[发明专利]一种磨粒/氧化铝核壳结构的复合磨粒及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于磨料加工技术领域，涉及一种磨粒/氧化铝核壳结构的复合磨粒及其制备方法和应用。

背景技术

随着光学、光电子学、数码产品和IC产业的蓬勃发展，各种超光滑表面的功能性硬脆材料的需求日益增多。在精密超精密加工领域，化学机械抛光技术是获得超光滑无损伤表面的最有效方法。传统化学机械抛光工艺采用游离磨料加工，这种方法存在加工效率低、成本高、污染严重、工艺可控性差等缺点，而固结磨料化学机械抛光有效地克服了上述缺点，且达到平面化所需的材料去除量大大减小。固结磨料抛光时，当突出的磨粒所受的剪切力大于基体的把持力时，会导致磨粒脱落，从而降低了磨料利用率和磨具的使用寿命。而且，脱落的磨粒易划伤工件表面，降低工件表面质量。因此，磨料的无序脱落和分布不均问题困扰了固结磨料加工（研磨抛光）技术的广泛应用。

针对上述问题，国内外普遍采用表面镀覆“毛刺”镍或铜来提高磨粒与基体结合力的方法。DeBeers公司（现名Element Six）的CDA系列，GE公司（现名Diamond Innovations）的RVG系列，一般是镀30％、50％或55％的铜或镍，采用的方法一般为化学镀或电镀法。从制备角度看：化学镀法存在着镀层厚度有限，镀覆过程较慢，镀液易分解、易产生游离镍等缺点。电镀法只适用于金属粉末，对非金属粉末需在其表面涂覆一层导电膜，增加了工艺的复杂性。从使用角度看：磨料表面的镍层或铜层必然会降低磨粒的锋利性，限制了其在研磨与抛光领域的应用；另外，表面镀覆有镍或铜层的磨粒无法应用于陶瓷基体，应用领域受到限制。

目前尚未发现通过在磨粒（如）金刚石表面包覆氧化铝来提高基体与磨料结合力的报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种磨粒/氧化铝核壳结构的复合磨粒。

本发明的另一目的是提供该磨粒/氧化铝核壳结构的复合磨粒的制备方法。

本发明的优异目的是提供该磨粒/氧化铝核壳结构的复合磨粒的应用。

本发明的目的可通过如下技术方案实现：

一种磨粒/氧化铝核壳结构的复合磨粒，该复合磨粒内核选自作为磨粒的金刚石、碳化物、氧化物或硼化物中的一种或多种，外壳为氧化铝包覆层。

所述的内核优选自金刚石、立方氮化硼、碳化硅、碳化硼、氧化铝、氧化硅中的一种或多种，其粒径为5nm～500μm，包覆层氧化铝质量为复合磨粒质量的1～52％。

所述的复合磨粒优选通过如下步骤制备得到：

（1）将预处理后的内核粉体加入到pH值为3～8的缓冲液中，配制成内核质量分数为5～15％的水溶液，超声分散1h后，升温至50～80℃；

（2）将包覆物前驱体配制成0.05～0.4mol/L的溶液，逐滴加入到步骤（1）制备的内核质量分数为5～15％的悬浮液中并剧烈搅拌，保持溶液pH值恒定，搅拌方式为机械搅拌；

（3）将上一步反应物离心，沉淀溶于酒精，超声分散后经120℃烘干24h，300～550℃热处理1h以上，得到所述的磨粒/氧化铝核壳结构的复合磨粒。

其中，所述的缓冲液根据包覆体系所需pH值选择邻苯二甲酸、氢氧化钠、六次甲基四胺、氨水、磷酸二氢钠、盐酸、醋酸、邻苯二甲酸氢钾、醋酸钠、磷酸氢钠中的一种或几种组成用水配制而成。

所述的包覆物前驱体优选AlCl₃或Al(NO₃)₃中的一种或两种。

所述的磨粒/氧化铝核壳结构的复合磨粒的制备方法，包含如下步骤：

（1）将预处理后的内核粉体加入到pH值为3～8的缓冲液中，配制成内核质量分数为5～15％的水溶液，超声分散1h后，升温至50～80℃；

（2）将包覆物前驱体配制成0.05～0.4mol/L的溶液，逐滴加入到步骤（1）制备的内核质量分数为5～15％的悬浮液中并剧烈搅拌，保持溶液pH值恒定，搅拌方式为机械搅拌；

（3）将上一步反应物离心，沉淀溶于酒精，超声分散后经120℃烘干24h，300～550℃热处理1h以上，得到所述的磨粒/氧化铝核壳结构的复合磨粒；

其中，所述的内核选自作为磨粒的金刚石、碳化物、氧化物或硼化物中的一种或多种，所述的包覆物前驱体为AlCl₃或Al(NO₃)₃中的一种或两种。

其中，所述的内核选自金刚石、立方氮化硼、碳化硅、碳化硼、氧化铝、氧化硅中的一种或多种，其粒径为5nm～500μm。