CN104385118A - 一种金刚石丸片及其应用方法、研磨工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金刚石丸片，所述金刚石丸片为包含有复合结合剂和金刚石磨粒的复合结合剂金刚石丸片。本发明还公开了一种研磨工具、及金刚石丸片的应用方法。
Description
技术领域
本发明涉及研磨技术，尤其涉及一种金刚石丸片及其应用方法、研磨工具。
背景技术
随着现代科学技术的发展，软脆材料在现代高技术行业的诸多领域得到广泛应用，例如：用于高性能红外焦平面器衬底材料的碲锌镉(CZT)晶体，用于惯性约束核聚变的非线性光学材料磷酸二氢钾(KDP)晶体，宽禁带半导体电子材料砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)，光学玻璃材料等软脆材料在各自的应用领域中均具有优异的性能；因此，这些性能优异软脆材料的应用也成为了国际上高新技术领域的研究热点。所述软脆材料属于脆性材料，它的“软”只是一个相对的概念，是相较于通常的硬脆材料而言，例如：典型硬脆材料硅的莫氏硬度为7，但CZT晶体的莫氏硬度仅为2.3，KDP晶体的莫氏硬度为2.5，GaAs的莫氏硬度为4.5。
在软脆材料的应用过程中，需要对所述软脆材料进行超精密加工，传统的超精密加工方法包括研磨加工和抛光加工；其中，所述研磨加工的目的是使软脆材料工件的尺寸符合要求，提高所述软脆材料工件的面形精度，降低所述软脆材料工件的表面粗糙度，以及减少所述软脆材料工件表面损伤层；所述抛光加工的目的是去除所述软脆材料工件在上道工序中生成的损伤层，降低所述软脆材料工件的表面粗糙度，以使所述软脆材料工件符合要求。
这里，所述研磨加工又包括粗研加工和精研加工；所述粗研加工和精研加工的区别在于研磨过程中所采用的研磨工具的磨粒的粒度不同，因此，所述粗研加工侧重于加工余量和面形精度，而所述精研侧重于面形、尺寸精度以及表面粗糙度和损伤层；但是，采用所述传统的超精密加工方法中的所述精研加工方法对所述软脆材料进行加工时，虽然能改善面形精度，但是不能抑制在所述软脆材料工件上产生的深划痕和凹坑，这些深划痕和凹坑需要在后续抛光工序中增加时间才能去除，或者无法完全去除导致良品率降低。因此，亟需一种新型精研加工方法，既能抑制在所述软脆材料工件上产生的深划痕和凹坑，也能改善软脆材料工件的面形精度，提高所述软脆材料工件的良品率以及减少后续抛光时间。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种金刚石丸片及其应用方法、研磨工具，能抑制在所述软脆材料工件上产生的深划痕和凹坑，且能改善软脆材料工件的面形精度。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种金刚石丸片，所述金刚石丸片为包含有复合结合剂和金刚石磨粒的复合结合剂金刚石丸片。
上述方案中，所述复合结合剂金刚石丸片的形状为圆柱形、月牙形或六棱柱型。
上述方案中，所述复合结合剂包括金属结合剂和树脂结合剂。
本发明实施例还提供了一种研磨工具，包括研磨盘；其中，所述研磨盘中粘附有若干个权利要求1至3任一项所述的复合结合剂金刚石丸片。
上述方案中，所述研磨盘中粘附的若干个复合结合剂金刚石丸片的排列方式为：纵横平行式、同心圆等距式、同心圆径向式、多头螺旋线式、单头螺旋线式以及射线式中的任意一种。
上述方案中，所述研磨盘中粘附的各个复合结合剂金刚石丸片的排列间距为1至20mm。
本发明实施例还提供了一种金刚石丸片的应用方法，所述方法包括：
