專利名稱：：一種加工工具及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種加工工具及其制作方法，尤其是涉及機(jī)械加工工具和制作方法。
背景技術(shù)：
：碳納米管，在文中被稱為CNT，由于它們具有獨(dú)特的機(jī)械性能和熱導(dǎo)性能而稱為一項(xiàng)富有意義的發(fā)現(xiàn)(參見1、R.H.Baughman，A.A.Zakhidov，andW.A.D.Heer，2002，"Carbonnanotubes_theroutetowardapplications",Science,Vol.297，pp.787-792;2、H.J.Qi，K.B.K.Teo，K.K.S.Lau，M.C.Boyce，W.I.Milne，J.Robertson,andK.K.Gleason，2003，"Determinationofmechanicalpropertiesofcarbonnanotubesaridverticallyalignedcarbonn肌otubeforestsusingnMioindentetion，，，JournaloftheMechanicsandPhysicsofSolids,Vol.51，pp.2213-2237;3、R.S.Ruoff，andD.C丄orents，1995，"Mechanicalandthermalpropertiesofcarbonnanotubes，，，Carbon,Vol.33，No.7，pp.925-930;4、C.Bower，R.Rosen，LJin，J.Han，and0.Zhou，1999，"Deformationofcarbonnanotubesinnanotube-polymercomposites",AppliedPhysicsLetters，Vol.74，No.22，pp.3317-3319;5、M.Fujii，X.Zhang，H.Xie，H.Ago,K.Takahashi，andT.Ikuta，1995，"Measuringthethermalconductivityofasinglecarbonnanotube，，，PhysicalReviewLetters,No.065502，pp.1-4;6、M.M.J.Treacy，T.W.Ebbesen，andJ.M.Gibson，1996，"Exceptionallyhighyoung'smodulusobservedforindividualcarbon薩otubes，，，Nature,Vol.381，pp.678-680)。碳纟內(nèi)米管主要分為兩類。單壁碳納米管(SWNTs)由一層石墨片層巻起來形成一個(gè)圓柱形管狀結(jié)構(gòu)。多壁碳納米管(麗NTs)由幾層石墨片層組成，結(jié)構(gòu)類似于樹的年輪(參見1)。碳納米管的機(jī)械性能碳納米管尺寸小，實(shí)驗(yàn)測試不容易(參見2)。已有的測試結(jié)果表明，碳納米管性能超常規(guī)，其密度較低，大約2g/cm3，具有約1000-10，000的長徑比，高剛度，具有大于lTPa的高彈性模量，高抗拉伸強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度值約150GPa，低腐蝕敏感性(參見12]A.Peigney，2003，"Tougherceramicswithnanotubes，，，NatureMaterials,Vol.2，pp.15-16)。通常金剛石的硬度為56-102GPa(參見19I.D.Marinescu，W.B.Rowe，B.Dimitrov，andI.Inasaki，2004，"TribologyofAbrasiveMachiningProcesses"，WilliamAndrewPublishing,NY)。但是金剛石的價(jià)格很高。碳納米管的硬度已發(fā)現(xiàn)與金剛石差不多(參見28W.Guo，C.Z.Zhu，T.X.Yu，C.H.Woo，B.Zhang，andY.T.Dai，2004，"Formationofsp3bondinginnanoindentedcarbonnanotubesandgr即hite，，，PhysicalReviewLetters,Vol.93，245502.)。碳納米管的彈性模量可以用單根納米管由熱引起的振動(dòng)振幅來測量(參見6)。有效抗彎模量在0.4-4.15TPa之間，i^一種碳納米管的平均值為1.8TPa(參見6)。另一種測量方法是在光滑平面上散開多壁碳納米管，然后用方形墊片壓住(參見2禾口7、E.W.Wong，P.E.Sheehan，andC.M.Lieber，1997，"Nanobeammechanics:elasticity,strength,andtoughnessofnanorodsandnanotubes，，，Science,Vol.277，pp.1971-1975)，再用原子力顯微鏡來劃該表面，測量水平方向的力和變形，來測彈性模量。其值約1.28+/-0.59TPa。碳納米管的熱傳導(dǎo)性能碳納米管的熱學(xué)性能同樣受人關(guān)注，具有很多重要的特性(參見3)。碳納米管的熱傳導(dǎo)率比較高的原因，在理論上分析時(shí)認(rèn)為是因?yàn)樵谔技{米管臂上的s^軌道上的聲子具有大的平均自由路徑(參見10、S.Berber,Y.K.Kwon，andD.Tomanek，2000，"Unusuallyhighthermalconductivityofcarbonnanotubes"，PhysicalReviewLetters,Vol.84，No.20，pp.4613-4616)。單壁碳納米管的熱傳導(dǎo)率平均值為2000W/mK，最高達(dá)到6000W/mK(參見11、J.Che，T.Cagin，andW.A.Goddard，2000，"Thermalconductivityofcarbonnanotubes，，，Nanotechnology，Vol.11，pp.65-69)。單壁碳納米管比起傳統(tǒng)的良好熱導(dǎo)體例如金剛石等，具有更高的熱傳導(dǎo)率。金剛石的熱傳導(dǎo)率在1600W/mK附近。多壁碳納米管的熱傳導(dǎo)率比較低，用自加熱方法測量值為20W/mK。熱傳導(dǎo)率與碳納米管直徑的關(guān)系顯示了影響熱傳導(dǎo)率值的主要原因是在多壁中的聲子和電子互相作用。多壁碳納米管的層數(shù)減少，熱傳導(dǎo)率上升(參見15、S.J.V.Frankland，A.Caglar，D.W.Bre皿er，andM.Griebel，2002，"Molecularsimulationoftheinfluenceofchemicalcross—linksontheshearstrengthofcarbonnanotube-polymerinterfaces",J.Phys.Chem.B，Vol.106，pp.3046-3048)。復(fù)合材料中的碳納米管碳納米管可以用做填充物加到復(fù)合材料中來增強(qiáng)材料的性能。這是因?yàn)樘技{米管的強(qiáng)度性能(參見3)。碳納米管和樹脂材料的復(fù)合材料的研究有很多。一項(xiàng)早期的透射電子顯微鏡(TEM)研究發(fā)現(xiàn)在碳納米管和樹脂基之間有微弱的互相結(jié)合的作用(參見[S]P.M.Ajayan，0.St印han，P.Redllch，andC.Collex，1996，"Carbo皿anotubesasremovabletemplatesformetaloxidenanocompositesandnanostructures"，Nature,Vol.375，pp.564-567)。碳納米管在材料斷裂之前起到作用，由于大拉力產(chǎn)生了30%-50%的塑性形變(參見4)?？赡苁怯捎谕?fù)鋵W(xué)上的缺陷例如在大拉力下產(chǎn)生五邊形和六邊形對(duì)，導(dǎo)致了彎曲形狀的巨變(參見9J.Han，M.P.Anantram，andR丄Jaffe，1998，"Observationandmodelingofsingle-wallcarbonnanotubebendjunctions'',PhysicalReview，Vol.57，No.23，pp.14983-14989)?！?xiàng)研究顯示具有5%含量的碳納米管的復(fù)合材料，由于碳納米管的良好的分散狀況，而具有最大的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量(參見13Y.K.Choi，K.Sugimoto，S.M.Song，Y.Gotoh，Y.0hkoshi，andM.Endo，2005，"Mechanicalandphysicalpropertiesof印oxycompositesreinforcedbyvaporgrowncarbonnanofibers，，，Carbon,Vol.43，pp.2199-2208)。5%含量的碳納米管復(fù)合材料在機(jī)械性能和磨削性能是一個(gè)分水嶺。多壁碳納米管具有巨大的表面積比率，大約為1000m7g或以上，這個(gè)數(shù)值高于其他的填充纖維。碳納米管的表面在應(yīng)力傳導(dǎo)上起到一個(gè)中介面的作用。這些特性也會(huì)導(dǎo)致聚集作用。碳納米管的均勻分散程度增強(qiáng)了聚合物的性7能。碳納米管可以用超聲的方法分散，這種方法可以達(dá)到更好的納米級(jí)分散效果(參見14、A.B.Sulong，J.Park,N丄ee，andJ.Goak，2006，"Wearbehavioroffunctionalizedmulti-walledcarbonnanotubereinforcedepoxymatrixcomposites",JournalofCompositeMaterials,Vol.40，No.21，pp.1947-1960;15和16Y.Wang，J.Wu，andF.Wei，2003，"Atreatmentmethodtogiveseparatedmulti-walledcarbonnanotubeswithhighpurity,highcrystallizationandalargeaspectratio，，，Carbon,Vol.41，pp.2939-2948)?