脂磨具材料和金刚石树脂砂轮

摘要

本发明属于磨具领域，尤其涉及一种金刚石树脂磨具材料和金刚石树脂砂轮。本发明提供的金刚石树脂砂轮，包括金刚石树脂磨具材料，所述磨具材料由物料加热固化制成，以重量份数计，所述物料包括：金刚石15～35份；芳烷基酚醛树脂30～60份；3-氨基丙基三乙氧基硅烷0.2～1.5份；填料10～40份本发明提供的金刚石树脂砂轮添加有芳烷基酚醛树脂和3-氨基丙基三乙氧基硅烷，同时通过优化砂轮中各组分的含量配比，显著提高了砂轮中各组分间的粘合强度，从而延长了金刚石树脂砂轮的使用寿命。实验结果表明，采用本发明提供的金刚石树脂砂轮磨加工蓝宝石晶体时，砂轮使用寿命最高可提高19％。

说明书

技术领域

本发明属于磨具领域，尤其涉及一种金刚石树脂磨具材料和金刚石树脂 砂轮。

背景技术

蓝宝石(Sapphire)是一种氧化铝(α-Al₂O₃)的单晶，又名刚玉，是一 种简单配位型氧化物晶体。蓝宝石晶体具有良好的机械性能、光学性能和化 学稳定性，强度大、硬度高、耐冲刷，可以在接近2000℃的高温恶劣条件下 工作，因此在军事设备、卫星技术、激光的窗口材料方法得到了广泛的应用。 由于蓝宝石晶体具有特殊的晶格结构，使其具有良好的力学性能和热性能， 在大规模集成电路、超导纳米结构薄膜以及半导体GaN/Al₂O₃发光二极管 (LED)领域蓝宝石晶体被作为衬底材料大量使用。

蓝宝石晶体在使用前通常需要磨加工成要求的规格尺寸，其磨加工过程 中所使用的磨具多为金刚石砂轮。金刚石砂轮是由金刚石、结合剂和填料固 结成形得到的一种固结磨具，具有较高的硬度和强度，但由于蓝宝石晶体的 硬度极高，使得对蓝宝石晶体进行磨加工异常困难，现有的金刚石砂轮在磨 加工蓝宝石晶体时金刚石容易脱落，导致砂轮的使用寿命大大缩短。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金刚石树脂磨具材料和金刚石树 脂砂轮，本发明提供的金刚石树脂砂轮具有较长的使用寿命。

本发明提供了一种金刚石树脂磨具材料，由物料加热固化制成，以重量 份数计，所述物料包括：

优选的，所芳烷基酚醛树脂的型号为939P。

优选的，所述金刚石的粒度为100～300μm。

优选的，所述金刚石为团粒结构金刚石。

优选的，所述填料包括金属和/或金属氧化物。

优选的，所述物料还包括润滑剂和/或助磨剂。

优选的，所述润滑剂包括二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯和氮化硼中的一 种或多种。

优选的，所述助磨剂包括Na₃AlF₆、KAlF₄、KAl₃F₆、Na₃AlF₃、KBF₄和 CaF₂中的一种或多种。

优选的，以重量份数计，所述物料包括：

本发明提供了一种金刚石树脂砂轮，包括上述技术方案所述的磨具材料。

与现有技术相比，本发明提供了一种金刚石树脂磨具材料和金刚石树脂 砂轮。本发明提供的金刚石树脂砂轮，包括金刚石树脂磨具材料，所述磨具 材料由物料加热固化制成，以重量份数计，所述物料包括：金刚石15～35份； 芳烷基酚醛树脂30～60份；3-氨基丙基三乙氧基硅烷0.2～1.5份；填料10～40 份本发明提供的金刚石树脂砂轮添加有芳烷基酚醛树脂和3-氨基丙基三乙氧 基硅烷，同时通过优化砂轮中各组分的含量配比，显著提高了砂轮中各组分 间的粘合强度，从而延长了金刚石树脂砂轮的使用寿命。实验结果表明，采 用本发明提供的金刚石树脂砂轮磨加工蓝宝石晶体时，砂轮使用寿命最高可 提高19％。

具体实施方式

下面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做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。

