一种柔性抛光垫的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及研磨抛光技术领域，尤指一种针对超硬材料进行研磨加工的柔性抛光垫。
【背景技术】
[0002]磁性体、功能陶瓷、石英、蓝宝石等超硬材料是精密机械、光电信息、太阳能等领域广泛使用的重要材料，这些材料具有硬度高、脆性大等物理特点，成型加工、表面抛光非常困难，而研磨抛光是对硬脆材料进行后期加工的一种重要方法。
[0003]对硬脆材料进行研磨抛光的方法通常是采用研磨抛光液，将抛光液输入到两个平面研磨盘间进行研磨抛光，工件也位于研磨盘间，研磨盘的材料类型有铸铁盘或陶瓷盘，研磨抛光液主要由磨料、酸碱调节剂、表面活性剂和氧化剂等组分构成(典型配方可参考中国申请公开发明专利201510332654.9、201510334985.6、201510388669.7、201210101944.9);而采用研磨抛光液进行研磨抛光属于磨料游离式加工，该方案存在一些缺点，例如加工效率低下，磨料使用量巨大、需要较大量的研磨设备，废液处理成本高。但游离式研磨抛光的优点在于其加工材料所获得的表面质量非常好，划伤率低。
[0004]相对于普通磨料游离式加工而言，固结磨料研磨抛光加工技术在此背景下应运而生。固结磨料主要将磨料颗粒用粘结剂固定，靠表面凸起的磨料粒子与工件相互作用，达到材料去除的效果。采用固结磨料研磨抛光，有较高的加工效率，可减少废液处理工艺和工件的清洗工作，大大减轻了环境污染。固结磨料常用的结合剂有金属结合剂(如中国专利20 10800 32 1 39.4，金属结合剂磨石及其制造方法)、树脂结合剂(如中国专利201110329216.9，一种树脂砂轮及其制备方法)以及陶瓷结合剂(如中国专利200910225700.X，陶瓷结合砂轮)等。在多种结合剂中，陶瓷结合剂制备的固结磨料具有较多优点:强度高，耐热性好，磨削过程中不易发热和堵塞孔洞，具有稳定长寿和较高的磨削效率。但用陶瓷结合剂制备的固结磨料对材料进行研磨和抛光存在易划伤的问题。
[0005]为了解决固结磨料对材料表面的划伤问题，业内通常采用树脂结合剂或橡胶来制备固结磨料。例如中国专利201410539722.4，一种采用纳米聚集结构磨料的固定磨料抛光垫，主要采用纳米聚集结构磨料为纳米聚集氧化硅、纳米聚集氧化铝、纳米聚集氧化铈作为磨料，由于原料的组成问题，限制了针对使用的对象，同时加工去除率不高;再如中国专利201110068907.8，固结磨料抛光垫及其制备方法，提出一种具有多层磨料层结构的固结磨料抛光垫，磨料层中磨料的密度从顶层至底层逐渐增大。该固结磨料抛光垫一般由研磨颗粒和树脂胶黏剂混合压制形成。中国专利200710024821.9，公布了一种具有自修正功能的固结磨料研磨抛光垫及制备方法，专利中提及该研磨抛光垫由磨料层、刚性层组成，其中磨料层由超硬磨料和丙烯酸类或聚二甲基硅烷等高分子材料构成，虽然高分子粘结剂固结磨料抛光垫可以降低划伤几率，但加工去除率非常低。
【发明内容】
[0006]为了为提升固结磨料抛光垫的去除效率，同时避免产生大量划伤，本发明旨在提供一种针对超硬、超脆材料，可以取代传统的游离磨料研磨加工，提高研磨加工效率，并减小工件表面划伤的柔性抛光垫。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种柔性抛光垫，所述的抛光垫主要由耐高温柔性纤维垫、超硬复合陶瓷薄片和柔性树脂组成，其中超硬复合陶瓷薄片附着在耐高温柔性纤维垫上，柔性树脂渗透在纤维垫和超硬复合陶瓷薄片的缝隙和孔洞中，所述的抛光垫的制备方法如下:
(一)制备超硬复合陶瓷:所述的超硬复合陶瓷包括浆料和粘接剂，浆料主要由磨料和陶瓷粘结剂组成;所述的磨料以超硬材料为主要原料，成分配比及粒度如下:
超硬材料3?60 wt%，粉体粒度0.5?26 um；
所述的陶瓷粘结剂以高岭土、石英砂、硼砂、氢氧化锂、氧化锌、氧化铁、氧化铜、萤石的混合粉体为主要原料，各成分配比及粒度如下，
高岭土I?3 wt%，粉体粒度0.I?2 um；
石英砂10?40 wt%，粉体粒度I?10 um；
硼砂15?20 wt%，粉体粒度I?10 um；
氢氧化锂5?15 wt%，粉体粒度I?20 um；
萤石10?35 wt%，粉体粒度I?10 um；
氧化铜3?5 wt%，粉体粒度I?10 um；
氧化锌3?5 wt%，粉体粒度I?10 um；