，F(xiàn)有研究表明，碳納米管可以加入復(fù)合材料和金屬中，相對(duì)于沒有加碳納米管的同樣材料來說，加入碳納米管的材料熱傳導(dǎo)率會(huì)提高(參見23M.Fujii，X.Zhang，H.Xie，H.Ago,K.Takahashi，T.Ikuta，H.AdeandT.Shimizu，2005，"Measuringthethermalconductivityofasinglecarbo皿anotube，，，PhysicalReviewLetters,Vol.95，065502;24、E.S.Choi，J.S.BrooksandD丄Eaton，2003，"Enhancementofthermalandelectricalpropertiesofcarbonnanotubepolymercompositesbymagneticfieldprocessing，，，JournalofAppliedPhysics,Vol.94，pp.6034-6039;25、M.J.Biercuk，M.C.Llaguno，M.Radosavljevic，J.K.HyunandA.T.Johnson,2002，"Carbonnanotubecompositesforthermalmanagement",AppliedPhysicaLetters,Vol.80，pp.2767-2769;26、A.Moisala，Q丄i，I.A.KinlochandA.H.Windle，2006，"Thermalandelectricalconductivityofsingle—andmulti—walledcarbonnanotube—epoxycomposites",CompositeScienceandTechnology,Vol.66，pp.1285-1288;27、A.Yu，M.Itkis，E.BekyarovaandR.Haddon，2006，"EffectofSingle-walledcarbonnanotubepurifyonthethermalconductivityofcarbo皿anotube-basedcomposites'，AppliedPhysicsLetters,Vol.89，133102;28、S.Arai，M.Endo，T.SatoandA.Koide，2006，"Fabricationofnickel□multiwalledcarbonnanotubecompositefilmswithexcellentthermalconductivitybyandelectrodepositiontechnique'，ElectrochemicalandSolid-StateLetters,Vol.9，pp.C131—C133)。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)對(duì)于精密加工十分有用，因?yàn)樵诰芗庸ぶ?，高熱傳?dǎo)率總是需要的。目前在金屬基或陶瓷基里面加入碳納米管是可行的(參見20、E.Flahaut，A.Peigney，C.Laurent,C.Marliere，F(xiàn).Chastel，andA.Rousset，2000，"Carbonnanotube-metal-oxidenanocomposites:microstructure，electricalconductivityandmechanicalproperties",Actamater.，Vol.48，pp.3803-38121、Z.Xia，LRiester，W.A.Curtin，H.Li，B.W.Sheldon,J.Liang，B.Chang，J.M.Xu，2004，"Directobservationoftougheningmechanismsincarbonnanotubeceramicmatrixcomposites",ActaMaterialia，Vol.52，pp.931-944)。機(jī)械加工工具對(duì)于很多需要加工元件的工業(yè)來說意義重大，對(duì)于磨削工具而言，使用硬度較高的材料是很重要的(參見17、J.Webster,andM.Tcicard，2004，"Innovationsinabrasiveproductsforprecisiongrinding",CIRPA皿als，Vol.53，No.2，pp.597—617)。最近有研究發(fā)現(xiàn)利用自組裝的方法使網(wǎng)狀碳納米管覆蓋單晶金剛石可以增強(qiáng)金剛石顆粒同金屬基底的結(jié)合作用(參見18、T.Suzuki，T.Mitsui，T.Fujino，M.Kato，Y.Satake，H.Saito，andS.Kobayashi，2009，"DevelopmentofCNTcoateddiamondgrainsusingself—assemblytechniquesforimprovingelectroplateddiamondtools",KeyEngineeringMaterials，Vol.389-390，pp.72-76)。碳納米管用作覆蓋材料來增強(qiáng)金剛石和結(jié)合劑之間的結(jié)合。但是，到目前為止，還沒有研究是關(guān)于碳納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用在加工工具上的元素，也沒有研究是關(guān)于碳納米結(jié)構(gòu)用作磨?；蛘咦鳛樘畛洳牧嫌迷谀ハ骷庸さ慕Y(jié)合劑中。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種具良好機(jī)械性能和熱傳導(dǎo)性能且成本較低的加工工具及其制造方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有良好機(jī)械性能且成本較低的磨削工具及其制造方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種加工工具，該加工工具中包含碳納米結(jié)構(gòu)。該所述加工工具可以為旋轉(zhuǎn)加工工具、研磨加工工具、鉆孔工具或銑削加工工具，加工工具材料為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。所述碳納米結(jié)構(gòu)為碳納米管、碳納米線、碳納米帶、碳納米柱或納米纖維。所述碳納米管的直徑在1-100納米之間，長度為500納米-20微米之間。所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。所述碳納米管為原始狀態(tài)碳納米管或功能化處理后的碳納米管。所述碳納米管為有序排列的碳納米管或無序排列的碳納米管。所述碳納米管為有序排列的單壁碳納米管、隨機(jī)排列的單壁碳納米管、有序排列的多壁碳納米管或隨機(jī)排列的多壁碳納米管。所述碳納米管在所述加工工具中的質(zhì)量含量為0.3%-100%。利用碳納米結(jié)構(gòu)，尤其是碳納米管的優(yōu)良機(jī)械性能和優(yōu)良的熱力學(xué)性能，在機(jī)械加工工具中使用，可以利用碳納米結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的機(jī)體或末端作切削，進(jìn)行機(jī)械加工。本發(fā)明提供的一種加工工具的制造方法，它包含在所述加工工具中加入碳納米結(jié)構(gòu)的步驟。加入的碳納米結(jié)構(gòu)可以是直接設(shè)置在加工工具內(nèi)的，還包括在所述加工工具表面設(shè)置碳納米結(jié)構(gòu)涂層或貼層的步驟。本發(fā)明提供的一種磨削工具，包括磨粒和結(jié)合劑，其中磨粒中包含碳納米結(jié)構(gòu)，所述結(jié)合劑中包含碳納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的另一種磨削工具，包括磨粒和研磨液，其中磨粒中包含碳納米結(jié)構(gòu)，所述研磨液中包含碳納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的磨削工具的制作方法，包括在磨粒中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟和在結(jié)合劑中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟。本發(fā)明提供的另一種磨削工具的制作方法，包括在磨粒中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟和在研磨液中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟。所述碳納米結(jié)構(gòu)為碳納米管、碳納米線、碳納米帶、碳納米柱或納米纖維。所述碳納米管的直徑在1-100納米之間，長度為500納米-20微米之間。所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。所述碳納米管為原始狀態(tài)碳納米管或功能化處理后的碳納米管。所述碳納米管為有序排列的碳納米管或無序排列的碳納米管。所述碳納米管為有序排列的單壁碳納米管、隨機(jī)排列的單壁碳納米管、有序排列的多壁碳納米管或隨機(jī)排列的多壁碳納米管。所述碳納米管在所述加工工具中的質(zhì)量含量為0.3%_100%。利用碳納米結(jié)構(gòu)，尤其是碳納米管的優(yōu)良機(jī)械性能和優(yōu)良的熱力學(xué)性能，在機(jī)械加工工具中使用，可以利用9碳納米結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的機(jī)體或末端作切削，進(jìn)行機(jī)械加工碳納米管用作磨粒用在磨削工具(如砂輪)中，來利用碳納米管的優(yōu)秀的機(jī)械性能，同時(shí)同金剛石相比，成本較低。