一種基于凝膠反應(yīng)的多晶納米金剛石磨具制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于凝膠法磨具制備領(lǐng)域，具體設(shè)計一種基于凝膠反應(yīng)的多晶納米金剛石 磨具制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 圓柱滾子軸承因其圓柱滾子與滾道為線接觸，徑向負(fù)荷能力大，適于高速重載工 況條件。隨著機(jī)械設(shè)備復(fù)雜程度的不斷提高，對圓柱滾子軸承的安全服役、動態(tài)性能、承載 能力等方面提出了更高的要求。常用軸承鋼圓柱滾子軸承已很難滿足使用需要，而陶瓷圓 柱滾子自重輕、電絕緣、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等優(yōu)良特點，在特殊領(lǐng)域已得到應(yīng)用。大量 試驗表明大約609^70%的高速軸承失效都是由于滾動體產(chǎn)生不同程度的疲勞破壞所致， 陶瓷圓柱滾子作為精密陶瓷軸承的重要部件，其表面質(zhì)量直接影響著軸承的運動精度及壽 命，尤其是表面凹凸及裂紋等表面缺陷會降低軸承的高精度運轉(zhuǎn)。目前，陶瓷圓柱滾子加工 采用與軸承鋼圓柱滾子類似的超精加工方法，油石往復(fù)擺動作用于滾子，提高表面質(zhì)量，由 于陶瓷具有硬、脆特性等材料特性，其加工過程易在球體表面產(chǎn)生微裂紋、劃痕和殘余應(yīng)力 等表面缺陷，限制了陶瓷圓柱滾子軸承的應(yīng)用，因此，亟需開發(fā)新的超精研工藝。
[0003] 多晶金剛石由多個鑲嵌結(jié)構(gòu)的亞晶組成，具有不規(guī)則形狀和粗糙凹面，晶體均勻 脆性好，磨削過程中，顆粒沿亞晶間的界面破裂，小的被磨損的亞晶從晶體顆粒脫落后，會 適時自動剝落而顯現(xiàn)出新的微觀切削刃口，這種"自銳性"保證了加工的高精度、高效率，不 會產(chǎn)生劃痕和燒傷，零件表面光潔度高。傳統(tǒng)樹脂結(jié)合劑磨具采用模壓成型法，而納米級金 剛石的分散性太差，在與微米級結(jié)合劑粉體的混合過程中，由于顆粒尺寸差異過大，很難在 結(jié)合劑中分布均勻，特別是熱壓過程中納米金剛石表面積大，活性高，抗氧化溫度低，對添 加劑敏感度高，制約了納米多晶金剛石磨具的應(yīng)用。本發(fā)明將試驗新型凝膠法磨具制作工 藝制作多晶納米金剛石磨具，以提高陶瓷圓柱滾子等硬脆材料加工的表面質(zhì)量和效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種于凝膠反應(yīng)的多晶納米金剛石 磨具制備方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種基于凝膠反應(yīng)的多晶納米金剛石磨具制備方法包括如下步驟： (1) 將去離子水和DMSO (二甲基亞砜)混合，再將PAN共聚物（聚丙烯腈)均勻地分散在 DMSCVH2O混合液中，震蕩器上震蕩30min，放于50 °C鼓風(fēng)干燥烘箱溶脹2h后，轉(zhuǎn)移至90 °C 鼓風(fēng)干燥箱高溫溶解，然后用攪拌機(jī)在70°C下攪拌溶解6 h，直至完全轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鳠o雜質(zhì)的 溶液； (2) 在溶液中加入納米多晶金剛石磨料，同時加入硅烷偶聯(lián)劑KH570,使用均質(zhì)攪拌機(jī) 或超聲波振動儀充分分散均勻，將溶液在70°C的真空烘箱中脫泡，倒入模具中，冰柜中零下 20°C凝膠成型，制備預(yù)成型磨具； (3) 預(yù)成型磨具在室溫條件下或40°C加熱條件下解凍2~5小時，解凍后脫水； (4) 在預(yù)氧化爐中先預(yù)氧化，再在碳化爐中燒結(jié)碳化成型。