本发明提供了一种金刚石树脂磨具材料，由物料加热固化制成，以重量 份数计，所述物料包括：

本发明提供的上述金刚石树脂磨具材料由物料加热固化制成。其中，所 述物料包括金刚石、芳烷基酚醛树脂、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和填料。

在本发明中，选用金刚石作为本发明提供的磨具材料的磨料成分。在本 发明提供的一个实施例中，所述金刚石为团粒结构金刚石，所述团粒结构金 刚石又称自锐性金刚石，英文名称为CSD(CrumbStructureDiamond)。在本 发明提供的一个实施例中，所述金刚石的粒度为140/170；在本发明提供的另 一个实施例中，所述金刚石的粒度为200/230；在本发明提供的其他实施例中， 所述金刚石的粒度为230/270。在本发明中，所述金刚石的粒度是指国标 GB/T6406-1996中的粒度。在本发明中，所述金刚石在所述物料中的含量为 15～35重量份；在本发明提供的一个实施例中，所述金刚石在所述物料中的含 量为16～25份。本发明对所述金刚石的来源没有特别限定，采用市售商品即可。

在本发明中，所述芳烷基酚醛树脂作为本发明提供的磨具材料的粘合剂， 其作用是粘合物料中各组分。在本发明提供的一个实施例中，所述芳烷基酚 醛树脂的熔点为85～105℃。在本发明提供的一个实施例中，所述芳烷基酚醛 树脂以粉末形态存在，所述芳烷基酚醛树脂粉末的粒度小于75μm。在本发明 提供的一个实施例中，所述芳烷基酚醛树脂的型号为939P。在本发明中，所 述芳烷基酚醛树脂在所述物料中的含量为30～60重量份；在本发明提供的一个 实施例中，所述芳烷基酚醛树脂在所述物料中的含量为40～55重量份。本发明 对所述芳烷基酚醛树脂的来源没有特别限定，采用市售商品即可。

在本发明中，所述3-氨基丙基三乙氧基硅烷又称为硅烷偶联剂-KH550。 在本发明中，所述3-氨基丙基三乙氧基硅烷在所述物料中的含量为0.2～1.5重量 份；在本发明提供的一个实施例中，所述3-氨基丙基三乙氧基硅烷在所述物料 中的含量为0.5～1重量份。本发明对所述3-氨基丙基三乙氧基硅烷的来源没有 特别限定，采用市售商品即可。在本发明中，所述3-氨基丙基三乙氧基硅烷的 主要作用是充当临时粘结剂，用于粘合物料中的各组分，所述3-氨基丙基三乙 氧基硅烷可以对金刚石的表面起到润湿的作用，从而使芳烷基酚醛树脂均匀 的粘结在金刚石表面，防止物料组分分层现象的产生，进而提高磨具材料的 表面稳定性，增强芳烷基酚醛树脂对各组分的粘结能力，延长磨具材料的使 用寿命。

在本发明中，所述填料为本发明提供的磨具材料的填充料。在本发明提 供的一个实施例中，所述填料包括金属和/或金属氧化物。在本发明提供的一 个实施例中，所述金属包括铜、锡、镍、铜锡合金和钴中的一种或多种。在 本发明提供的一个实施例中，所述金属氧化物包括三氧化二铬、氧化锌、氧 化钙、三氧化二铁、氧化铈和氧化镁中的一种或多种。在本发明提供的一个 实施例中，所述填料以粉末形态存在，所述填料的粒度为100～300目；在本发 明提供的一个实施例中，所述填料以粉末形态存在，所述填料的粒度为 200～250目。在本发明中，所述填料在所述物料中的含量为10～40重量份；在 本发明提供的一个实施例中，所述填料在所述物料中的含量为20～37重量份。 在本发明提供的一个填料包括金属的实施例中，所述金属在所述物料中的含 量为8～24重量份。在本发明提供的一个填料包括金属氧化物的实施例中，所 述金属氧化物在所述物料中的含量为10～13重量份。本发明对所述填料的来源 没有特别限定，采用市售商品即可。