采用设置有金刚石丸片的研磨工具对软脆材料进行研磨；
其中，所述金刚石丸片为包含有复合结合剂和金刚石磨粒的复合结合剂金刚石丸片；
所述研磨工具的研磨盘中粘附有若干个复合结合剂金刚石丸片。
上述方案中，所述方法还包括：
根据所述软脆材料的软硬度确定所述复合结合剂金刚石丸片在所述研磨盘中的粘附方式；
其中，所述粘附方式包括：纵横平行式、同心圆等距式、同心圆径向式、多头螺旋线式、单头螺旋线式以及射线式中的任意一种。
上述方案中，所述研磨盘中粘附的各个复合结合剂金刚石丸片的排列间距为1至20mm。
上述方案中，所述复合结合剂金刚石丸片的形状为圆柱形、月牙形或六棱柱型。
上述方案中，采用设置有金刚石丸片的研磨工具对软脆材料进行研磨后，得到的软脆材料的表面粗糙度为：轮廓算术平均偏差Ra是4至10nm，轮廓最大高度Rz是50至65nm，评定长度内最大的峰谷垂直距离Rt是60至90nm。
本发明实施例金刚石丸片及其应用方法、研磨工具，将复合结合剂与金刚石磨粒混合得到复合结合剂金刚石丸片，并采用附着有所述复合结合剂金刚石丸片的研磨工具对软脆材料进行精研磨；如此，由于所述复合结合剂既具有较好的整体保形能力，又能使金刚石磨粒在受力时适度退移，使得磨粒切削深度几近一致，因此，采用本发明实施例所述的金刚石丸片及其应用方法、研磨工具，能抑制在所述软脆材料工件上产生的深划痕凹坑，同时也能改善软脆材料工件的面形精度，进而提高所述软脆材料工件的良品率以及减少后续抛光时间。
附图说明
图1为采用金属结合剂金刚石丸片对软脆材料工件进行精研磨的示意图；
图2为采用树脂结合剂金刚石丸片对软脆材料工件进行精研磨的示意图；
图3为本发明实施例研磨工具的结构示意图；
图4为本发明实施例复合结合剂金刚石丸片的排列方式的结构示意图。
具体实施方式
传统的精研加工方法可以采用金属结合剂金刚石丸片对软脆材料工件进行精研磨，由于所述金属结合剂金刚石丸片的刚性较大，因此，加工去除率高，对软脆材料工件保形能力好。但是，如图1所示，由于所述金属结合剂金刚石丸片的粒度不一致，包括大磨粒1和小磨粒2，且所述金属结合剂金刚石丸片的刚性较大，因此，在精研加工过程中，易在所述软脆材料工件4上形成深划痕凹坑3；如此，就导致抛光加工时的去除率降低，进而导致总去除率降低；而且，由于在精研加工过程中产生了深划痕凹坑，因此，延长了抛光加工的加工时间，甚至导致废品率上升。
传统的精研加工方法还可以采用树脂结合剂金刚石丸片对软脆材料工件进行精研磨，如图2所示，虽然树脂结合剂金刚石丸片的粒度不一致，包括大磨粒1和小磨粒2，但由于树脂结合剂具有较好的弹塑性，精研加工中使磨粒趋于等切深切削，磨粒受力接近一致，减小了最大磨粒的应力，因此，采用所述树脂结合剂金刚石丸片对所述软脆材料工件4进行精研磨时，能够避免深划痕凹坑，使软脆材料工件4的表面质量好；但是，由于树脂结合剂整体刚性较差，因此，采用所述树脂结合剂金刚石丸片进行精研时不易改善所述软脆材料工件的面形精度，甚至会恶化软脆材料工件的面形精度。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种金刚石丸片及其应用方法、研磨工具，为了能够更加详尽地了解本发明的特点与技术内容，下面结合附图和具体实施例对本发明的实现做进一步详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。
实施例一
本发明实施例提供了一种金刚石丸片，其中，所述金刚石丸片为包含有复合结合剂和金刚石磨粒的复合结合剂金刚石丸片。
上述方案中，所述复合结合剂金刚石丸片的形状为圆柱形、月牙形或六棱柱型。