同時(shí)希望可以利用到碳納米管的熱傳導(dǎo)性能，把碳納米管混合在加工工具的結(jié)合劑中，可以提高工具的散熱能力。碳納米管可以加到加工工具中來加速熱量發(fā)散來降低加工溫度，可以提高加工工具的加工性能。在以上方法中，碳納米管的優(yōu)良熱傳性能如熱傳導(dǎo)率被加以利用。在這個(gè)申請中，我們在樹脂里加入碳納米管，樹脂是砂輪結(jié)合劑中常見的一種材料。利用碳納米管的熱傳導(dǎo)性能作為填充劑加入基底材料，這種方法可以被用在任何金屬，陶瓷或者有機(jī)材料中來制造任何加工工具或磨削工具。這樣做的目的是達(dá)到更好的加工結(jié)果。主要的加工過程包括旋轉(zhuǎn)加工，磨碾加工，鉆孔加工，銑削加工等。由于工作原理是基于利用強(qiáng)度高的機(jī)體或末端作切削，其他碳納米結(jié)構(gòu)也可以替代碳納米管作為磨粒?；诶闷錈醾鲗?dǎo)能力，其他具有良好熱導(dǎo)率的碳納米結(jié)構(gòu)也可以替代碳納米管作為填充材料進(jìn)入加工工具或磨削工具中。其他的納米結(jié)構(gòu)包括碳納米線，碳納米棒，碳納米帶、碳納米柱以及碳納米纖維。碳納米管、碳納米線，碳納米棒，碳納米帶、碳納米柱以及碳納米纖維的混合組合也可以利用作切削來加工材料，可以利用其熱導(dǎo)率促進(jìn)加工過程中的熱量散開。為了達(dá)到最好利用其高強(qiáng)度和高熱導(dǎo)率的效果，任何碳納米管、碳納米線，碳納米棒，碳納米帶、碳納米柱以及碳納米纖維，可以被一起利用并且混合其他磨粒，例如天然金剛石顆粒，人造金剛石顆粒，立方碳化硼顆粒，碳化硅顆粒，氧化鋁顆粒等。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用了碳納米結(jié)構(gòu)尤其是碳納米管的超常的機(jī)械性能和優(yōu)良的熱傳導(dǎo)能力，將其使用在加工工具中，作為加工工具或磨削工具的磨?；蛱畛洳牧匣蚪Y(jié)合劑使用，制成的工具機(jī)械性能良好，傳熱效果更好，同時(shí)可以顯著降低其使用成本。附圖1為碳納米管透射電子顯微鏡成像照片；附圖2為本發(fā)明實(shí)施例中使用的砂輪結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為本發(fā)明實(shí)施例中使用的砂輪的外部結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4為本發(fā)明系列1實(shí)驗(yàn)1中的粗糙度實(shí)驗(yàn)結(jié)果；附圖5為本發(fā)明系列1實(shí)驗(yàn)2中的磨削加工區(qū)域照片；附圖6為本發(fā)明系列1實(shí)驗(yàn)2中磨削后區(qū)域照片；附圖7為本發(fā)明系列1實(shí)驗(yàn)3中工件3的磨削結(jié)果圖；附圖8為本發(fā)明系列1實(shí)驗(yàn)3中工件4的磨削結(jié)果圖；附圖9為本發(fā)明系列1實(shí)驗(yàn)3中工件5的磨削示意圖；附圖10為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列2中工件3的磨削位置及結(jié)果示意圖；附圖11為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列2中工件4的磨削位置及結(jié)果示意圖；附圖12為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列2中工件5的磨削位置及結(jié)果示意附圖13為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列3中工件6的磨削位置及結(jié)果示意圖；附圖14為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列3中工件7的磨削位置及結(jié)果示意圖；附圖15為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列3中工件8的磨削位置及結(jié)果示意圖；附圖16為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列4中工件9的磨削位置及結(jié)果示意圖；附圖17為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列4中工件10的磨削位置及結(jié)果示意圖；附圖18為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列4中工件11的磨削位置及結(jié)果示意圖；附圖19為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列5中工件12的磨削位置及結(jié)果示意圖；附圖20為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列5中工件13的磨削位置及結(jié)果示意圖；附圖21為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列5中工件14的磨削位置及結(jié)果示意圖；附圖22為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列5中工件15的磨削位置及結(jié)果示意圖；附圖23為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列5中工件16的磨削位置及結(jié)果示意圖；附圖24為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列6中工件17的磨削位置及結(jié)果示意圖；附圖25為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列6中工件18的磨削位置及結(jié)果示意圖；附圖26為本發(fā)明磨削實(shí)驗(yàn)系列6中工件PHA的磨削位置及結(jié)果示意圖。1、砂輪芯，2、外部結(jié)構(gòu)，3、碳納米管磨粒，4、結(jié)合劑層。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一種加工工具，該加工工具中包含碳納米結(jié)構(gòu)。該加工工具可以為旋轉(zhuǎn)加工工具、研磨加工工具、鉆孔工具或銑削加工工具，加工工具的材料為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。本發(fā)明還提供的一種加工工具的制造方法，它包含在所述加工工具中加入碳納米結(jié)構(gòu)的步驟。加入的碳納米結(jié)構(gòu)可以是直接設(shè)置在加工工具內(nèi)的，還包括在所述加工工具表面設(shè)置碳納米結(jié)構(gòu)涂層或貼層的步驟。本發(fā)明提供的一種磨削工具，包括磨粒和結(jié)合劑，其中磨粒中包含碳納米結(jié)構(gòu)，所述結(jié)合劑中包含碳納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的另一種磨削工具，包括磨粒和研磨液，其中磨粒中包含碳納米結(jié)構(gòu)，所述研磨液中包含碳納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的磨削工具的制作方法，包括在磨粒中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟和在結(jié)合劑中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟。本發(fā)明提供的另一種磨削工具的制作方法，包括在磨粒中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟和在研磨液中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟。碳納米結(jié)構(gòu)為碳納米管、碳納米線、碳納米帶、碳納米柱或納米纖維。參閱圖l，為碳納米管投射電子顯微鏡成像圖，其中的碳納米管的直徑在1-100納米之間，長度為500納米-20微米之間。所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。所述碳納米管為原始狀態(tài)碳納米管或功能化處理后的碳納米管。所述碳納米管為有序排列的碳納米管或無序排列的碳納米管。所述碳納米管為有序排列的單壁碳納米管、隨機(jī)排列的單壁碳納米管、有序排列的多壁碳納米管或隨機(jī)排列的多壁碳納米管。所述碳納米管在所述加工工具中的含量為0.3%-100%。為了更好的說明本發(fā)明的有益效果，本實(shí)施例中制作了砂輪，參閱圖2，該砂輪具有一個(gè)砂輪芯1，并且有一層由碳納米管和結(jié)合劑組成的外部結(jié)構(gòu)2。參閱圖3，該外部結(jié)構(gòu)2由結(jié)合劑層4和附著在結(jié)合劑層4內(nèi)和外的碳納米管磨粒3組成。我們的發(fā)明驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)共有6個(gè)系列。其中系列1有三個(gè)實(shí)驗(yàn)，即實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3。實(shí)驗(yàn)涉及以下細(xì)節(jié)。1)碳納米管處理非必須的步驟指功能化步驟，在我們的實(shí)驗(yàn)中，其中一部分含有低含量碳納米管的加工工具砂輪沒有經(jīng)過此制作步驟。文中所有的含量指質(zhì)量百分量。選用如表1中所示的碳納米管<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>納米管形式如果不經(jīng)過此步驟，碳納米管的存在狀態(tài)是原始的。原因是在低含量碳納米管條件下，碳納米管的聚集情況不是非常嚴(yán)重。