本发明属于超硬材料和超精密磨削加工领域，特别是涉及一种纳米结合超硬微粉堆积磨料及其制备方法。
背景技术：
堆积磨料是由细粒度磨料通过粘结剂黏结起来的结块，相对于大颗粒磨料其在加工过程中，表现出使用寿命长、自锐性高、磨削效率高、切削力均衡等优点，因此，堆积磨料越来越受到磨具生产厂家的重视。
超硬微粉是指颗粒度细于36/54μm的金刚石或立方氮化硼颗粒，有单晶和多晶等不同形式。为了满足客户需求，人们通常需要对超硬材料进行粒度分级，而较大粒度的一般通过破碎分选的方法获取需要的产品；也有不少直接生长超硬微粉的，通常为多晶形式。大的可以破碎，非常小的如粒径小于0.5μm的应用十分广泛，但是对于处于0.5～2μm范围内的亚超细粉体的应用则是比较少的。
现有的堆积磨料通常在较大粒度范围内，对于超细粒度超硬粉体堆积磨料的报道还比较少，另外多数堆积磨料需要高温处理过程，存在超硬粉体氧化变质的风险。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的问题，本发明利用纳米陶瓷结合剂进行粒度再造，提供了一种纳米结合超硬微粉堆积磨料的制备方法。
具体的，本发明提供的纳米结合超硬微粉堆积磨料的制备方法，具体按照如下步骤实施：
s1：超硬粉体表面纳米包覆处理
s11：按照体积比1：1.5～2.5：1的比例分别量取硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水，充分混合后形成混合液，将混合液在45～60℃水浴下机械搅拌10～30min，然后缓慢加入稀硝酸或稀盐酸至溶胶均匀透明，最后在磁力搅拌器上均匀搅拌1～3h，得到sio2溶胶；
s12：在超声和机械搅拌条件下，向sio2溶胶中加入超硬粉体，持续搅拌1～3h，然后自然沉降，经过滤和洗涤，在80～120℃干燥1～3h，得到表面氧化硅处理的超硬微粉；
s2：按照s11的方法配制sio2溶胶，在机械搅拌条件下，向配制的sio2溶胶中缓慢加入硝酸钠溶液或硝酸钾溶液或硝酸钠和硝酸钾的混合溶液、以及硝酸铝溶液和硼酸溶液，调节ph值至7.2～8.2，继续搅拌0.5～2h，得到纳米陶瓷溶胶；
当加入的是硝酸钠溶液或硝酸钾溶液时，溶液浓度为0.5～2mol/l，硝酸钠或硝酸钾与制备纳米陶瓷溶胶所用的硅酸乙酯与的摩尔比为1：1.5～3；
当加入的是硝酸钠和硝酸钾的混合溶液时，混合溶液浓度为0.5～2mol/l，混合溶液中硝酸钠和硝酸钾的摩尔比为1～2：1～2，硝酸钠和硝酸钾与制备纳米陶瓷溶胶所用的硅酸乙酯与的摩尔比为1：1.5～3；
硝酸铝溶液浓度为0.5～2mol/l，硝酸铝与所述硅酸乙酯的摩尔比为1：2～3；硼酸溶液浓度为0.5～2mol/l，硼酸与所述硅酸乙酯的摩尔比为1：1.5～2；
s3：将表面氧化硅处理的超硬微粉置入三维混料机，在搅拌状态下首先加入聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液加入量为三维混料机中表面氧化硅处理的超硬微粉质量的1～3％，然后缓慢加入所述纳米陶瓷溶胶，控制纳米陶瓷溶胶中的sio2与表面氧化硅处理的超硬微粉的质量比在0.5～3：100，然后混料2～5h，老化5～10h后，在100～150℃下干燥3～5h；
s4：将s3处理后的超硬微粉在450～550℃下进行热处理2～5h，然后破碎、根据预定要求筛分分级，得到纳米结合的超硬堆积磨料。
