[发明专利]一种金属超薄砂轮脱脂烧结一体化的热等静压方法

说明书

本发明采用的金属超薄砂轮脱脂烧结一体化的热等静压方法，脱脂和烧结在真空状态下或在工艺确定的气体，如氢、氮氢混合气、甲烷等，保护下进行；压坯在同一炉体内进行烧结和热等静压压制，实现均匀收缩和致密化，避免了降温冷却、升温加热的附加操作，也避免了压坯在移动时可能受到损坏，同时利用气体作为传压介质，保证了烧结与热等静压压制时压力的稳定性和均匀性，确保最终制得的砂轮性能得到提升。

技术领域

本发明属于机械加工中的超硬材料及制品技术领域，特别涉及一种金属超薄砂轮脱脂烧结一体化的热等静压方法。

背景技术

超薄砂轮主要用于光学、电子及光通讯等领域的滤光片、半导体芯片、光纤分路器、LED等关键零部件的精密切割加工，广泛用于芯片划片、封装切割、LED切割、光纤阵列开槽、陶瓷套管切断以及贵重材料的分割等工序。这些材料对切割精度及加工质量要求很高，对工件崩口、裂纹、划伤、毛刺、剥离等都有严格控制。

金属超薄砂轮的传统成形烧结工艺是将普通钢模压制的粉末压坯放入特定模具内进行热压烧结，但该工艺在压制前的粉末摊料过程中会使金刚石、CBN等磨料在砂轮两侧面上的分布密度出现差异。为此有人开发出了用聚乙烯醇、石蜡等粘结剂与粉料混合后辊压成形，然后对坯料进行脱脂处理再进行高温烧结。但块坯经脱脂后的强度往往都很低，二次搬运过程中极易造成破碎或形成裂纹，废品率较高。此外，后续的烧结工艺对砂轮性能有着至关重要的影响。若直接进行无压烧结，块坯在短时间内根本无法致密化，强度很低；若仍采用传统的模压烧结则需要经过装模和卸磨工序，易对砂轮造成损坏的同时也增加了工序的复杂性。而且热压所用的模具属于消耗品，在使用过程中自身会不断发生磨损，模具精度降低也会导致所烧结的砂轮的精度低。最重要的是，模压烧结时模具压力传递并不均匀，这就会导致烧结的砂轮制品密度不均匀，从而导致砂轮各处的强度也不均匀，进而影响切削精度。

因此，需要提供一种新的金属超薄砂轮烧结工艺，改善砂轮的均匀性。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种金属超薄砂轮脱脂烧结一体化的热等静压方法，

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种金属超薄砂轮脱脂烧结一体化的热等静压方法，包括以下步骤：

(1)放置生坯

将辊压成形的砂轮生坯间隔放入热等静压炉内的样品架上，且样品架与砂轮生坯之间垫有防润湿黏合层；

(2)抽真空

放置砂轮生坯后将炉门关闭并进行密封，开启真空泵，根据实际需要将炉内气压抽到设定的负压值；

(3)升温脱脂

开启加热装置，以适当的升温速率加热至粘结剂分解挥发温度，且真空泵开启维持炉内低压状态，随后再以相对较缓慢的升温速率升温至炉内气压不再上升为止，则脱脂阶段完成；

高温烧结

将炉内温度升高到砂轮的烧结温度，进行高温烧结；

若砂轮的材料为液相烧结，则直接冷却出炉，

若砂轮的材料为固相烧结，则进行步骤(5)；

(5)热等静压

脱脂及烧结完成后，保持炉内烧结温度不变，通入工作气体并对气体加压，所需的气压值由下式得出：

式中，Dv为体积扩散系数；

Ω为原子体积；

G为晶粒尺寸；

T为热等静压温度；