功能化步驟為了防止碳納米管聚集的情況，使用功能化步驟來處理碳納米管。具體做法是使用油浴作為熱源，用于碳納米管功能化。將硫酸(98%)與硝酸(70%)按照體積比3:1混合后加入碳納米管加熱。在控制不同的溫度和加熱時(shí)間，冷卻至室溫后，加入氫氧化鈉中和至中性。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)系列1中使用的砂輪如表2中所列<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>如表中所示，砂輪2中的碳納米管經(jīng)過12(TC下處理3個(gè)小時(shí)，砂輪7和砂輪8中碳納米管是在8(TC下處理0.5個(gè)小時(shí)。砂輪2中使用的碳納米管用雙層微孔膜過濾分離。之后把過濾膜放入真空爐干燥得到碳納米管。在油浴的加熱過程中，許多碳納米管被切斷，從過濾膜上流失。時(shí)間和溫度對(duì)于控制碳納米管的功能化程度非常重要。砂輪7和砂輪8中使用的碳納米管沒有經(jīng)過真空爐干燥，這是因?yàn)槲锢砀稍飼?huì)引起碳納米管的聚集結(jié)塊。這兩個(gè)砂輪是用丙酮洗滌掉多余水分的有機(jī)方法獲取的。2)碳納米管磨削工具碳納米管磨削工具對(duì)于一個(gè)磨削工具來說，關(guān)鍵構(gòu)成部分是磨粒和結(jié)合劑。碳納米管磨粒參閱圖3，我們利用暴露在外的碳納米管作為磨粒。碳納米管具有硬度高的特點(diǎn)，并且具有納米級(jí)的機(jī)體或末端可以作切削。碳納米管磨粒是一種全新的磨粒。結(jié)合劑層我們用CIBAGY251環(huán)氧樹脂(表3)混合固化劑CIBAHY956(表4)作為結(jié)合劑。表3環(huán)氧樹脂改性雙酚A<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表4固化劑參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>混合條件參見表5外觀黃色液體粘度25°CmPas1200-1500脫模前等待時(shí)間h20-24使用前最少固化時(shí)間h24-36混合過程碳納米管和結(jié)合劑混合過程如下。加入碳納米管，再加入丙酮防止揮發(fā)并促進(jìn)分散，超聲分散1小時(shí)；加入樹脂，超聲分散2小時(shí)；放入加熱器上一邊加熱一邊攪拌，降低粘度并且使丙酮揮發(fā)；丙酮完全揮發(fā)后，再放入超聲分散1小時(shí)；放入真空爐脫氣12小時(shí)；加入固化劑成型。固化劑不限于環(huán)氧樹脂，可以用金屬，陶瓷或者其他有機(jī)材料代替。實(shí)際中的選擇依賴于磨削材料的實(shí)際應(yīng)用。目前，金屬，陶瓷或者有機(jī)材料可以作為結(jié)合劑使用。碳納米管可以混合在金屬，陶瓷以及有機(jī)材料里。我們利用那些沒有暴露在外的碳納米管作為結(jié)合劑中的填充物。目的是更快地發(fā)散熱量來保證良好加工環(huán)境。另一個(gè)目的是增強(qiáng)結(jié)合材料的機(jī)械性能。單壁碳納米管和有序排列的碳納米管有更好地?zé)醾鲗?dǎo)性能。無序的多壁碳納米管成本較低，也用于我們的實(shí)驗(yàn)。其性能還算好。碳納米管尺寸在我們的實(shí)驗(yàn)中，碳納米管的直徑由10nm到100nm不等，長度變化在1微米至20微米。碳納米管的直徑變化范圍給予我們更多利用的空間。例如，大直徑的碳納米管可以促進(jìn)物料去除率，長直徑可以促進(jìn)磨粒固定能力。因此，為了有更為廣泛的應(yīng)用，碳納米管的直徑可以從lnm變化至100nm，長度可以由500nm至20微米。碳納米管含量在我們的實(shí)驗(yàn)中，碳納米管的含量由0.3%至2%不等。更高含量的碳納米管由于其更多的暴露用于切削可以提高加工能力。因此，碳納米管的含量理論上可以從O.3%至100%。3)碳納米管砂輪固定磨粒磨削工具為了在磨床上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，碳納米管磨削工具被制作為砂輪形狀。碳納米管磨削工具也可以制成成固定磨粒形式工具如磨削帶等，只要是利用了碳納米管。此磨削工具被稱為碳納米管磨削帶。自由磨粒磨削過程碳納米管顆粒可以被用作是自由磨削加工的磨粒，例如研磨，拋光，化學(xué)機(jī)械拋光等。研磨涂層或研磨膏只要利用了碳納米管納米結(jié)構(gòu)用作加工工具，碳納米管顆粒可以被用作是磨削涂層或貼層用作加工。碳納米管砂輪為了減少碳納米管以及結(jié)合劑的用量，我們使用了一個(gè)砂輪芯結(jié)構(gòu)以及外部結(jié)構(gòu)作為加工砂輪。砂輪芯材料如果在一定溫度下可以保持一定強(qiáng)度，砂輪芯可以使用金屬，陶瓷或者有機(jī)材料。在我們的實(shí)驗(yàn)里，成型溫度約為60-70°C。4)實(shí)驗(yàn)為了證實(shí)碳納米管的加工作用，我們進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)(系列1-6)。系列1實(shí)驗(yàn)包括實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3。實(shí)驗(yàn)中共使用了5個(gè)工件，參見表6。表6工件列表<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>實(shí)驗(yàn)1:在系列1實(shí)驗(yàn)1中用到砂輪1和砂輪2。具體磨削調(diào)節(jié)參見表7。表7<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>Qc=80L/h砂輪l是全部樹脂制成用作參考。砂輪2是一個(gè)碳納米管砂輪。參見附圖4，從結(jié)果可以看到碳納米管砂輪有更好的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中顯示的較大的粗糙度是因?yàn)槟ゴ驳木窒抟约澳ハ鬟^程中條件并未優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)2:在系列1實(shí)驗(yàn)2中，用5種碳納米管砂輪，加工一個(gè)鋁工件，參見表8。表8系列1實(shí)驗(yàn)2的磨削條件砂輪編號(hào)特性修正參數(shù)磨削參數(shù)砂輪4-5lwt%未功能化處理的碳納米管A=2000rpm《=15dm金剛石^f奮正工件2:Al/7s=2000rpm4=3口mSpark10times"wn=30dm砂輪6砂輪7-8lwt%功能化處理過的PV=60mm/s碳納米管。c=60L/h實(shí)驗(yàn)結(jié)果參見附圖5和6，顯示碳納米管砂輪的優(yōu)勢但結(jié)果并不一致。這是因?yàn)槌跏急砻姹容^粗糙，這個(gè)問題將在實(shí)驗(yàn)3中解決。碳納米管磨粒非常細(xì)小并且只適合做切削量較小的材料去除。實(shí)驗(yàn)3:在系列1實(shí)驗(yàn)3中，使用了兩個(gè)鋁工件和一個(gè)樹脂工件。同樣也是由5個(gè)不同的碳納米管砂輪加工。參見表9。表9系列1實(shí)驗(yàn)3的磨削條件16<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>60L/h為了使碳納米管磨粒發(fā)揮作用，初始表面要做到統(tǒng)一，這樣才能比較出微量的切削變化。普通的碳化硅(SiC)砂輪用來磨出一個(gè)比較一致的初始表面。平整步驟[one]盡量放平工件。用碳化硅砂輪磨表面，磨削深度在10-20微米，水平方向工作臺(tái)速度為每2毫米每個(gè)磨削過程。這個(gè)過程一致持續(xù)至整個(gè)工件表面被磨到。以進(jìn)刀速度為2微米每次，水平方向工作臺(tái)速度為2毫米每次。不進(jìn)刀來回5次。不進(jìn)刀來回磨10次，并且以工作臺(tái)水平速度2毫米每次打磨整個(gè)表面。重復(fù)以上步驟5個(gè)循環(huán)，最后一次不進(jìn)刀來回20次。工件3-4的系列1實(shí)驗(yàn)結(jié)果，參見附圖7和8，顯示未功能化的碳納米管砂輪4和砂輪5比功能化處理過的碳納米管砂輪有更好的表現(xiàn)。對(duì)于樹脂工件5的系列1實(shí)驗(yàn)結(jié)果，參閱圖9，同樣發(fā)現(xiàn)未經(jīng)功能化的碳納米管砂輪有更好的表現(xiàn)，這體現(xiàn)了結(jié)論的一致性。系列實(shí)驗(yàn)一共設(shè)計(jì)了6個(gè)系列的實(shí)驗(yàn)。系列1的目的是進(jìn)行可行性實(shí)驗(yàn)。系列2-6為初步探索性實(shí)驗(yàn)。系列2:為了測試一種大直徑碳納米管的性能。系列2的實(shí)驗(yàn)對(duì)象包括比較功能化的效果，碳納米管含量不同的影響和碳納米管長度的影響。表10系列2中使用的砂輪砂輪相關(guān)性能9含1°/。沒有經(jīng)過功能化處理的碳納米管/直徑60-100nm/長度5-圖m10含2%沒有經(jīng)過功能化處理的碳納米管/直徑60-100nm/長度5-圖m6樹脂砂輪12含1°/。沒有經(jīng)過功能化處理的碳納米管/直徑60-100nm/長度l-5dm13含1%功能化處理的碳納米管/直徑60-100nm/長度5-圖m表11系列2中使用的工件及砂輪對(duì)照表18<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>*砂輪13經(jīng)過類似砂輪7或8的功能化處理，lwt%。表12為系列2中的磨削條件<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>磨削時(shí)，各砂輪的磨削位置參見附圖10、11和12。