优选地，s11中，所述稀硝酸或稀盐酸的浓度为0.5～2mol/l。
优选地，s12中，所述超硬粉体为细粒度为0.5～2μm的超硬微粉。
优选地，s2中，通过10％氨水调节ph值至7.2～8.2。
优选地，s3中，所用聚乙烯醇溶液的质量分数为5％～8％。
上述方法制备得到的纳米结合超硬微粉堆积磨料，自锐性好、形状保持性好。
上述方法制备得到的纳米结合超硬微粉堆积磨料，应用广泛，特别是在堆积磨料砂带、固结磨料线锯、多晶树脂磨具、研磨液或抛光膏方面的应用。
本发明的技术方案具有如下有益效果：
(1)本发明提供了一种纳米结合超硬微粉堆积磨料的制备方法，解决了一定范围内细粒度(特别是细粒度为0.5～2μm)超硬微粉(金刚石或立方氮化硼)粒度再造的问题，相对于高温高压二次生长具有成本低、见效快、制备简单和效果显著等突出优点；
(2)制备过程中，通过在超硬微粉颗粒之间引入无机纳米陶瓷结合剂，使得堆积磨料自锐性好、形状保持性好和不易堵塞等，堆积磨料粒度可控，所制得的纳米结合超硬微粉堆积磨料反应活性强，烧结温度低，远低于金刚石的700℃和立方氮化硼的850℃，很好的解决了现有技术中堆积磨料需要高温处理过程，存在超硬粉体氧化变质的问题，具有很强的适用性，在超硬砂带、固结线锯、研磨膏和抛光液等精密磨抛领域具有广阔的应用前景。
(3)本发明提供的纳米结合超硬微粉堆积磨料的制备方法，也能很好的应用到其他粒度超硬微粉，以及其他种类微粉磨料中，具有很好的实用性。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
本发明一种纳米结合超硬微粉堆积磨料的制备方法，具体按照如下步骤实施：
s1：超硬粉体表面纳米包覆处理
s11：按照体积比1：1.5～2.5：1的比例分别量取硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水，充分混合后形成混合液，将混合液在45～60℃水浴下机械搅拌10～30min，然后缓慢加入稀硝酸或稀盐酸至溶胶均匀透明，最后在磁力搅拌器上均匀搅拌1～3h，得到sio2溶胶；
s12：在超声和机械搅拌条件下，向sio2溶胶中加入超硬粉体，超硬粉体与sio2溶胶中的sio2质量比为0.8～2.5，持续搅拌1～3h，然后自然沉降，经过滤和洗涤，在80～120℃干燥1～3h，得到表面氧化硅处理的超硬微粉；
s2：按照s11的方法配制sio2溶胶，在机械搅拌条件下，向配制的sio2溶胶中缓慢加入硝酸钠溶液或硝酸钾溶液或硝酸钠和硝酸钾的混合溶液、以及硝酸铝溶液和硼酸溶液，调节ph值至7.2～8.2，继续搅拌0.5～2h，得到纳米陶瓷溶胶；
当加入的是硝酸钠溶液或硝酸钾溶液时，溶液浓度为0.5～2mol/l，硝酸钠或硝酸钾与制备纳米陶瓷溶胶所用的硅酸乙酯与的摩尔比为1：1.5～3；
当加入的是硝酸钠和硝酸钾的混合溶液时，混合溶液浓度为0.5～2mol/l，混合溶液中硝酸钠和硝酸钾的摩尔比为1～2：1～2，硝酸钠和硝酸钾与制备纳米陶瓷溶胶所用的硅酸乙酯与的摩尔比为1：1.5～3；
硝酸铝溶液浓度为0.5～2mol/l，硝酸铝与所述硅酸乙酯的摩尔比为1：2～3；硼酸溶液浓度为0.5～2mol/l，硼酸与所述硅酸乙酯的摩尔比为1：1.5～2；
