一种复合材料的磨抛加工工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种可以实现复合材料的磨抛加工工艺方法，特别是针对细粒度复合 材料，如金刚石/铜复合材料、金刚石/铝复合材料和金属陶瓷等的去除加工。
【背景技术】
[0002] 复合材料，是以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料，各种材料 在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各 种不同的要求。复合材料的类型可分为纤维增强复合材料、夹层复合材料、细粒复合材料、 混杂复合材料，其中细粒复合材料是将硬质细粒均匀分布于基体中。复合材料在应用过程 中常常需要进行机械加工，以达到使用的精度要求。由于材料硬度不均，采用常规的车削、 铣削和磨削等方法加工细粒复合材料，往往会造成刀具磨损快、加工精度低、增强体脱落等 问题。尤其是金刚石与金属基复合而成的材料，由于金刚石是公认的自然界硬度最高的材 料，采用传统的机械加工方式，不但材料去除效率低、刀具磨损快，甚至还会造成金刚石颗 粒脱落，破坏材料的原有性能。
[0003] 针对以上问题，本发明提出先根据基体和增强体（如金刚石）性质选择磨料，所选 磨料能够快速有效去除基体并能与增强体发生摩擦磨损去除，再通过抛光的方式去除材料 表面增强体的突出部分的工艺方法。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在提供一种复合材料的磨抛加工工艺，该工艺链在不破坏复合材料性能 的前提下，实现材料的均匀去除，达到复合材料的加工要求，并提高复合材料的加工效率。
[0005] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0006] -种复合材料的磨抛加工工艺，所述复合材料由基体和增强体复合而成；其特征 是，所述磨抛加工工艺包括如下步骤：
[0007] a)对复合材料进行磨削，所选磨削用的磨料硬度大于复合材料中基体的硬度且能 与复合材料中的增强体发生摩擦磨损而去除增强体，磨削过程中复合材料中的增强体相对 于基体表面形成凸台；
[0008] b)当所述凸台相对于基体表面的突出高度不大于5 μπι时，对复合材料进行抛光， 直到所述凸台完全去除，所选抛光用的磨料粒度不大于复合材料中增强体的粒度。
[0009] 由此，本发明先根据基体和硬质点材料性质选择磨料，所选磨料能够有效去除基 体并能与硬质点发生摩擦磨损去除，再通过抛光的方式去除材料表面硬质点的突出部分， 试验证明本发明在不破坏复合材料性能的前提下，实现了材料的均匀去除，达到复合材料 的加工要求，工艺经济、有效。
[0010] 以下为本发明的进一步改进的技术方案：
[0011] 进一步地，所述磨削用的磨料硬度较基体硬度高2级以上，较增强体的硬度低1-2 级，这种磨料可以与增强体发生摩擦磨损而去除增强体的效果最好，如磨抛加工金刚石/ 铜复合材料是，所选磨料为碳化硅（硬度为9级），较基体铜的硬度（3级）高，较增强体金 刚石（硬度10级）的硬度低。
[0012] 优选地，所述磨削用的磨料粒度为增强体粒度的0. 9 - I. 1倍。
[0013] 进一步地，所述增强体为金刚石，所述磨削用的磨料为碳化硅，所述抛光用的磨料 为金刚石。换句话说，本发明尤其适用于如金刚石/铜复合材料、金刚石/铝复合材料和金 属陶瓷等的去除加工。
[0014] 更优选地，对复合材料进行抛光完成后，复合材料的表面粗糙度为0. 4 μπι~ 0· 6 μ m〇
[0015] 进一步地，本发明对复合材料进行磨削包括如下步骤：
[0016] 1)、粗加工，磨削砂轮转速为5000r/min -7000r/min，单次切深4 μ m一 6 μ m ；
[0017] 2)、精加工，磨削砂轮转速为5000r/min -7000r/min，单次切深1 μm -3 μπι。
[0018] 以下结合实施例对本发明做进一步的描述：
[0019] 本发明是通过磨削和抛光综合的方法对以金刚石为增强体的复合材料进行磨、抛 加工。本方法分为两步：首先对复合材料进行磨削加工。根据复合材料中基体和金刚石增 强体的性能确定磨料磨具的种类，由于金刚石是自然界中最硬的物质，即使选用以金刚石 为磨料的砂轮磨削加工，也无法有效去除复合材料，甚至会造成砂轮表面金刚石的磨顿，无 法去除工件材料，因此，本发明首先选用硬度略小于金刚石磨料，所选磨料可保证能够有效 去除基体，并与金刚石产生摩擦磨损去除，如减薄金刚石/铜复合材料时，可选用以碳化硅 为磨料的砂轮；磨料的粒度可根据金刚石的尺寸和浓度选择（所选磨料粒度应与金刚石颗 粒粒度大小相近），以保证复合材料中基体的均匀去除，控制金刚石的突出高度（保证金 刚石的突出高度在5 μπι之内）。本工序允许复合材料基体与硬质点之间产生微小尺寸的 "凸台"，在确保硬质点不脱落产生凹坑破坏材料性能的条件下，提高材料的去除效率。当材 料去除量距要求去除厚度约为5 μ m时，再对磨削表面进行精密抛光加工，根据金刚石的性 能选择金刚石抛光盘，要求金刚石抛光盘的粒度小于复合材料中金刚石颗粒的粒度，如当 复合材料中金刚石粒度为80#时，可选择600#的金刚石抛光盘，复合材料中金刚石粒度为 150#时，可选择800#的金刚石抛光盘，复合材料中金刚石粒度为280#时，可选择2000#的 金刚石抛盘，以此类推，保证工件的尺寸精度和表面精度。
[0020] 本发明是基于对以金刚石为增强体的复合材料性能和加工要求的了解，对复合材 料进行磨、抛加工。在磨削加工过程中，主要实现基体材料的切削去除以及金刚石增强体的 磨损去除。本工序使得金刚石增强体颗粒磨钝，产生"凸台"，为后续金刚石研磨盘有效抛光 加工提供条件。调整磨削参数控制金刚石突出高度不大于5 μπι，且基体材料余量约为5 μπι 时，开始抛光加工。在复合材料去除的过程中，对工件表面形貌、及表面粗糙度进行检测，保 证高效去除复合材料，并保证材料的原有性能。比如，金刚石/铜复合材料因其良好的导热 性和热膨胀性，常被应用在封装领域，其材料中的金刚石颗粒粒度、颗粒浓度是保证材料的 导热性和热膨胀性的重要因素，因此，在减薄过程中不允许出现磨粒脱落现象，并且根据封 装工艺的要求，减薄后材料表面表面粗糙度应保证Ra < 0. 8。通