一种多孔泡沫金刚石的制备方法与流程

本发明涉及一种多孔泡沫金刚石的制备方法，属于超精密磨削及抛光技术领域。

背景技术：
随着尖端科技和高端制造业的发展，超精密磨削和抛光技术成为当前研究的热点。人造金刚石单晶作为一种超硬精细磨料，具有很高的硬度，韧性和很好的热稳定性，在精密磨削和精密器件的表面抛光上得到日益广泛的应用。但在实际的使用过程中由于金刚石表面光滑与结合剂之间结合不牢，在磨削抛光过程中过早脱落，并且磨粒大颗粒破碎造成在载荷的作用下工件表面的切深增加的形成划痕，凹坑等损伤，或者破碎颗粒进入已加工区域造成工件的损伤甚至使工件返修或者报废。

技术实现要素：
针对人造金刚石单晶或者微粉作为磨料使用过程中存在由于金刚石表面光滑与结合剂之间结合不牢，在磨削抛光过程中过早脱落等缺陷，本发明的目的是在于提供一种具有多孔结构，表面粗糙，且比表面积大的泡沫金刚石的制备方法；通过该方法制备的多孔泡沫金刚石作为磨料应用于金刚石类磨削工具，能显著增强结合剂与金刚石之间的结合力，在磨削工具加工过程中，结合剂对金刚石把持力大，且多孔结构的泡沫金刚石将形成小块破碎，提高磨具的自锐性，减少应力集中，改善普通金刚石研磨抛光过程中大颗粒脱落对工件表面的划伤情况，从而提高被加工工件的表面质量和加工效率。为了实现上述技术目的，本发明提供了一种多孔泡沫金刚石的制备方法，该方法是将金刚石颗粒和/或粉末与金属粉末混合均匀后，置于保护性气氛中，在900～1000℃温度下焙烧，焙烧产物经过去除金属后，即得多孔泡沫金刚石；金属由铁族金属与非铁族有色金属组成。本发明的技术方案首次利用铁族金属对金刚石的石墨化作用来腐蚀金刚石，对金刚石表面造孔，形成多孔结构；同时利用非铁族有色金属与铁族金属元素之间性质互补作用，来改善铁族金属的缺陷，使其具有更好的腐蚀金刚石的作用。本发明多孔泡沫金刚石的制造方法还包括以下优选方案：优选的方案，金刚石颗粒和/或粉末与金属粉末的质量比为1:1～1:3。较优选的方案，铁族金属与非铁族有色金属的质量百分比组成为60～90％：10～40％。进一步优选的方案，铁族金属为铁、钴、镍中的至少一种。进一步优选的方案，非铁族有色金属为铝、铜、锡中的至少一种。优选的方案，焙烧时间为60～120min。优选的方案，金刚石颗粒和/或粉末的粒度为3～200μm。优选的方案，金刚石为人造单晶金刚石。优选的方案，去除金属的方法为酸洗或电解。优选的方案，包括以下步骤：(1)将人造单晶金刚石颗粒和/或微粉与金属粉末混合均匀后，置于坩埚中；其中，金属粉末的质量为人造单晶金刚石质量的1～3倍；金属由铁族金属与非铁族有色金属组成。(2)将所述坩埚放在管式炉内，向所述管式炉内通入保护性气体后，再以3～5℃/min的升温速率升温到900～1000℃，焙烧60～120min，随炉冷却；(3)经(2)焙烧所得产物通过电解或酸洗的去除金属，即得到多孔泡沫金刚石。相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益效果：1、本发明的方法制备的多孔泡沫金刚石，具有多孔结构，能显著提高金刚石的表面粗糙度和比表面积。2、本发明的方法制备的多孔泡沫金刚石由于其表面粗糙及多孔结构，用于削磨工具，能显著增加结合剂与金刚石之间的粘结力，增加磨削过程中结合剂对金刚石的把持力，降低磨削过程中金刚石因脱落而造成的浪费。3、本发明的方法是使金刚石表面产生多孔状结构，将其制备成工具时具有更多的切削刃，使得应力分散，使磨削纹理更细致，有效提高磨削质量。4、本发明的方法制备的多孔泡沫金刚石，在磨削过程中多孔的泡沫状金刚石会形成小块破碎脱落，增加金刚石工具的自锐性，提高磨削效率。