上述方案中，所述复合结合剂包括金属结合剂和树脂结合剂。
这里，所述复合结合剂中的金属结合剂主要包括：铜粉、锡粉、镁粉以及磷粉等；所述树脂结合剂主要为聚酰亚胺树脂；所述复合结合剂中各组分的质量百分比为：铜粉20-40％、锡粉5-10％、镁粉5-15％、磷粉2-7％、聚酰亚胺树脂30-50％。
所述复合结合剂金刚石丸片的制备方法包括：将所述复合结合剂与金刚石磨粒混合、并搅拌均匀后，倒入磨具中、且在250-350℃、80-110MPa的条件下成型；随后，将成型后的所述复合结合剂与金刚石磨粒的混合物在280-350℃的条件下，烧结3至5小时，冷却后即得到所述复合结合剂金刚石丸片。
本发明实施例金刚石丸片，将复合结合剂与金刚石磨粒混合得到复合结合剂金刚石丸片，如此，当采用附着有所述复合结合剂金刚石丸片的研磨工具对软脆材料进行精研磨时，由于所述复合结合剂中既包含有金属结合剂，又包含有树脂结合剂，这样就使得所述复合结合剂金刚石丸片既具有金属结合剂金刚石丸片的特性，又具有树脂结合剂金刚石丸片的特性，也就是说，所述复合结合剂中的金属结合剂成分作为复合结合剂金刚石丸片的框架具有较好的整体保形能力，而所述复合结合剂中局部的树脂结合剂成分能够使所述复合结合剂金刚石丸片表层的金刚石磨粒在受力时适度退移，以使磨粒切削深度一致，因此，采用本发明实施例所述的金刚石丸片，能抑制在所述软脆材料工件上产生的深划痕凹坑，同时也能改善软脆材料工件的面形精度，进而提高所述软脆材料工件的良品率以及减少后续抛光时间。
实施例二
本发明实施例还提供了一种研磨工具，包括研磨盘；其中，所述研磨盘中粘附有若干个复合结合剂金刚石丸片。
上述方案中，所述研磨盘中粘附的若干个复合结合剂金刚石丸片的排列方式为：纵横平行式、同心圆等距式、同心圆径向式、多头螺旋线式、单头螺旋线式以及射线式中的任意一种。
上述方案中，所述研磨盘中粘附的各个复合结合剂金刚石丸片的排列间距为1至20mm。
这里，如图3所示，所述研磨工具为超精密平面研磨机5，其中，所述超精密平面研磨机的研磨盘中粘附有多个复合结合剂金刚石丸片6；
具体地，所述研磨盘主要由盘体7、粘结剂和所述复合结合剂金刚石丸片6组成；其中，所述盘体7作为所述复合结合剂金刚石丸片6的载体，所述若干个复合结合剂金刚石丸片6按照一定排列方式、通过所述粘结剂固定于所述盘体7中；当所述超精密平面研磨机5的主轴带动所述研磨盘旋转时，不同排列规则的复合结合剂金刚石丸片6对待研磨工件进行精研磨，例如：图3所示的软脆材料工件4进行精研磨。
这里，如图4所示，图4(a)为所述复合结合剂金刚石丸片采用纵横平行式的排列方式粘附于所述盘体后的示意图；图4(b)为所述复合结合剂金刚石丸片采用同心圆等距式的排列方式粘附于所述盘体后的示意图；图4(c)为所述复合结合剂金刚石丸片采用同心圆径向式的排列方式粘附于所述盘体后的示意图；从图4中可以看出，图4(c)与图4(b)所示的排列方式类似，即：所有复合结合剂金刚石丸片处于多个同心圆中，只是图4(c)中所示的各复合结合剂金刚石丸片所处的同心圆为非等距的；图4(d)为所述复合结合剂金刚石丸片采用多头螺旋线式的排列方式粘附于所述盘体后的示意图；图4(e)为所述复合结合剂金刚石丸片采用单头螺旋线式的排列方式粘附于所述盘体后的示意图；图4(f)为所述复合结合剂金刚石丸片采用射线式的排列方式粘附于所述盘体后的示意图。