其中PO-1標(biāo)示工件表面1號(hào)磨削面之前的表面，作為對(duì)照，P1怖表示使用砂輪6磨削的工件上1號(hào)表面，Pl-2表示1號(hào)和2號(hào)磨削面之間的表面，作為對(duì)照，P2W9表示使用砂輪9磨削的工件上2號(hào)表面，P2-3表示2號(hào)和3號(hào)磨削面之間的表面，作為對(duì)照，P3W10表示使用砂輪10磨削的工件上3號(hào)表面。(以下同)(對(duì)于PxWy，一般情況下，P后面的數(shù)字x表示工件上的表面編號(hào)，W后面的數(shù)字y表示砂輪編號(hào))數(shù)據(jù)處理對(duì)于作為參考的區(qū)域，取3點(diǎn)的粗糙度求平均值。對(duì)于磨削區(qū)域，取5點(diǎn)的粗糙度，一般使用5個(gè)數(shù)值來表達(dá)測量結(jié)果，這5個(gè)數(shù)值分別是最小值，25%值，中值，75%值，最大值，并去除最大和最小值，剩下三點(diǎn)取平均值，以減少較大誤差的影響。(以下同)表13系列2中工件3粗糙度結(jié)果A(nm)P0-1PIW6Pl-2P2W9P2-3P3W10P3-0WP3-1164.45173.87146.28144.5153.49141.45166.24167.53146.51148.06143.96150.52142.71149.61161.81156.72147.03142.26146.09140.85164.93WP3-2165.18163.93159.73146.56158.29136.79167.32159.85157.77147.25137.61146.57143.32147.96168.44167.66148.21145.75142.78142.38160.61WP3164.5433161.0767149.4267143.44149.6233141.25159.445表14為系列2中工件4的粗糙度結(jié)果/a(nm)PO-lPIW6PI-2P2W12P2-3P3W9P3-0WP4-1191.54179.77183.04165.3188.69173.21185.09182.05176.37171.05158.66174.97168.99179.61189.06174.67175.8157.31172.1176.85175.76WP4-2188.29176.99170.07166.19174.61172.6175.11193.68175.37171.93162.73183.94178.3182.16189.79176.1174.84162.98171.77175.42181.09WP4l肌0683176.545f174.455162.l訴177,68:17-i.2283179.，表15為系列2中工件5的粗糙度結(jié)果20A(nm)P0-1PIW6Pl-2P2W9P2-3P3W13P3-0WP5-1139.5156.86158.73143.95155.91135.31150.2141.18158.69167.23135.94145.55142.29139.76136.46157.51158.18140.84147.58144.42146.52WP5-2137.64163.18161.2137.26144.74143.7147.64139.8157.91154.36143.46152.26144.83145145.28161.03175.37141.14153.18134.08148.21WP5139.9767,|二！'二、」--140.4317149.87140.7717",同預(yù)計(jì)的結(jié)果一樣，含有2%碳納米管的砂輪得到比含有1%碳納米管的砂輪得到更好的表面。這是因?yàn)橛懈嘤行У奶技{米管在磨削中起作用。較短的碳納米管的效果比較長的碳納米管好，原因可能是由于短的碳納米管具有更好的剛性。功能化過的碳納米管砂輪仍舊有負(fù)面效果，沒有未功能化的碳納米管砂輪效果好。系列3:為了研究混雜了金剛石顆粒的碳納米管砂輪的性能。系列3的實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)了加入金剛石顆粒的碳納米管砂輪的性能。表16系列3中使用的砂輪砂輪6ControlWheelofEpoxy_砂輪9CNTWheelofFunctionalizationCNT1%60100nm/5-lO口m砂輪23WheelofBlankdiamond80003wt.%3pm砂輪24WheelofBlankdiamond12003wt。/o15|am砂輪25CNTWheelofFunctionalizationMWCNT1%60100nm/5-10ClmDiamond1200表17為系列3中使用的工件列表21<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>表18為系列3的磨削條件<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>磨削時(shí)，各砂輪的磨削位置參見附圖13、14和15。其中P0-1標(biāo)示工件表面1號(hào)磨削面之前的表面，作為對(duì)照，P1怖表示使用砂輪6磨削的工件上1號(hào)表面，Pl-2表示1號(hào)和2號(hào)磨削面之間的表面，作為對(duì)照，P2W24表示使用砂輪24磨削的工件上2號(hào)表面，P2-3表示2號(hào)和3號(hào)磨削面之間的表面，作為對(duì)照，P3W25表示使用砂輪25磨削的工件上3號(hào)表面。(以下同)(對(duì)于PxWy，一般情況下，P后面的數(shù)字x表示工件上的表面編號(hào)，W后面的數(shù)字y表示砂輪編號(hào))表19為系列3中工件6的粗糙度結(jié)果ya(nm)P0-1PIW6P1-2P2W24P2-3P3W25P3-0WP3-1162.01154.98155.99189.07166.83186.27159.07183.94173.72183.22189.65167.27197.41163.45167.29162.35167.04185.27158.65179.51166.52WP3-2173.76149.75171.78191.24154.84201.71164.35168.3158.95156.86203.12164.48174.03163.56181.3160.01165.23176.63159.32205.13163.38:《〈'8'"WP3'':"頓》姊161.9瓶68表20為系列3中工件7的粗糙度結(jié)果A(咖)P0-1PIW6P1-2P2W9P2-3P3W25P3-0WP7-1158.06163.13159.43155.83173.53185.25170.95167.25161.18170.6162.45162.44187.17169.3172.05159.3160.56157.71152.73177.05153.36WP7-2158.18160.4159.76160.2170.18176.36154.42161.43158.74159.75157,31155.08186.51163.67153.76167.59168.68153.69165.7173.38163.79WP7161,7883161.7233163.13157.865163.2鄉(xiāng)1:80.95162..58(表21為系列3中工件8的粗糙度結(jié)果A(nm)P0-1PIW6Pl-2P2W24P2-3P3W23P3-0WP8-1181.82185.29191.55199.24203.62210.05200.89195.71196.54195.72215.71197.68203.78196.47203.85195.76192.09214.09206.05196.06191.39WP8-2199.58200.14189.32217.73193.51207.24183.4623203.51176.53194.44215.19200.89217.02202.88195.7180.58193.44219.17200.04207.08192.04J攀二，t192.76213.521720，.2983206.8W，磨粒尺寸效應(yīng)混入金剛石顆粒的碳納米管砂輪結(jié)果產(chǎn)生更大的粗糙度，即更差的表面。這是因?yàn)榻饎偸w粒的尺寸比碳納米管大37-187倍。—般來講，小的磨粒產(chǎn)生好的表面。碳納米管磨粒碳納米管砂輪產(chǎn)生更好的表面。只是因?yàn)樘技{米管磨粒尺度很小。系列4:為了研究碳納米管直徑對(duì)于碳納米管砂輪性能的影響。系列4目的是比較同樣長度下，直徑變化在10納米到100納米的碳納米管在碳納米管砂輪里的性能。表22是系列4中用到的砂輪列表砂輪砂輪特性6ControlWheelofEpoxy4CNTwheelofnon-functionalizatonedCNT1%10nra/5-15Mm14CNTwheelofnon-functionalizatonedCNT1%10-20nra/5-15Pm15CNTwheelofnon-functionalizatonedCNT1%20_40腦/5-15Mm16CNTwheelofnon-functionalizatonedCNT1%40-60nm/5-15Pni17CNTwheelofnon-functionalizatonedCNT1%60-100nm/5-15Mm表23是系列4中用到的工件列表工件編號(hào)使用的砂輪Al-9-l6,4，17Al-9-26，4，17Al-10-16,14，16Al-10-26,14,16Al-11-14,15，17Al-11-24,15,17表24是系列4中的磨削條件24<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>磨削時(shí)，各砂輪的磨削位置參見附圖16、17和18。其中P0-1標(biāo)示工件表面1號(hào)磨削面之前的表面，作為對(duì)照，P1怖表示使用砂輪6磨削的工件上1號(hào)表面，Pl-2表示1號(hào)和2號(hào)磨削面之間的表面，作為對(duì)照，P2W4表示使用砂輪4磨削的工件上2號(hào)表面，P2-3表示2號(hào)和3號(hào)磨削面之間的表面，作為對(duì)照，P3W17表示使用砂輪17磨削的工件上3號(hào)表面。