氧化铁3?5 wt%，粉体粒度I?10 um；
按上述配方将各组分充分混合搅拌均匀，再按固体40?60份，去离子水60?40份，粘接剂I?5份的比例混合搅拌1-2小时，制备成超硬复合陶瓷浆料；
(二)制备柔性纤维垫-超硬复合陶瓷薄片复合体:将步骤(一)中所述的超硬复合陶瓷浆料均匀涂覆到耐高温柔性纤维垫的表面，然后干燥;将干燥后的坯体放入真空烧结炉中，抽真空至5?20 Pa，在200?300 °C条件下加热20?40分钟，再升温至600?900 °C，保温2?3小时，再自然冷却至室温，使超硬复合陶瓷薄片在纤维垫表面原位烧结；
(三)成型抛光垫:原位烧结后，再用柔性树脂浸润耐高温柔性纤维垫-超硬复合陶瓷薄片复合体，使树脂填充到陶瓷薄片的裂纹和孔洞以及纤维编织体中，再使树脂固化，最后将超硬复合陶瓷薄片表面的树脂去除，使超硬复合陶瓷薄片的表面露出，即可获得柔性抛光垫。
[0008]所述的超硬材料为单晶金刚石、多晶金刚石、碳化硼、立方氮化硼、碳化硅、白刚玉、棕刚玉中的一种或多种。
[0009]所述耐高温柔性纤维垫为碳纤维、玻璃纤维、石棉中的一种或几种编织体，厚度为0.1?3mm0
[0010]所述柔性树脂为环氧树脂、聚氨酯、硅胶树脂、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚乙二醇、固体石蜡、聚氯乙烯的一种或多种。
[0011 ]所述粘接剂为偶联剂，或聚丙烯酸，或聚丙烯酸与聚丙烯酸盐的混合物，或偶联剂与聚丙烯酸的混合物，或偶联剂与聚丙烯酸、聚丙烯酸盐的混合物。
[0012]所述的抛光垫主要由耐高温柔性纤维垫、超硬复合陶瓷薄片和柔性树脂组成，其中超硬复合陶瓷薄片附着在耐高温柔性纤维垫上，柔性树脂渗透在纤维垫和超硬复合陶瓷薄片的缝隙和孔洞中，所述的抛光垫的制备方法如下
(一)制备超硬复合陶瓷:所述的超硬复合陶瓷包括浆料和粘接剂，浆料主要由磨料和陶瓷粘结剂组成;所述的磨料以多晶金刚石为主要原料，陶瓷粘结剂以高岭土、石英砂、硼砂、氢氧化锂、氧化锌、氧化铁、氧化铜、萤石的混合粉体为主要原料，称取以下质量比例的材料:
高岭土3 *丨％，粉体粒度0.2 um；
石英砂38 wt%，粉体粒度I um;
硼砂15wt%，粉体粒度I um;
氢氧化锂5 wt%，粉体粒度5 um；
萤石30 wt%，粉体粒度5 um；
氧化铜3wt%，粉体粒度2 um；
氧化锌3 wt%，粉体粒度2 um；
氧化铁3 wt%，粉体粒度2 um；
并以固体含量为50质量，去离子水50份质量的比例混合搅拌I小时后，于球磨机中研磨I小时;球磨后称取100质量份的球磨浆料，并加入55质量份多晶金刚石，粉体粒度为3 um,加入5质量份的聚丙烯酸，用搅拌机搅拌I小时，获得超硬复合陶瓷浆料；
(二)制备柔性纤维垫-超硬复合陶瓷薄片复合体:使用comma涂布机将制得的上述浆料均匀涂布在厚度为0.3 mm的玻璃纤维垫上，涂层厚度为0.5?I mm，使用的玻璃纤维为多孔性结构，所涂布的浆料可以渗透入纤维的缝隙和孔洞中，待浆料干燥后，将涂布有坯料的纤维垫放入真空烧结炉中，抽真空至5?20 Pa，在200?300 °C条件下加热20?40分钟，再升温至600?900 °C，保温2?3小时，再自然冷却至室温，使超硬复合陶瓷薄片在玻璃纤维垫表面原位烧结；
(三)成型抛光垫:原位烧结后，再用弹性聚氨酯浸润耐高温柔性纤维垫-超硬复合陶瓷薄片复合体，使树脂填充到陶瓷薄片的裂纹和孔洞以及纤维编织体中，等待树脂固化后，将复合陶瓷薄片的表面树脂去除，使陶瓷薄片表面露出，获得柔性抛光垫。
[0013]—种柔性抛光垫，所述的抛光垫主要由耐高温柔性纤维垫、超硬复合陶瓷薄片和柔性树脂组成，其中超硬复合陶瓷薄片附着在耐高温柔性纤维垫上，柔性树脂渗透在纤维垫和超硬复合陶瓷薄片的缝隙和孔洞中，所述的抛光垫的制备方法如下:
(一)制备超硬复合陶瓷:所述的超硬复合陶瓷包括浆料和粘接剂，浆料主要由磨料和陶瓷粘结剂组成;所述的磨料以立方氮化硼为主要原料，陶瓷粘结剂以高岭土、石英砂、硼砂、氢氧化锂、氧化锌、氧化铁、氧化铜、萤石的混合粉体为主要原料，称取以下质量比例的材料:
高岭土3 *丨％，粉体粒度0.2 um；
石英砂38 wt%，粉体粒度I um;
硼砂15wt%，粉体粒度I um;
氢氧化锂5 wt%，粉体粒度5 um；
萤石30 wt%，粉体粒度5 um；
氧化铜3wt%，粉体粒度2 um； 氧化锌3 wt%，粉体粒度2 um；
氧化铁3 wt