[0006] 所述的去離子水與二甲基亞砜的質(zhì)量比為1:39,所述的PAN共聚物與去離子水的 質(zhì)量比為8-16:1。
[0007] 所述的納米多晶金剛石磨料與PAN共聚物的質(zhì)量比為100:8-16,納米多晶金剛石 磨料與硅烷偶聯(lián)劑KH570的質(zhì)量比為100:1。
[0008] 所述的納米多晶金剛石磨料的納米單晶粒度范圍為20~200nm，聚晶粒度為 L 5~2Wn〇
[0009] 所述的脫水方法為預(yù)成型磨具浸潤在乙醇液體中，零下20°C冰柜中放置8~10小 時后，預(yù)成型磨具拿出，室溫條件下晾5~10小時。
[0010] 所述的預(yù)氧化方法為在預(yù)氧化爐中進(jìn)行的，在含氧氣氛中（空氣）緩慢加熱，升溫 速度在1~2°C /min，升溫至230°C。
[0011] 所述的燒結(jié)碳化方法為在純化氮氣惰性氣體保護(hù)下通過碳化爐，先在碳化爐中 600~800°C進(jìn)行低溫碳化，然后升溫至1300~1600°C左右進(jìn)行高溫碳化反應(yīng)。
[0012] 本凝膠磨具中多晶金剛石由多個鑲嵌結(jié)構(gòu)的亞晶組成，具有不規(guī)則形狀和粗糙凹 面，晶體均勻脆性好，磨削過程中，顆粒沿亞晶間的界面破裂，小的被磨損的亞晶從晶體顆 粒脫落后，會適時自動剝落而顯現(xiàn)出新的微觀切削刃口，這種"自銳性"保證了加工的高精 度、高效率，不會產(chǎn)生劃痕和燒傷，零件表面光潔度高。
[0013] 選用聚丙烯晴作為納米多晶金剛石磨具的結(jié)合劑的優(yōu)點如下： (1) 聚丙烯晴可以凝膠固化，碳化后，強(qiáng)度高，耐磨性好，作為磨具的結(jié)合劑，保證了凝 膠磨具不會在研磨過程中整體變形軟化以及良好的耐磨性； (2) 磨具長時間磨損，當(dāng)磨具不平整時，局部凸區(qū)域受壓載荷大，摩擦力大，溫升效應(yīng) 高，較高的軟化溫度可以充分使局部凸區(qū)域軟化磨平，達(dá)到磨盤自修整的效果。
【附圖說明】
[0014] 圖1凝膠磨具表面SEM圖； 圖2兩種磨具材料去除率比較圖； 圖3陶瓷圓柱滾子表面顯微圖，其中（a)研磨前；（b)凝膠磨具研磨后；（c)熱壓磨具 研磨后； 圖4凝膠磨具磨損后表面SEM圖。
【具體實施方式】
[0015] 實施例1 取各成分質(zhì)量如表1所示： 表1凝膠磨具成分組成
實施步驟如下： (1) 將去離子水和DMSO混合，再將PAN共聚物均勻地分散在DMSCVH2O混合液中，震蕩 器上震蕩30min，放于50°C鼓風(fēng)干燥烘箱溶脹2h后，轉(zhuǎn)移至90°C鼓風(fēng)干燥箱高溫溶解，然后 用攪拌機(jī)在70°C下攪拌溶解6 h，直至完全轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鳠o雜質(zhì)的溶液； (2) 在溶液中加入納米多晶金剛石磨料，同時加入硅烷偶聯(lián)劑KH570,使用均質(zhì)攪拌機(jī) 或超聲波振動儀充分分散均勻，將溶液在70°C的真空烘箱中脫泡，倒入磨具中，冰柜中零下 20°C凝膠成型，制備預(yù)成型磨具； (3) 步驟（2)得到的預(yù)成型磨具在室溫條件下或40°C加熱條件下解凍2~5小時，解凍 后預(yù)成型磨具浸潤在乙醇液體中，零下20°C冰柜中放置8~10小時后，預(yù)成型磨具拿出，室 溫條件下晾5~10小時； (4) 步驟（3)得到的預(yù)成型磨具放置在預(yù)氧化