(以下同)(對(duì)于PxWy，一般情況下，P后面的數(shù)字x表示工件上的表面編號(hào)，W后面的數(shù)字y表示砂輪編號(hào))表25是系列4中工件9的粗糙度結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>表26是系列4中工件10粗糙度結(jié)果記(nm)P0—1PIW6PI—2P2W14P2—3P3W16P3-0WP10-1143.08149.77150.91148.95159.91137.44169.1145.68152.48155.87150.93157.6135.91161.8147.53159.08148.36153.23162.12137.4156.62WP10-2141.99166.82157.33152.03158.4138.79158.68132.67147.93150.09144.89166.6132.27169.64140.06147.59157.28147.89163.11132.42167.06WP10141.835偽t將^)(lli3|3&-ti喊.6533161.29135'命癡」1亂|1&7tA'it<*、—*i(i;.y11:lt;》y。《表27是系列4中工件11的粗糙度結(jié)果A(nm)P0-1PIW6Pl-2P2W15P2-3P3W17P3-0WP11-1162.75153.43158.01150.59158.07141.06160.33160.46150.08158.9145.58160.13141.84163.97156.56152.24158.33149.7155.1140.15159.86WP11-2151.32155.89161.73145.87163.08138.02163.77158.48152.78156.02144.84158.21142.02153.99162.97150.68165.04148.55163.7138.64161.67:WMi;158.7567152.5167159.6717.W7.5217—:lfe.;7掉、140L2883160.5983—般來講，碳納米管并非有生產(chǎn)者表明的純度。所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)盡量拉大直徑變化的范圍來避免其他因素的影響。結(jié)論表明大直徑的碳納米管得到更好的加工表面。這是因?yàn)榇笾睆降奶技{米管增強(qiáng)了剛性。系列5:為了研究碳納米管直徑和長度組合對(duì)于碳納米管砂輪性能的影響。系列5的目的是進(jìn)一步驗(yàn)證系列4的結(jié)論，并且比較了相同直徑下不同長度的碳納米管在碳納米管砂輪中的性能。表28是系列5中使用的砂輪列表26砂輪砂輪特性6ControlWheelofEpoxy14CNTwheelof腦-functionalizatonedCNT1%10-20nm/5-15^n18CNTwheelofnon-functionalizatonedCNT1%10-20nm/l-2Mm15CNTwheelofnon-functionalizatonedCNT1%20-40nm/5-15Pm19CNTwheelofnon-functionalizatonedCNT1%20-40nm/l_2m16CNTwheelofnon-fimctionalizatonedCNT1%40-60nm/5-15Mm17CNTwheelofnon-functionalizatonedCNT1%60-100nm/5-15Hm12CNTwheelofnon-functionaliz;atonedCNT1%60-lOOnm/l-5m表29是系列5中工件列表工件使用砂輪Al-12-16,14，18Al-12-26,14，18Al-13-16,15，19Al-13-26,15，19Al-11-14,15,17Al-14-16,17,12Al-14-26,17，12Al-15-16,18,12Al-15-26，18,12Al-16-118,19，12Al-16-218,19,12表30是系列5中的磨削條件<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>磨削時(shí)，各砂輪的磨削位置參見附圖19、20、21、22和23。其中P0-1標(biāo)示工件表面1號(hào)磨削面之前的表面，作為對(duì)照，P1怖表示使用砂輪6磨削的工件上1號(hào)表面，Pl-2表示1號(hào)和2號(hào)磨削面之間的表面，作為對(duì)照，P2W14表示使用砂輪14磨削的工件上2號(hào)表面，P2-3表示2號(hào)和3號(hào)磨削面之間的表面，作為對(duì)照，P3W18表示使用砂輪18磨削的工件上3號(hào)表面。(以下同)(對(duì)于PxWy，一般情況下，P后面的數(shù)字x表示工件上的表面編號(hào)，W后面的數(shù)字y表示砂輪編號(hào))表31是系列5中工件12的粗糙度結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>表32是系列5中工件13的粗糙度結(jié)果A(nm)P0-1PI沐6Pl-2P2W15P2-3P3W19P3-0WP13-1155.89154.45154.02152.92158.57136.1162.84154.22149.45157.67141.16161.9125.05163.02155173.56156.59148.95158.84145.18158.7WP13-2156.13150.32154.38141.34163.54153.19157.28155.57146.54166.58143.89165.59132.98159.5159.44157.57153.99154.92162.87125.85158.1，曙服041^隱醫(yī)，57.205147.服亂鵬—〗3國r曹賺二》、'』fe底w.—-'—__-—表33是系列5中工件14粗糙度結(jié)果兄(nm)P0-1PIW6PI-2P2W17P2_3P3W12P3-0WP14-1160.78148.24157.35141.8159.07125.67162.99160.69154.4152.97145.13157.67128.42157.78153.4154.36151.04148154.36133.32160.19WP14-2160.59155.55149.19142.85156130.32163.6159.93153.36149.65147.78155.82129.91153.48159.79156.08153.77141.93156.83136.04152.33W314159,1967153.665is￡l〗lfM4i魂17156,625130.6133158.395表34是系列5中工件15粗糙度結(jié)果29<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>Wf>16e;l紹f8S83162,6917:1抑》掘83,1.〗8.3:U7161.9133鄰3，6'164，鄉(xiāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明有關(guān)直徑的結(jié)論和系列4是統(tǒng)一的。盡量所有的碳納米管比系列4中的碳納米管短。長度的影響研究結(jié)果顯示短的碳納米管效果更好。這是因?yàn)樵黾恿藙傂圆⑶覐澢潭雀?。系?:為了研究單臂碳納米管和有序排列的多臂碳納米管組成的碳納米管砂輪的性能。系列6是測試了單壁碳納米管和有序排列多壁碳納米管的性能。表36是系列6中使用的砂輪列表砂輪砂輪特性6ControlWheelofEpoxy12CNTwheelofnon-functionalizatonedCNT1%60-100nm/l-5Mm14CNTwheelofnon-functionalizatonedCNT1%10-20腦/5-15Wn21CNTwheelofnon-functionalizatoriedSWCNT2%<2nm/5-15Wn20CNTwheelofnon-functionalizatonedCNT2%10醒/5-15Mm22CNTwheelofnon-functionalizatonedAlignedCNT1%10-20nm/5-15Wn表37是系列6中使用的工件列表工件使用砂輪Ai-n--16,14，22Al-17--26，14，22Al-18--16,20，21Al—18—26，20'21PHA6.12表38為系列6的磨削條件工件編號(hào)17，18，PHAWheelspeed"s2000rpmD印thof1stand2ndcutrfa22MmD印thof3rdcut&Tablespeed60nim/sGrindingtimeK)，"i二ls，ib2二30min，tg2=1801s^)3=60min，tg3=360ls，"tai=120minCoolantvelocityG60L/h磨削時(shí)，各砂輪的磨削位置參見附圖24、25和26。其中P0_1標(biāo)示工件表面1號(hào)磨削面之前的表面，作為對(duì)照，P1怖表示使用砂輪6磨削的工件上1號(hào)表面，Pl-2表示1號(hào)和2號(hào)磨削面之間的表面，作為對(duì)照，P2W14表示使用砂輪14磨削的工件上2號(hào)表面，P2-3表31示2號(hào)和3號(hào)磨削面之間的表面，作為對(duì)照，P3W22表示使用砂輪22磨削的工件上3號(hào)表面。