[发明专利]一种蜂窝状金刚石工具的浆料直写成型方法

说明书

本发明公开了一种蜂窝状金刚石工具的浆料直写成型方法，该蜂窝状金刚石工具为一直径为80‑150mm且高度为50‑120mm的圆柱体，其上下顶面具有若干六边形蜂窝状通孔，该六边形蜂窝状通孔的边长为2‑3mm，且若干六边形蜂窝状通孔占的总面积为该圆柱体上顶面的总面积的30‑40％。本发明可以制备传统方法难以成型的复杂蜂窝结构，并可以根据磨削要求调整蜂窝孔的打印尺寸，这些多孔蜂窝状结构能提高容屑排屑空间，有效排除磨削产生的碎屑，加快散热，自锐性好，避免堵塞造成的热损伤。

技术领域

本发明属于磨具材料技术领域，具体涉及一种蜂窝状金刚石工具的浆料直写成型方法。

背景技术

随着超精密磨削技术的发展，对砂轮的加工效率、加工质量提出了更高的要求。多孔结构的陶瓷结合剂金刚石砂轮在使用过程中具有自锐性好、排屑空间大、磨削力小等优势，在磨削半导体衬底、硬质合金、新型陶瓷等硬度高、脆性大、精度要求高的材料具有明显优势。现有技术中，金刚石工具主要采用热压成型的方式制备，而传统热压成型的方法利用干法混合容易团聚，人工压制简单形状无法满足高质量磨削轨迹的要求。此外，热压成型通过添加造孔剂，烧结时造孔剂完全分解产生孔隙，制备的气孔属于被动成型，气孔的大小和形状由于造孔剂堆积、燃烧过程中变形等因素难以控制。利用增材制造技术可以制备任何复杂结构，提高自动化程度。

目前常用的3D打印技术包括SLM和SLS，SLM和SLS技术可以打印带有冷内却流道的金刚石工具，但这两种方法均需要采用激光高温烧结至1000℃以上，而金刚石微粉烧结到700℃以上会出现石墨化，且激光逐层烧结存在烧结质量不均等缺陷。利用浆料直写成型技术湿法混合粉末无团聚现象，可打印蜂窝状金刚石工具后进行烧结，一体化成型整体结构。然而目前浆料直写成型技术中常用的陶瓷结合剂粉末以SiO₂为主要成分，烧结后形状和尺寸变化大，无法保持良好的蜂窝结构。且这些陶瓷结合剂粉末颗粒为微米级，粉末颗粒甚至大于金刚石磨料，无法完整包裹金刚石微粉，结合强度低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种蜂窝状金刚石工具的浆料直写成型方法。

本发明的技术方案如下：

一种蜂窝状金刚石工具的浆料直写成型方法，该蜂窝状金刚石工具为一直径为80-150mm且高度为50-120mm的圆柱体，其上下顶面具有若干六边形蜂窝状通孔，该六边形蜂窝状通孔的边长为2-3mm，且若干六边形蜂窝状通孔占的总面积为该圆柱体上顶面的总面积的30-40％；

具体包括如下步骤：

(1)将熔点为655-665℃的纳米陶瓷粉和金刚石微米颗粒以70-80wt％∶20-30wt％的比例充分混合，获得混合粉末；该纳米陶瓷粉的原料包括：64-65重量份的硅粉、5.8-6.3重量份的氧化钠、9-12重量份的氧化铝、2.9-3.3重量份的氧化钾和10-11重量份的三氧化二硼；(2)将聚壳糖充分分散于去离子水中，获得浓度为2.8-3.1wt％的聚壳糖溶液；

(3)将步骤(1)制得的混合粉末与步骤(2)所得的聚壳糖溶液混合均匀，获得浆料，该混合粉末与该聚壳糖溶液的体积比为69-70％∶30-31％；

(4)将步骤(3)制得的浆料加入浆料直写成型设备的针筒中，通过逐层叠加的方式打印成设计的形状，获得坯体；

(5)将步骤(4)制得的坯体干燥至恒重，然后进行烧结，即得所述蜂窝状金刚石工具。

在本发明的一个优选实施方案中，所述金刚石微米颗粒的粒径为5-40μm。

在本发明的一个优选实施方案中，所述纳米陶瓷粉的原料由65重量份的硅粉、6重量份的氧化钠、12重量份的氧化铝、3重量份的氧化钾和11重量份的三氧化二硼组成，其熔点为660℃。

在本发明的一个优选实施方案中，所述聚壳糖溶液的浓度为3wt％。