本发明实施例研磨工具的研磨盘中粘附有复合结合剂金刚石丸片，而且，所述复合结合剂金刚石丸片包含有复合结合剂和金刚石磨粒，如此，采用附着有所述复合结合剂金刚石丸片的研磨工具对软脆材料进行精研磨时，由于所述复合结合剂中既包含有金属结合剂，又包含有树脂结合剂，这就使得所述复合结合剂金刚石丸片既具有金属结合剂金刚石丸片的特性，又具有树脂结合剂金刚石丸片的特性，也就是说，所述复合结合剂中的金属结合剂成分作为复合结合剂金刚石丸片的框架具有较好的整体保形能力，而所述复合结合剂中局部的树脂结合剂成分能够使所述复合结合剂金刚石丸片表层的金刚石磨粒在受力时适度退移，以使磨粒切削深度一致，因此，采用本发明实施例所述的研磨工具，能抑制在所述软脆材料工件上产生的深划痕凹坑，同时也能改善软脆材料工件的面形精度，进而提高所述软脆材料工件的良品率以及减少后续抛光时间。
实施例三
本发明实施例还提供了一种金刚石丸片的应用方法，所述方法包括：
采用设置有金刚石丸片的研磨工具对软脆材料进行研磨；
其中，所述金刚石丸片为包含有复合结合剂和金刚石磨粒的复合结合剂金刚石丸片；
所述研磨工具的研磨盘中粘附有若干个复合结合剂金刚石丸片。
上述方案中，所述方法还包括：
根据所述软脆材料的软硬度确定所述复合结合剂金刚石丸片在所述研磨盘中的粘附方式；
其中，所述粘附方式包括：纵横平行式、同心圆等距式、同心圆径向式、多头螺旋线式、单头螺旋线式以及射线式中的任意一种。
这里，一般情况下，所述复合结合剂金刚石丸片在所述研磨盘中的粘附方式为同心圆等距式或同心圆径向式；但是，对于较软的软脆材料而言，通常采用排布较密集一些的粘附方式，例如，同心圆等距式、同心圆径向式、多头螺旋线式或单头螺旋线式；而对于较硬的软脆材料而言，通常采用较稀疏一些的粘附方式，例如，纵横平行式或射线式；值得注意的是，上述粘附方式仅是用于解释本发明，并非用于限制本发明的实现方式，在实际应用中，对于不同软硬度的材料还可以选用其他的粘附方式。
上述方案中，所述研磨盘中粘附的各复合结合剂金刚石丸片的排列间距为1至20mm。
上述方案中，所述复合结合剂金刚石丸片的形状为圆柱形、月牙形或六棱柱型。
上述方案中，采用设置有金刚石丸片的研磨工具对软脆材料进行研磨后，得到的软脆材料的表面粗糙度为：轮廓算术平均偏差Ra为4至10nm，轮廓最大高度Rz为50至65nm，评定长度内最大的峰谷垂直距离Rt为60至90nm。
本发明实施例金刚石丸片及其应用方法、研磨工具，将复合结合剂与金刚石磨粒混合得到复合结合剂金刚石丸片，并采用附着有所述复合结合剂金刚石丸片的研磨工具对软脆材料进行精研磨，如此，由于所述复合结合剂中既包含有金属结合剂，又包含有树脂结合剂，这就使得所述复合结合剂金刚石丸片既具有金属结合剂金刚石丸片的特性，又具有树脂结合剂金刚石丸片的特性，也就是说，所述复合结合剂中的金属结合剂成分作为复合结合剂金刚石丸片的框架具有较好的整体保形能力，而所述复合结合剂中局部的树脂结合剂成分能够使所述复合结合剂金刚石丸片表层的金刚石磨粒在受力时适度退移，以使磨粒切削深度一致，因此，采用本发明实施例所述的金刚石丸片及其应用方法、研磨工具，能抑制在所述软脆材料工件上产生的深划痕凹坑，同时也能改善软脆材料工件的面形精度，进而提高所述软脆材料工件的良品率以及减少后续抛光时间。
下面结合一具体应用场景对本发明实施例的优势进行阐述，具体地：
采用本发明实施例二所述的研磨工具对软脆光学玻璃材料工件进行高效精密研磨，包括：
步骤一：将复合结合剂与粒度号为1800#金刚石磨粒混合；其中，所述复合结合剂中各组分的质量百分比为：铜粉30％、锡粉10％、镁粉10％、磷粉7％、聚酰亚胺树脂43％。
步骤二：搅拌混合后的所述复合结合剂与所述金刚石磨粒，待搅拌均匀后，倒入磨具中，且在温度为350℃、压强为110MPa的条件下，将所述复合结合剂与所述金刚石磨粒的混合物成型；
