[发明专利]一种基于纳米镍粉的金刚石晶体表面机械化学抛光方法

说明书

一种基于纳米镍粉的金刚石晶体表面机械化学抛光方法，属于金刚石刀具制造技术领域。本发明从金刚石晶体与过渡族金属元素在摩擦高温催化作用下发生化学反应入手，结合前期积累的金刚石晶体机械刃磨抛光加工经验，采用涂覆纳米镍粉的抛光垫加工金刚石晶体平面。通过金刚石晶体平面的抛光工艺实验，详细分析了抛光垫往复运动频率和往复运动行程、机床主轴转速、抛光压力、金刚石晶体对抛光垫挤压深度、抛光时间、重复涂粉时间间隔等工艺参数对金刚石晶体平面抛光效果的影响规律，包括表面粗糙度Ra和表面粗糙度Rz，并建立优化的金刚石晶体表面抛光工艺，实现表面粗糙度Ra 0.6nm或Rz 3.6nm，为高精度金刚石刀具的机械化学抛光加工工艺技术迈出了探究性的一步。

技术领域

本发明涉及一种适合于抛光金刚石晶体表面的工艺方法，属于金刚石刀具制造技术领域。

背景技术

精密与超精密加工技术是为了适应大规模集成电路、航天和国防等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的一类加工技术，其在机械加工领域具有重要的地位，是先进制造技术的重要支柱。精密与超精密加工技术除了在国防航天中有重要应用外，在民用领域也有重要的需求，比如计算机的芯片、磁盘的磁头、录像机的磁鼓、光盘和激光头、光学系统元件等，都需要精密与超精密加工才能达到要求。如上所述，现代社会生活已经离不开精密与超精密加工技术的支撑。

工欲善其事，必先利其器。要使得精密与超精密技术发挥最大效能，除了要有精密的设备、精密的检测仪器之外，超精密加工刀具在精密与超精密加工领域也是十分重要的。金刚石集力学、热学、声学和光学等众多方面的优异性能于一身，具有极高的硬度、极小的摩擦因数、高热导率、低热膨胀系数和良好化学惰性，是制造超精密切削刀具的理想材料。金刚石刀具在精密与超精密加工中具有重要的地位，其中天然金刚石刀具是最适于超精密切削加工的刀具。

天然金刚石刀具根据刀头修光刃几何形状的差异，可分为直线修光刃金刚石刀具和圆弧修光刃金刚石刀具，其中圆弧修光刃金刚石刀具的应用更加广泛。目前，大部分高精度圆弧修光刃金刚石刀具仍需进口，对于高精度金刚石刀具制造技术，国外公司一直视为商业机密不对外开放，与此相关的技术文献相当鲜见。因此，我国基于自身的科研条件探索研究高精度金刚石刀具的制造工艺技术十分必要。

国外对金刚石刀具制造技术的研究相对比国内早，目前已知的加工方法有多种，包括机械刃磨法、热化学抛光法、机械化学抛光法、离子束抛光法、激光加工法、等离子刻蚀法等。但从行业应用情况分析，目前天然金刚石刀具的制造仍主要采用机械刃磨方法。机械刃磨法突出的优势在于高研磨效率，但由于金刚石刀具与刃磨工具，如铸铁盘、金刚石砂轮盘等，有持续的接触，接触会产生一定的压力，使刃口不断地受到磨粒冲击，导致金刚石刀具刃口会产生崩刃，刀具表面亦会形成微细的磨削沟槽，从而影响金刚石刀具的切削性能，使金刚石刀具的寿命降低。因此，消除这些缺陷十分必要。如能用化学方法加工金刚石刀具，通过化学反应使金刚石刀具表面达到原子级光滑水平，这将极具使用价值。因为单纯的化学加工方法可以避免磨粒对金刚石刀具表面的冲击，防止崩刃或磨粒刻划金刚石刀具表面，从而获得超光滑的金刚石刀具表面。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于纳米镍粉的金刚石晶体表面机械化学抛光方法，从金刚石晶体与过渡族金属元素在摩擦高温下能发生化学反应作用入手，结合前期积累的金刚石晶体机械刃磨抛光加工经验，采用涂覆纳米镍粉的抛光垫加工金刚石晶体平面。通过金刚石晶体平面的抛光工艺实验，详细分析了抛光垫往复运动频率和往复运动行程、机床主轴转速、抛光压力、金刚石晶体对抛光垫挤压深度、抛光时间、重复涂粉时间间隔等工艺参数对金刚石晶体平面抛光效果的影响规律，包括表面粗糙度Ra和表面粗糙度Rz，并建立优化的金刚石晶体表面抛光工艺，实现表面粗糙度Ra 0.6nm或Rz 3.6nm，为高精度金刚石刀具的化学抛光加工工艺技术迈出了探究性的一步。

本发明探索了纳米镍粉对金刚石刀具表面的可加工性，探究了纳米镍粉与金刚石晶体表面在摩擦高温下的化学反应作用，建立了化学方法的加工试验工艺系统，进行了加工效果试验，得出了使用纳米镍粉抛光金刚石晶体表面的优选工艺参数。