5、与现有的研磨抛光所用的金刚石相比，本发明处理过的金刚石表面小块破碎脱落将改善现有研磨抛光过程中金刚石大颗粒破碎对工件表面的划伤情况，提高磨削质量和效率。6、经过本发明处理过的金刚石制造成磨削工具时适用于陶瓷，树脂，金属等不同的结合剂，具有普适性。7、本发明制备多孔泡沫金刚石的工艺流程简单，对设备要求不高，能够满足工业化生产的要求。附图说明【图1】为本发明泡沫金刚石处理的工艺流程图；【图2】为处理前人造单晶金刚石微粉表面的扫描电镜图；【图3】为实施例1经过金属混合粉(钴粉、镍粉和铝粉)处理的人造单晶金刚石微粉扫描电镜图片；【图4】为实施例2经过金属混合粉(铁粉、镍粉和铜粉)处理的人造单晶金刚石微粉扫描电镜图片；【图5】为实施例3经过金属混合粉(铁粉、钴粉和锡粉)处理的人造单晶金刚石微粉扫描电镜图片；【图6】为对比实施例1经过金属钴粉处理的人造单晶金刚石微粉扫描电镜图片。具体实施方式下面结合具体的实施例对本发明内容做进一步的详细说明，而不会限制本发明权利要求保护的范围。实施例1将人造单晶金刚石微粉(粒度为20～25μm)和金属混合粉(钴粉、镍粉和铝粉质量比为6:1:1)以质量比1:1进行混合，混合均匀后放入坩埚中。然后将坩埚放在管式炉内，同时在管式炉内通入保护性气体，并以3℃/min的速率升温到900℃焙烧60min，随炉冷却。将焙烧后的产物用电解或酸洗的方法处理，将金刚石与金属粉末分离，即可得到多孔的泡沫金刚石。实施例2将人造单晶金刚石微粉(粒度为40～60μm)和金属混合粉(铁粉、镍粉和铜粉质量比为7:1:1)以质量比1:2.5进行混合，混合均匀后放入坩埚中。然后将坩埚放在管式炉内，同时在管式炉内通入保护性气体，并以3℃/min的速率升温到950℃焙烧60min，随炉冷却。将焙烧后的产物用电解或酸洗的方法处理，将金刚石与金属粉末分离，即可得到多孔的泡沫金刚石。实施例3将人造金刚石微粉(粒度为40～60μm)和金属混合粉(铁粉、钴粉和锡粉质量比8:1:1)以质量比1:3混合均匀，混合均匀后放入坩埚中。然后将坩埚放在管式炉内，同时在管式炉内通入保护性气体，并以3℃/min的升温速率升温到1000℃焙烧120min,随炉冷却。将焙烧后的产物用电解或酸洗的方法处理，将金刚石与金属粉末分离，即可得到多孔的泡沫金刚石。对比实施例1将人造金刚石微粉(粒度为40～60μm)和金属钴粉以质量比1:3混合均匀，混合均匀后放入坩埚中。然后将坩埚放在管式炉内，同时在管式炉内通入保护性气体，并以3℃/min的升温速率升温到1000℃焙烧120min，随炉冷却。将焙烧后的产物用电解或酸洗的方法处理，将金刚石与金属粉末分离，即可得到多孔的泡沫金刚石。未处理的金刚石微粉的表面形貌如图2所示，图3，图4，图5，图6为经过泡沫化处理过的人造金刚石微粉的表面形貌图。与图2对比图3经过金属粉末处理过的金刚石微粉表面有孔状结构出现，由于处理温度低，孔深度和孔的面积都比较小。图4中，金刚石微粉表面孔基本分布均匀。图5中金刚石微粉表面孔的分布更加均匀，孔深度增加，表面呈现出疏松多孔的泡沫状结构。与图5对比，图6经过金属钴粉处理金刚石微粉表面没有现明显的孔状结构出现。综上，仅用铁族金属处理，金刚石表面未出现多孔泡沫状结构。经过铁族金属和非铁族有色金属混合粉末处理后，能得到表面呈疏松多孔泡沫状金刚石。这种多孔状的泡沫结构，能增加金刚石表面粗糙度，从而提高结合剂对金刚石的把持力。泡沫结构中表面小块脱落，使磨削应力分散，磨削纹理细致，为提高金刚石工具的自锐性，改善磨削抛光过程中大颗粒破碎料对工件表面的划伤情况，提高磨削质量和磨削效率做了准备。