一种改性金刚石磨粒的制备方法与流程

1.本发明涉及超硬磨粒表面处理技术领域，尤其涉及一种改性金刚石磨粒的制备方法。


背景技术：

2.超硬磨粒多用于精密磨削、研磨、抛光和超精加工等，被广泛应用于冶金、石油钻探、建筑工程、机械加工、仪器仪表、电子工业、航空航天以及现代尖端科学领域。超硬磨粒还可以制成研磨浆或者磨具使用。金刚石磨粒是最常见的超硬磨粒之一。通常，都会对金刚石磨粒的表面进行处理，以提高研磨的效率和质量，而且表面处理过的金刚石磨粒在磨具上的附着力会更强。目前，金刚石磨粒的表面处理方法多为蚀刻或者覆膜，如图1-2所示，为蚀刻前后的金刚石磨粒表面示意图，蚀刻的方式容易对金刚石磨粒的稳定性造成冲击，大多数情况下，蚀刻的金刚石磨粒会更容易破碎，强度变差。而覆膜的方式通常有金属/合金覆膜(如铜、镍、钛、钼、铜锡钛合金、镀钴合金等)和非金属覆膜(如陶瓷)，覆膜的金刚石磨粒与模具基体的结合力更好，但是因为覆膜具有一定厚度，相对来说对其表面粗糙度的影响会比较大，而且其制备成本很高。


技术实现要素：

3.针对现有技术中对金刚石磨粒的表面处理会造成金刚石磨粒的强度变差或者制备成本高的问题，本发明的目的在于提供一种改性金刚石磨粒的制备方法，其制备得到的改性金刚石磨粒具有较高的表面粗糙度且强度不会变差，另外制备工艺简单成本低。
4.为达到上述目的，本发明公开了一种改性金刚石磨粒的制备方法：
5.将金刚石磨粒置于加热设备中，在700-1500℃温度条件下，加入碳化物气体和催化气体，碳化物气体和催化气体的流速均控制在5-100l/min，反应1-8h，冷却后即得改性金刚石磨粒。
6.其中，催化气体为氢气和氮气；碳化物气体为烯烃类气体，烯烃类气体的化学式为cxhy，其中，x＝1-4，y＝2-10。
7.氮气、氢气和碳化物气体的体积含量为：氮气40-89％，氢气1-10％，碳化物气体10-50％。
8.优选地，所述的碳化物气体至少包括丙烯、丙烷、乙烯、乙烷、甲烷和煤气中的一种。
9.优选地，所述氮气、氢气和碳化物气体的占比为：氮气47-83％，氢气2-8％，碳化物气体15-45％。
10.优选地，所述氮气、氢气和碳化物气体的占比为：氮气54-66％，氢气4-6％，碳化物气体30-40％。
11.优选地，所述碳化物气体和催化气体的流速均控制在30-70l/min；所述加热设备的内腔温度控制在800-1200℃；反应时间控制在3-7h。
12.优选地，所述碳化物气体和催化气体的流速均控制在45-60l/min；所述加热设备的内腔温度控制在900-1100℃；反应时间控制在4-5h。
13.优选地，在金刚石磨粒放入加热设备之前，先执行以下步骤：
14.对金刚石磨粒进行清洗，去除其表面的杂质。
15.将清洗后的金刚石磨粒烘干。
16.本发明具有以下有益效果：
17.本发明在高温条件下，通过催化气体将碳化物气体裂解成碳单元体，使之以金刚石磨粒为衬底，沿固定晶面指数方向生长，进而在金刚石磨粒表面生成呈规则形状(锥形)的金刚石凸起。通过此方法得到的改性金刚石磨粒其表面积能够增大20％以上，而且表面粗糙度好，利于研磨，同时还能提高了改性金刚石磨粒与金属、陶瓷等结合剂的把持力。金刚石磨粒和金刚石凸起为同种物质，其结合度高，不易脱落，而且改性后的金刚石磨粒其强度不会降低。此外，本发明方法工艺简单、易于操作，生产成本相对较低。
附图说明
18.图1为表面未处理的金刚石磨粒的示意图。
19.图2为传统加工模式表面处理后的金刚石磨粒的示意图。
20.图3为本发明改性金刚石磨粒的表面示意图之一。
21.图4为本发明改性金刚石磨粒的表面示意图之二。
22.图5为表面粗糙度的测量示意图。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
24.本发明公开了一种改性金刚石磨粒的制备方法，其包括以下步骤：
25.首先，准备好规定尺寸的金刚石微粒，通常尺寸为0.1-1000μm之间，具体尺寸根据实际使用场合来定。
26.然后，对金刚石微粒进行清洗，清除金刚石磨粒表面的杂质。清洗干净的金刚石微粒烘干备用。可以先用酸或碱或无机盐进行清洗，然后再用清水冲洗干净。使用酸洗或碱洗或无机盐清洗是本领域人员所熟知的技术，本案中不再赘述。
27.之后，通过cvd法在金刚石磨粒表面生成金刚石凸起。将金刚石磨粒置于加热设备中，在高温条件下，加入碳化物气体和催化气体。在催化气体的作用下，碳化物气体裂解出碳单元体(c)、碳复合体(c1/c2/c3/c6等)以及ch
n-(ch-/ch
2-等)，其中，碳单元体以金刚石磨粒为衬底并在其表面生长出规则形状的金刚石凸起。
28.碳化物气体为烯烃类气体或含烯烃类气体的混合气体，烯烃类气体的化学式为c
xhy
，其中，x＝1-4，y＝2-10。作为优选，碳化物气体为丙烯、丙烷、乙烯、乙烷、甲烷和煤气中的一种或多种。催化气体则为氢气和氮气。
29.金刚石凸起的生长过程因不同晶面间距不同而呈现出不一样的生长速率。大体上来说，反应过程中，加热设备的内腔温度控制在700-1500℃，反应时间控制在1-8h。碳化物气体和催化气体的流速均控制在5-100l/min。此外，碳化物气体和催化物气体的体积含量，
即氮气、氢气和碳化物气体的体积含量为：氮气40-89％，氢气1-10％，碳化物气体10-50％。
30.在反应时间结束后，等待加热设备自然冷却后即得改性金刚石磨粒，经本发明制备出的改性金刚石磨粒其表面示意图如图3-4所示。
31.为了验证本发明的可行性，选用10μm(误差控制在
±
1μm内)、100μm(误差控制在
±
3μm内)和1000μm(误差控制在
±
5μm内)三种规格的金刚石磨粒为原型，并等量称取，通过选用不同的碳化物气体，同时选择不同的反应过程参数进行试验验证，具体参数设置如表1所示，对于各实施例制备出的改性金刚书磨粒，各实施例中选取5粒进行检测，各实施例对应的检测结果的平均数如表2所示。
32.表1
[0033][0034]
表2
[0035][0036][0037]
由表2可知，本发明制备出的改性金刚石磨粒，相比于改性前，其表面粗糙度不小于0.95，质量略有增加，但是其强度基本保持不变，其表面积增大20％以上。其中，表面粗糙度表示二维图像的测量值，其按照clemex图像分析仪，clemex vision user’s guide pe2001中的规定定量了物体的边缘或边界的坑货尖端的范围或程度。表面粗糙度是有改凸起周长除以周长的比值确定的，锁着坑和尖端程度的提高，表面粗糙度因子降低。凸起周长和周长的示意如图5所示。
[0038]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。