(以下同)(對(duì)于PxWy，一般情況下，P后面的數(shù)字x表示工件上的表面編號(hào)，W后面的數(shù)字y表示砂輪編號(hào))表39是系列6中工件17粗糙度結(jié)果A(ran)P0-1PIW6Pl-2P2W14P2-3P3W22P3-0WP17-1177.22164.65170.78147.58156.62132.94182.88170.43176.48164.37148.09164.03141.7168.42157.5176.66162.4161.34163.7143.74154.77WP17-2179.66164.18181.11149.93168.79139.44162.56177.8179.79162.51153.15186.72141.95156159.14167.42156.71164.8163.28140.9166.98:,，,.if魯-^，.)f，，',,」I';jj薩i'gi4jis'-A:必:，』,i，^^^^^^表40是系列6中工件18的粗糙度結(jié)果P0-1PlW6Pl-2P2W20P2-3P3W22P3-0WP18-1153.56163.84168.34158.42164.39144.28158.31154.48162.15153.82144.6154.18147.36156.98161.47161.05155.82148.57156.67149.75162.83WP18-2157.87162.51152.17154.12170.45144.42160.85154.26158.05166.42144.85162.4139.64155.64156.88162.57165.93141.81154.08142.96158.92WP18威.,A辜7參^2p,參，17盡管單壁碳納米管的直徑比多壁碳納米管直徑小很多，單壁碳納米管相對(duì)多壁碳納米管效果更好。這顯示了由于其剛性結(jié)構(gòu)單壁的作用超越了直徑條件的影響。有序排列的多壁碳納米管效果比無序排列的多壁碳納米管效果好。系列6中的聚酯工件PHA是一種生物醫(yī)學(xué)材料。PHA被作為工件測試碳納米管砂輪加工生物材料的性能。表41是系列6中聚酯材料工件列表32WorkpieceWheellinesPHA6，12表42是系列6中用于測試的砂輪砂輪6ControlWheelofEpoxy表43是系列6中磨削的條件WorkpiecePHAWheelspeedts2000rpmD印thof1stand2ndcut"D印thof3rdcut2MmTablespeedw60mm/sGrindingtimefoi=0，&i=ls，z^2=30min，&2=1801st。3=60min，&3=3601s，"ui=120minCoolantvelocity060L/h表44是聚酯材料粗糙度結(jié)果PHAP0-1PIW6P2W12/Pa(nm)148.4196.11175.07193.4197.45154.96187.35190.76158.76Average'194.7733162.93碳納米管砂輪加工生物材料，結(jié)果比參考砂輪的要好。碳納米管砂輪相對(duì)參考砂輪得到更好的效果。系列1-6是可行性實(shí)驗(yàn)和初步探索性試驗(yàn)。需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，特別是優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。傳熱性能排序比較基于已有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)[28-33]，我們對(duì)各種情況下傳熱性能進(jìn)行了比較和排序。表45為碳納米管復(fù)合材料的傳熱性能排序比較*有序多壁碳納米管多壁碳納米管沒有碳納米管不加1(Singletubeform)2000W/范J(10nm)500W/zaT(~30nm)1(Singletubeform)[28]樹脂/塑料4[29]5[30-32]6金屬2[33]3*1為最高，6為最低。碳納米管加入復(fù)合材料，其傳熱性能有提高。這種性能是各種加工亟需的。我們所提出的方法，理論實(shí)際均可行。熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)我們進(jìn)行了幾組碳納米管磨削砂輪的熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。表46為碳納米管磨削砂輪傳熱性能實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果SampleofCNTgrindingwheelThermalconductivity(W/M)Wheel26Aligncarbonnanotube1%0.2076Wheel27Controlwheel0.1821Wheel28M60100Lcarbonnanotube1%0.1981實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)于沒有加入碳納米管的同種砂輪，我們所提的新型碳納米管砂輪具有較高的導(dǎo)熱性能。這種性能是各種加工亟需的，也對(duì)系列1-6(圖4-26)中好的結(jié)果起到了幫助作用。3權(quán)利要求一種加工工具，其特征在于該加工工具中包含碳納米結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加工工具，其特征在于所述加工工具為旋轉(zhuǎn)加工工具、研磨加工工具、鉆孔工具或銑削加工工具。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種加工工具，其特征在于所述加工工具為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3中所述的一種加工工具，其特征在于所述碳納米結(jié)構(gòu)為碳納米管、碳納米線、碳納米帶、碳納米柱或納米纖維。5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的一種加工工具，其特征在于所述碳納米管的直徑在1-100納米之間，長度為500納米-20微米之間。6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的一種加工工具，其特征在于所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。7.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的一種加工工具，其特征在于所述碳納米管為原始狀態(tài)碳納米管或功能化處理后的碳納米管。8.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的一種加工工具，其特征在于所述碳納米管為有序排列的碳納米管或無序排列的碳納米管。9.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的一種加工工具，其特征在于所述碳納米管為有序排列的單壁碳納米管、隨機(jī)排列的單壁碳納米管、有序排列的多壁碳納米管或隨機(jī)排列的多壁碳納米管。10.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的一種加工工具，其特征在于所述碳納米管在所述加工工具中的質(zhì)量含量為0.3%-100%。11.一種磨削工具，包括磨粒和結(jié)合劑，其特征在于所述磨粒中包含碳納米結(jié)構(gòu)。12.根據(jù)權(quán)利要求11中所述的一種磨削工具，其特征在于所述結(jié)合劑中包含碳納米結(jié)構(gòu)。13.根據(jù)權(quán)利要求11中所述的一種磨削工具，其特征在于所述磨粒為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。14.根據(jù)權(quán)利要求11中所述的一種磨削工具，其特征在于所述結(jié)合劑為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。15.—種磨削工具，包括磨粒和結(jié)合劑，其特征在于所述結(jié)合劑中包含碳納米結(jié)構(gòu)。16.根據(jù)權(quán)利要求15中所述的一種磨削工具，其特征在于所述磨粒中包碳納米結(jié)構(gòu)。17.根據(jù)權(quán)利要求16中所述的一種磨削工具，其特征在于所述結(jié)合劑為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。18.根據(jù)權(quán)利要求16中所述的一種磨削工具，其特征在于所述磨粒為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。19.一種磨削工具，包括磨粒和研磨液，其特征在于所述磨粒中包含碳納米結(jié)構(gòu)。20.根據(jù)權(quán)利要求19中所述的一種磨削工具，其特征在于所述研磨液中包含碳納米結(jié)構(gòu)。21.根據(jù)權(quán)利要求19中所述的一種磨削工具，其特征在于所述磨粒為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。22.根據(jù)權(quán)利要求19中所述的一種磨削工具，其特征在于所述研磨液為金屬、陶瓷或有機(jī)材料的液體。23.—種磨削工具，包括磨粒和研磨液，其特征在于所述研磨液中包含碳納米結(jié)構(gòu)。24.根據(jù)權(quán)利要求23中所述的一種磨削工具，其特征在于所述磨粒中包含碳納米結(jié)構(gòu)。25.根據(jù)權(quán)利要求23中所述的一種磨削工具，其特征在于所述研磨液為金屬、陶瓷或有機(jī)材料的液體。26.根據(jù)權(quán)利要求23中所述的一種磨削工具，其特征在于所述磨粒為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。27.根據(jù)權(quán)利要求11-26中任一項(xiàng)所述的一種磨削工具，其特征在于所述碳納米結(jié)構(gòu)為碳納米管、碳納米線、碳納米帶、碳納米柱或納米纖維。28.根據(jù)權(quán)利要求27中所述的一種磨削工具其特征在于所述碳納米管的直徑在1-100納米之間，長度為500納米-20微米之間。29.根據(jù)權(quán)利要求28中所述的一種磨削工具其特征在于所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管.30.