步骤三：将成型后的所述复合结合剂与金刚石磨粒的混合物在350℃的条件下，烧结5小时，随后冷却至室温，即得到所述复合结合剂金刚石丸片；
步骤四：采用粘结剂将步骤三得到的所述复合结合剂金刚石丸片粘附于研磨工具的研磨盘中；
步骤五：采用粘附有所述复合结合剂金刚石丸片的研磨工具对所述软脆光学玻璃材料工件进行精研磨，其中，精研磨过程中压力为250kPa，研磨盘的转速为1500rpm，切削液浓度为10％，精研磨时间为8秒。
在步骤五所述的精研磨条件下，对所述软脆光学玻璃材料工件进行精研磨后，所述软脆光学玻璃材料工件的表面粗糙度变为：Ra是5.50nm，Rz是59.29nm，Rt是65.30nm；
这里，在所述精研磨之前，所述软脆光学玻璃材料工件经过粗研磨后的表面粗糙度为Ra为295.33nm，Rz 8.79μm，Rt 12.20μm。
采用实施例三所述的方法对软脆光学玻璃材料工件进行精研磨后，所述软脆光学玻璃材料工件面形精度高，表面无深划痕；而且，所述软脆光学玻璃材料工件的表面接近抛光后的表面，如此，能有效减少后序抛光加工时间。
以上所述仅是本发明实施例的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明实施例的保护范围。
Claims (11)
1.一种金刚石丸片，其特征在于，所述金刚石丸片为包含有复合结合剂和金刚石磨粒的复合结合剂金刚石丸片。
2.根据权利要求1所述的金刚石丸片，其特征在于，所述复合结合剂金刚石丸片的形状为圆柱形、月牙形或六棱柱型。
3.根据权利要求1或2所述的金刚石丸片，其特征在于，所述复合结合剂包括金属结合剂和树脂结合剂。
4.一种研磨工具，包括研磨盘；其特征在于，所述研磨盘中粘附有若干个权利要求1至3任一项所述的复合结合剂金刚石丸片。
5.根据权利要求4所述的研磨工具，其特征在于，所述研磨盘中粘附的若干个复合结合剂金刚石丸片的排列方式为：纵横平行式、同心圆等距式、同心圆径向式、多头螺旋线式、单头螺旋线式以及射线式中的任意一种。
6.根据权利要求4或5所述的研磨工具，其特征在于，所述研磨盘中粘附的各个复合结合剂金刚石丸片的排列间距为1至20mm。
7.一种金刚石丸片的应用方法，其特征在于，所述方法包括：
采用设置有金刚石丸片的研磨工具对软脆材料进行研磨；
其中，所述金刚石丸片为包含有复合结合剂和金刚石磨粒的复合结合剂金刚石丸片；
所述研磨工具的研磨盘中粘附有若干个复合结合剂金刚石丸片。
8.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述软脆材料的软硬度确定所述复合结合剂金刚石丸片在所述研磨盘中的粘附方式；
其中，所述粘附方式包括：纵横平行式、同心圆等距式、同心圆径向式、多头螺旋线式、单头螺旋线式以及射线式中的任意一种。
9.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于，所述研磨盘中粘附的各个复合结合剂金刚石丸片的排列间距为1至20mm。
10.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于，所述复合结合剂金刚石丸片的形状为圆柱形、月牙形或六棱柱型。
11.根据权利要求7至10任一项所述的应用方法，其特征在于，采用设置有金刚石丸片的研磨工具对软脆材料进行研磨后，得到的软脆材料的表面粗糙度为：轮廓算术平均偏差Ra是4至10nm，轮廓最大高度Rz是50至65nm，评定长度内最大的峰谷垂直距离Rt是60至90nm。
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