在本发明提供的一个实施例中，所述物料还包括润滑剂和/或助磨剂。在 本发明提供的一个实施例中，所述润滑剂包括二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯 和氮化硼中的一种或多种。在本发明提供的一个实施例中，所述助磨剂包括 Na₃AlF₆、KAlF₄、KAl₃F₆、Na₃AlF₃、KBF₄和CaF₂中的一种或多种。在本发明 提供的一个实施例中，所述润滑剂在所述物料中的含量为0～6重量份；在本发 明提供的另一个实施例中，所述润滑剂在所述物料中的含量为0～5重量份。在 本发明提供的一个实施例中，所述助磨剂在所述物料中的含量为1～5重量份； 在本发明提供的另一个实施例中，所述助磨剂在所述物料中的含量为2～3.5重 量份。

在本发明提供的一个实施例中，以重量份数计，所述物料包括：

在本发明提供的另一个实施例中，以重量份数计，所述物料包括：

本发明对上述金刚石树脂磨具材料的制备工艺没有特别限定，本领域技 术人员按照金刚石树脂磨具材料的常规制备工艺进行制备即可，可以按照以 下方式进行制备：

首先，将物料装入成型模具中进行初步固化成型。所述初步固化成型的 温度优选为120～180℃；所述初步固化成型的压力优选为100～150Mpa；所述 初步固化成型的时间优选为5～10min。

之后，初步固化成型的物料在模具中常压保温固化。所述常压保温固化 的温度优选为120～180℃；所述常压保温固化的时间优选为90～120min。常压 保温固化结束后，固化成型的物料脱模，得到预固化的金刚石树脂磨具材料。

最后，所述预固化的金刚石树脂磨具材料进行再固化。所述再固化的温 度优选为140～180℃；所述再固化的时间优选为5～10h。再固化结束后，得到 金刚石树脂磨具材料。

本发明提供的金刚石树脂磨具材料添加有芳烷基酚醛树脂和3-氨基丙基 三乙氧基硅烷，同时通过优化磨具材料中各组分的含量配比，显著提高了磨 具材料中各组分间的粘合强度，从而延长了采用该磨具材料的金刚石树脂磨 具的使用寿命。此外，采用该磨具材料的金刚石树脂磨具还具有较好的磨削 锋利度，其磨加工得到的蓝宝石晶体表面粗糙度较低。实验结果表明，采用 本发明提供的磨具材料的金刚石树脂磨具磨加工蓝宝石晶体时，磨具的使用 寿命最高可提高19％，磨加工时的进刀量和磨加工后蓝宝石晶体的粗糙度均好 于使用现有金刚石树脂磨具。

本发明提供了一种金刚石树脂砂轮，所述金刚石树脂砂轮包括上述技术 方案所述的磨具材料。

本发明提供的金刚石树脂砂轮包括所述磨具材料。在本发明提供的一个 实施例中，所述金刚石树脂砂轮还包括砂轮基体，所述磨具材料套设在所述 砂轮基体上，所述磨具材料构成了金刚石树脂砂轮的磨料层。

在本发明中，所述砂轮基体是砂轮的支撑结构，本发明提供的砂轮可以 设置有砂轮基体，也可以不设置砂轮基体。本发明对所述砂轮基体的结构、 材料和尺寸没有特别限定，本领域技术人员根据实际需要，选用符合要求的 砂轮基体即可，通常采用同心圆形状的铝片。本发明对所述砂轮的规格尺寸 没有特别限定，在本发明提供的一个实施例中，所述砂轮的外径为 300～500mm，内径为150～250mm，沿砂轮轴向的高度为20～40mm，磨料层沿 砂轮径向的宽度为5～15mm。在本发明提供的一个实施例中，所述砂轮的规格 为该规格对应的砂轮尺寸为：外径400mm、内径 203mm、沿轴向的高度30mm、磨料层沿径向的宽度10mm。

本发明对上述金刚石树脂砂轮的制备工艺没有特别限定，本领域技术人 员按照金刚石树脂砂轮的常规制备工艺进行制备即可，可以按照以下方式进 行制备：

首先，将物料装入成型模具中进行初步固化成型。其中，所述物料与上 述制备金刚石树脂磨具材料的物料一致，再次不再赘述。在本发明中，若制 备具有砂轮基体的砂轮时，则将物料和砂轮基体一同装入成型模具中进行初 步固化成型。所述初步固化成型的温度优选为120～180℃；所述初步固化成型 的压力优选为100～150Mpa；所述初步固化成型的时间优选为5～10min。

