[发明专利]一种低温陶瓷结合剂金刚石砂轮及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低温陶瓷结合剂金刚石砂轮及其制备方法，属于超硬磨具制作技术领域。所述低温陶瓷结合剂金刚石砂轮原料包括：陶瓷结合剂1～80份，磨料1～70份、造孔剂1～30份；所述陶瓷结合剂原料包括：30％～50％mol氧化铋、30％～50％mol氧化硼、2％～10％mol氧化硅、2％～10mol％氧化铝。将陶瓷结合剂原料经球磨、熔炼、水淬、再次球磨、干燥过筛获得陶瓷结合剂初始材料，再加入增强相球磨混合后得到优异烧结性能和机械强度的低温陶瓷结合剂，最后将低温陶瓷结合剂与磨料、造孔剂球磨混料，经冷压、烧结得到陶瓷结合剂金刚石砂轮，制得的金刚石砂轮有很好的磨削性能，可以对单晶硅实现高锋利性磨削加工。

技术领域

本发明涉及超硬磨具制作技术领域，特别涉及一种低温陶瓷结合剂金刚石砂轮及其制备方法。

背景技术

超硬工具是由结合剂和超硬磨料颗粒组成的复合材料，按照结合剂种类可划分为金属、树脂、陶瓷结合剂三大类。其中金属结合剂自锐性差、气孔率低、磨削效率低；树脂结合剂较软，磨削时容易变形，不能有效地磨削PCD刀具；而陶瓷结合剂金刚石砂轮研磨效率比金属结合剂砂轮高，具有高强度，耐热性能好，切削锋利，磨削效率高的特点，且在磨削过程中不易发热和堵塞，热膨胀量小，易控制加工精度，适用于各种硬质合金、陶瓷、玻璃、珠宝、模具、工具的精密磨削加工。随着科技的发展、新型材料不断增长以及机械加工向高质量、高精度、高效率、自动化方向的转化，使得陶瓷结合剂金刚石砂轮的应用范围越来越广，尤其是在晶体管、集成电路、电子电力器件和光电子器件等领域，对硅片、蓝宝石和碳化硅等半导体材料进行背面减薄时需要大量高性能的陶瓷结合剂金刚石砂轮。

虽然陶瓷结合剂金刚石砂轮的刚性大、自锐性好、对金刚石磨粒把持力大、气孔率可调，适用于硬脆材料加工，但是仍存在烧结温度高，烧结时金刚石易发生石墨化，金刚石砂轮磨削性能低等问题。近些年，在超硬工具制造过程中使用的陶瓷结合剂主要有传统矿物陶瓷结合剂、玻璃结合剂和微晶玻璃结合剂等，然而传统矿物陶瓷结合剂对金刚石磨粒的把持力较低、砂轮组织结构不均匀，磨削精度无法保证，玻璃结合剂中铝硅酸盐玻璃体系耐火度较高、硼硅酸盐玻璃体系易发生“硼反常”效应、硼铝硅酸盐玻璃体系结合剂烧结温度较高对耐火度和高温流动性有较大影响，而微晶玻璃结合剂在磨削过程中结合剂易断裂，限制了陶瓷结合剂的发展。氧化铋-氧化硼(Bi₂O₃-B₂O₃)是一种新型低温玻璃体系，该体系玻璃具有熔炼及烧结温度低、连接强度高、高温流动性好、热膨胀系数低等特点，是极具潜力的低温陶瓷结合剂材料。因此，如果能利用氧化铋-氧化硼体系低烧结温度、高连接强度以及低热膨胀系数的特点，并将其作为金刚石砂轮的结合剂，则有望改变传统陶瓷结合剂烧结温度过高的缺点，同时获得对金刚石高把持力的性能。

发明内容

针对传统陶瓷结合剂烧结温度过高、烧结时金刚石易发生石墨化以及磨削性能低等问题，本发明提供了一种由陶瓷结合剂，增强相，造孔剂，磨料组成的陶瓷结合剂金刚石砂轮，该金刚石砂轮具有烧结温度低、力学性能优异、砂轮磨削性能好的特点。其中陶瓷结合剂是由氧化铋、氧化硼、氧化硅、氧化铝等按照一定比例经熔炼获得，此外，还加入纳米氧化锆或纳米碳化硅作为结合剂的增强相，获得优异烧结性能的同时，还提高了陶瓷结合剂的机械性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种低温陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，由以下重量份的原料组成：含有增强相的陶瓷结合剂1～80份，磨料1～70份、造孔剂1～30份；所述陶瓷结合剂由以下摩尔百分比的原料组成：氧化铋30％mol～50％mol、氧化硼30％mol～50％mol、氧化硅2％mol～10％mol、氧化铝2％mol～10mol％。