根據(jù)權(quán)利要求28中所述的一種磨削工具其特征在于所述碳納米管為原始狀態(tài)碳納米管或功能化處理后的碳納米管。31.根據(jù)權(quán)利要求28中所述的一種磨削工具，其特征在于所述碳納米管為有序排列的單壁碳納米管、隨機(jī)排列的單壁碳納米管、有序排列的多壁碳納米管或隨機(jī)排列的多壁碳納米管。32.根據(jù)權(quán)利要求28中所述的一種磨削工具，其特征在于所述碳納米管在所述磨削工具中的質(zhì)量含量為0.3%-100%。33.根據(jù)權(quán)利要求28中所述的一種磨削工具，其特征在于磨粒中還包含金剛石顆粒、人造金剛石顆粒、氮化硼顆粒、碳化硅顆?；蜓趸X顆粒。34.—種如權(quán)利要求l中所述的加工工具的制造方法，其特征在于它包括在所述加工工具中加入碳納米結(jié)構(gòu)的步驟。35.根據(jù)權(quán)利要求34中所述的一種加工工具的制造方法，其特征在于它包括在所述加工工具表面設(shè)置碳納米結(jié)構(gòu)涂層或貼層的步驟。36.根據(jù)權(quán)利要求34或35中所述的一種加工工具的制造方法，其特征在于所述碳納米結(jié)構(gòu)為碳納米管、碳納米線、碳納米帶、碳納米柱或納米纖維。37.根據(jù)權(quán)利要求36中所述的一種加工工具的制造方法，其特征在于加入的所述碳納米管的直徑在1-100納米之間，長度為500納米-20微米之間。38.根據(jù)權(quán)利要求36中所述的一種加工工具的制造方法，其特征在于加入的所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。39.根據(jù)權(quán)利要求36中所述的一種加工工具的制造方法，其特征在于加入的所述碳納米管為原始狀態(tài)碳納米管或功能化處理后的碳納米管。40.根據(jù)權(quán)利要求36中所述的一種加工工具的制造方法，其特征在于加入的所述碳納米管為有序排列的單壁碳納米管、隨機(jī)排列的單壁碳納米管、有序排列的多壁碳納米管或隨機(jī)排列的多壁碳納米管。41.根據(jù)權(quán)利要求36中所述的一種加工工具的制造方法，其特征在于加入的所述碳納米管在所述加工工具中的質(zhì)量含量為0.3%-100%。42.—種如權(quán)利要求11中所述的磨削工具的制造方法，其特征在于它包括在所述磨粒中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟。43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于它包括在所述結(jié)合劑中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟。44.根據(jù)權(quán)利要求43中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于所述磨粒為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。45.根據(jù)權(quán)利要求43中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于所述結(jié)合劑為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。46.—種如權(quán)利要求15中所述的磨削工具的制造方法，其特征在于它包括在所述結(jié)合劑中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟。47.根據(jù)權(quán)利要求46中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于它包括在所述磨粒中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟。48.根據(jù)權(quán)利要求47中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于所述磨粒為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。49.根據(jù)權(quán)利要求47中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于所述結(jié)合劑為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。50.—種如權(quán)利要求19中所述的磨削工具的制造方法，其特征在于它包括在所述磨粒中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟。51.根據(jù)權(quán)利要求50中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于它包括在所述研磨液中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟。52.根據(jù)權(quán)利要求51中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于所述研磨液為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。53.根據(jù)權(quán)利要求51中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于所述磨粒為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。54.—種如權(quán)利要求23中所述的磨削工具的制造方法，其特征在于它包括在所述研磨液中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟。55.根據(jù)權(quán)利要求54中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于它包括在所述磨粒中添加碳納米結(jié)構(gòu)的步驟。56.根據(jù)權(quán)利要求55中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于所述研磨液為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。57.根據(jù)權(quán)利要求55中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于所述磨粒為金屬、陶瓷或有機(jī)材料。58.根據(jù)權(quán)利要求42或57中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于所述碳納米結(jié)構(gòu)為碳納米管、碳納米線、碳納米帶、碳納米柱或納米纖維。59.根據(jù)權(quán)利要求58中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于加入的所述碳納米管的直徑在1-100納米之間，長度為500納米-20微米之間。60.根據(jù)權(quán)利要求58中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于加入的所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。61.根據(jù)權(quán)利要求58中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于加入的所述碳納米管為有序排列的單壁碳納米管、隨機(jī)排列的單壁碳納米管、有序排列的多壁碳納米管或隨機(jī)排列的多壁碳納米管。62.根據(jù)權(quán)利要求58中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于加入的所述碳納米管為原始狀態(tài)碳納米管或功能化處理后的碳納米管。63.根據(jù)權(quán)利要求58中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于加入的所述碳納米管在所述磨削工具中的質(zhì)量含量為0.3%-100%。64.根據(jù)權(quán)利要求58中所述的一種磨削工具的制造方法，其特征在于所述磨粒中還包含金剛石顆粒、人造金剛石顆粒、氮化硼顆粒、碳化硅顆粒或氧化鋁顆粒。全文摘要本發(fā)明公開了一種包含碳納米結(jié)構(gòu)的加工工具及其制造方法，以及一種在磨粒和/或結(jié)合劑中包含碳納米結(jié)構(gòu)的磨削工具。利用碳納米管超常的機(jī)械性能，將碳納米管作為加工工具如砂輪中的磨?；蚣庸ぴ亍Ｌ技{米管的成本對(duì)比金剛石較低。這種方法產(chǎn)生一類新型加工工具。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明證實(shí)此種新型加工工具的能力和效果更好。利用碳納米管良好的熱導(dǎo)能力，將碳納米管作為填充或結(jié)合材料加入加工工具的結(jié)合劑中。碳納米管成本較低，傳熱效果比金剛石還要好。這樣可增強(qiáng)加工工具加工時(shí)散發(fā)熱量能力，而得到更好的加工結(jié)果。這種方法產(chǎn)生一類新型加工工具結(jié)合劑。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果證實(shí)此種新型結(jié)合劑的能力和效果更好。文檔編號(hào)B24D3/34GK101733714SQ20091026365公開日2010年6月16日申請日期2009年12月18日優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日發(fā)明者由佳莉,高詠生申請人:高詠生;由佳莉