之后，初步固化成型的物料在模具中常压保温固化。所述常压保温固化 的温度优选为120～180℃；所述常压保温固化的时间优选为90～120min。常压 保温固化结束后，固化成型的物料脱模，得到预固化的金刚石树脂砂轮。

最后，所述预固化的金刚石树脂砂轮进行再固化。所述再固化的温度优 选为140～180℃；所述再固化的时间优选为5～10h。再固化结束后，得到金刚 石树脂砂轮粗产品。所述粗产品进行后处理，得到金刚石树脂砂轮制品。所 述后处理的方式优选包括车磨加工和修整。

本发明提供的金刚石树脂砂轮添加有芳烷基酚醛树脂和3-氨基丙基三乙 氧基硅烷，同时通过优化砂轮中各组分的含量配比，显著提高了砂轮中各组 分间的粘合强度，从而延长了金刚石树脂砂轮的使用寿命。此外，本发明提 供的金刚石树脂砂轮具有较好的磨削锋利度，使用本发明提供的金刚石树脂 砂轮磨加工后的蓝宝石晶体表面粗糙度较低。实验结果表明，采用本发明提 供的金刚石树脂砂轮磨加工蓝宝石晶体时，砂轮的使用寿命最高可提高19％， 磨加工时的进刀量和磨加工后蓝宝石晶体的粗糙度均好于使用现有金刚石树 脂砂轮。

为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。

实施例1：

新型蓝宝石晶体加工用树脂砂轮，按照表1配比配制原料：

表1

利用以上配比计算规格为的砂轮所需原料，并混配 均匀得到混合料，将混合料和的铝材砂轮基体装入模具 内，在180℃，130MPa压力下，将混合料压制成型在基体上，保温90分钟，脱 模，将得到的预固化树脂砂轮放入烘箱在180℃继续保温8小时，得到半成品 树脂砂轮，将半成品树脂砂轮进行车磨加工，得到金刚石树脂砂轮成品。

实施例2

新型蓝宝石晶体加工用树脂砂轮，按照表2配比配制原料：

表2

利用以上配比计算规格为的砂轮所需原料，并混配 均匀得到混合料，将混合料和的铝材砂轮基体装入模具 内，在180℃，150MPa压力下，将混合料压制成型在基体上，保温120分钟， 脱模，将得到的预固化树脂砂轮放入烘箱在180℃继续保温9小时，得到半成 品树脂砂轮，将半成品树脂砂轮进行车磨加工，得到金刚石树脂砂轮成品。

实施例3

新型蓝宝石晶体加工用树脂砂轮，按照表3配比配制原料：

表3

利用以上配比计算规格为的砂轮所需原料，并混配 均匀得到混合料，将混合料和的铝材砂轮基体装入模具 内，在180℃，100MPa压力下，将混合料压制成型在基体上，保温100分钟， 脱模，将得到的预固化树脂砂轮放入烘箱在180℃继续保温7小时，得到半成 品树脂砂轮，将半成品树脂砂轮进行车磨加工，得到金刚石树脂砂轮成品。

实施例4

性能测试

采用上述实施例制备的金刚石树脂砂轮与国内郑州某研究所同规格RVD 金刚石树脂砂轮磨削4寸蓝宝石晶体圆棒(磨削前蓝宝石晶体表面粗糙度Ra为 1.3～1.5μm)，获取进刀量、磨削后蓝宝石晶体粗糙度和砂轮使用寿命数据。 测试单位为蓝思科技股份有限公司，测试结果如表4所示：

表4性能测试结果

表4中，粗糙度采用日本三丰的粗糙度检测仪进行检测，使用寿命是指砂 轮连续磨削蓝宝石晶体的使用时间，以砂轮表面磨料层出现破损区域(暴露 出内部砂轮基体)作为砂轮使用时间的终点。

通过表4可以看出，本发明提供的金刚石树脂砂轮的进刀量大于现有砂 轮，说明本发明提的金刚石树脂砂轮的磨削锋利度更好；同时，采用本发明 提供的金刚石树脂砂轮磨加工蓝宝石晶体时的砂轮使用寿命更长，磨加工后 的蓝宝石晶体的粗糙度更低。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。