s3：将表面氧化硅处理的超硬微粉置入三维混料机，在搅拌状态下首先加入聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液加入量为三维混料机中表面氧化硅处理的超硬微粉质量的1～3％，然后缓慢加入所述纳米陶瓷溶胶，控制纳米陶瓷溶胶中的sio2与表面氧化硅处理的超硬微粉的质量比在0.5～3：100，然后混料2～5h，老化5～10h后，在100～150℃下干燥3～5h；
s4：将s3处理后的超硬微粉在450～550℃下进行热处理2～5h，然后破碎、根据预定要求筛分分级，得到纳米结合的超硬堆积磨料。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步举例说明。
实施例1
本实施例一种纳米结合金刚石微粉堆积磨料的制备方法，具体制备过程为：
s1：金刚石微粉表面纳米包覆处理
s11：按照体积比1：1.5：1的比例分别量取硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水，充分混合后形成混合液，将混合液在45℃水浴下机械搅拌30min，然后缓慢加入2mol/l的稀硝酸至溶胶均匀透明，最后在磁力搅拌器上均匀搅拌3h，得到sio2溶胶；
s12：在超声和机械搅拌条件下，向sio2溶胶中加入金刚石微粉，金刚石微粉与sio2溶胶中的sio2质量比为2，该金刚石微粉粒度为0.5～1μm，持续搅拌1h，然后自然沉降，经过滤和洗涤，在120℃干燥1h，得到表面氧化硅包覆处理的金刚石微粉；
s2：按照上述方法配制sio2溶胶，在机械搅拌条件下，向配制的sio2溶胶中分别缓慢加入1mol/l的硝酸钠溶液、1mol/l的硝酸铝溶液以及1mol/l的硼酸溶液，采用10％氨水调节ph值至7.2，继续搅拌1h，得到纳米陶瓷溶胶；
硝酸钠与制备纳米陶瓷溶胶所用的硅酸乙酯与的摩尔比为1：2，硝酸铝与制备纳米陶瓷溶胶所用的硅酸乙酯的摩尔比为1：2，硼酸与制备纳米陶瓷溶胶所用的硅酸乙酯的摩尔比为1：2；
s3：将表面氧化硅处理的金刚石微粉置入三维混料机，在搅拌状态下首先加入能够增强粘附性能的聚乙烯醇溶液(7wt％)，然后缓慢加入所述纳米陶瓷溶胶，聚乙烯醇溶液加入量为三维混料机中表面氧化硅处理的金刚石微粉质量的1％；纳米陶瓷溶胶的加入量通过纳米溶胶中的sio2与金刚石微粉的质量比来控制，控制纳米陶瓷溶胶中的sio2与金刚石微粉的质量比在2：100，然后混料2h，老化5h后，在100℃下干燥3h；
s4：将s3处理后的金刚石微粉在450℃下进行热处理5h，然后破碎、筛分分级，得到不同型号的纳米结合的金刚石堆积磨料。
实施例2
本实施例一种纳米结合多晶金刚石微粉堆积磨料的制备方法，具体制备过程为：
s1：多晶金刚石微粉表面纳米包覆处理
s11：按照体积比1：2.5：1的比例分别量取硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水，充分混合后形成混合液，将混合液在60℃水浴下机械搅拌10min，然后缓慢加入0.5mol/l稀盐酸至溶胶均匀透明，最后在磁力搅拌器上均匀搅拌1h，得到sio2溶胶；
s12：在超声和机械搅拌条件下，向sio2溶胶中加入多晶金刚石粉体，多晶金刚石微粉与sio2溶胶中的sio2质量比为2.5，该多晶金刚石粒度为0.5～2μm，持续搅拌3h，然后自然沉降，经过滤和洗涤，在80℃干燥3h，得到表面氧化硅处理的多晶金刚石微粉；
s2：按照上述方法配制sio2溶胶，在机械搅拌条件下，向配制的sio2溶胶中缓慢加入1mol/l的硝酸钠和硝酸钾混合溶液、1mol/l的硝酸铝溶液、以及1mol/l的硼酸溶液，上述混合溶液中，硝酸钠和硝酸钾的摩尔比为1:1，然后采用10％氨水调节ph值至8.2，继续搅拌0.5h，得到纳米陶瓷溶胶；
硝酸钠和硝酸钾混合溶液与制备纳米陶瓷溶胶所用的硅酸乙酯与的摩尔比为1：1.5，硝酸铝与硅酸乙酯的摩尔比为1：2，硼酸与硅酸乙酯的摩尔比为1：2；
s3：将表面氧化硅处理的多晶金刚石微粉置入三维混料机，在搅拌状态下首先加入聚乙烯醇溶液(7wt％)，然后缓慢加入所述纳米陶瓷溶胶，聚乙烯醇溶液加入量为三维混料机中表面氧化硅处理的多晶金刚石质量的3％；控制溶胶中的sio2与多晶金刚石微粉的质量比在3：100，然后混料5h，老化10h后，在150℃下干燥5h；
s4：将s3处理后的多晶金刚石微粉在450℃下进行热处理2h，然后破碎、筛分分级，得到不同型号的纳米结合的多晶金刚石堆积磨料。
实施例3
本实施例一种纳米结合cbn微粉堆积磨料的制备方法，具体制备过程为：
s1：cbn粉体表面纳米包覆处理
s11：按照体积比1：2：1的比例分别量取硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水，充分混合后形成混合液，将混合液在55℃水浴下机械搅拌25min，然后缓慢加入1mol/l稀盐酸至溶胶均匀透明，最后在磁力搅拌器上均匀搅拌2h，得到sio2溶胶；
s12：在超声和机械搅拌条件下，向sio2溶胶中加入cbn粉体，cbn粉体与sio2溶胶中的sio2质量比为2.5，该cbn粉体为细粒度为0.5～2μm之间的超硬微粉，持续搅拌2h，然后自然沉降，经过滤和洗涤，在105℃干燥2.5h，得到表面氧化硅处理的cbn粉体；
s2：按照上述方法配制sio2溶胶，在机械搅拌条件下，向配制的sio2溶胶中缓慢加入1mol/l的硝酸钾混合溶液、1mol/l的硝酸铝溶液、以及1mol/l的硼酸溶液，然后采用10％氨水调节ph值至8.2，继续搅拌0.5h，得到纳米陶瓷溶胶；
硝酸钾溶液与制备纳米陶瓷溶胶所用的硅酸乙酯与的摩尔比为1：2.5，硝酸铝与硅酸乙酯的摩尔比为1：2.5，硼酸与硅酸乙酯的摩尔比为1：2；
s3：将表面氧化硅处理的cbn微粉置入三维混料机，在搅拌状态下首先加入聚乙烯醇溶液(5wt％)，然后缓慢加入所述纳米陶瓷溶胶，聚乙烯醇溶液加入量为三维混料机中表面氧化硅处理的cbn微粉质量的2.2％；控制溶胶中的sio2与cbn微粉的质量比在2.4：100，然后混料3.5h，老化7h后，在120℃下干燥4h；
s4：将s3处理后的cbn微粉在517℃下进行热处理3h，然后破碎、筛分分级，得到不同型号的纳米结合的cbn堆积磨料。
实施例1～实施例3制得的纳米结合超硬堆积磨料工艺稳定，质量可靠，性能优良。例如我们分别选取了实施例1～3中所制备的粒度为12～22μm的纳米陶瓷结合金刚石、多晶金刚石和cbn堆积磨料，采用粉体法分别制备了超硬堆积磨料精磨砂带，对碳化钨硬质合金进行磨削，加工硬质合金表面粗糙度分别达到0.29μm、0.18μm和0.23μm，且非常均匀；而为了对照所选取的600目sic堆积磨料砂带加工的表面粗糙度起伏较大，最小粗糙度仅为0.45μm，且加工效率远低于所制备的纳米陶瓷结合超硬堆积磨料砂带。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。