專利名稱：用于大尺寸金剛石膜平坦化磨削的砂輪制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。涉及一種用于大尺寸金剛石膜平坦化磨削的砂輪制作方法，特別涉及到一種用于大尺寸CVD金剛石膜表面高效平坦化磨削加工的鈦鋁合金基砂輪的制作方法。
背景技術(shù)：
90年代以來，化學(xué)氣相沉積金剛石(CVD)薄膜的制備技術(shù)和性能表征等已經(jīng)取得了許多突破性進(jìn)展，與研究初期相比，沉積速率提高了近千倍，而制備成本已降低至原來的萬分之一。但相對滯后的金剛石膜后續(xù)拋光平坦化技術(shù)限制了金剛石膜的廣泛應(yīng)用，尤其是大面積CVD金剛石膜的拋光平坦化技術(shù)已成為金剛石膜在高科技領(lǐng)域應(yīng)用的瓶頸問題。
由于金剛石是目前已知的硬度最高且高化學(xué)惰性的材料，使得在超精密加工領(lǐng)域中廣泛采用的拋光平坦化技術(shù)，如傳統(tǒng)的化學(xué)機(jī)械拋光、電解拋光等很難適用于CVD金剛石膜。雖然目前已開發(fā)出激光束拋光、離子束拋光等CVD金剛石膜平坦化技術(shù)，但主要針對小尺寸(φ≤1英寸)的金剛石膜；熱化學(xué)拋光技術(shù)是目前常用的一種大尺寸金剛石膜拋光平坦化技術(shù)，其利用鐵盤、鎳盤等熔碳金屬在一定溫度和壓力下與金剛石膜相對運(yùn)動，使金剛石膜表面的碳原子向金屬板中擴(kuò)散來完成拋光，但由于拋光時溫度高，金屬拋光盤氧化、磨損嚴(yán)重，而且拋光盤高溫強(qiáng)度低，變形嚴(yán)重，因此難以保證金剛石膜的加工精度和效率。鈦鋁合金除了具有良好的高溫強(qiáng)度和高溫耐磨性能之外，其本身所含的鈦元素與碳具有很強(qiáng)的親和性，在金剛石膜熱化學(xué)拋光中具有良好的應(yīng)用前景，但由于目前制作工藝的限制，其高溫強(qiáng)度、抗氧化性或低溫塑性還不能滿足金剛石膜熱化學(xué)拋光的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于大尺寸金剛石膜平坦化磨削的砂輪制作方法，特別涉及到一種用于大尺寸CVD金剛石膜表面高效平坦化磨削加工的鈦鋁合金基砂輪的制作方法。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)1.選料Ti，Al，Cr，Nb，V，Si粉末，純度＞99.5％，粒度＜150μm，按摩爾比40～46％的鋁，1～2％的鉻，1～2％的鈮，0～4％的釩，0～2％的硅，余量為鈦。
2.預(yù)合金將原料粉末和不銹鋼球裝入真空球磨罐中，球料比10～1 5∶1，并充入氬氣以防原料氧化，在行星齒輪球磨機(jī)或高能球磨機(jī)上球磨20～50h，轉(zhuǎn)速為280～500r/min，之后將保護(hù)氣體換為Ar+1％N2，繼續(xù)球磨20～50h，轉(zhuǎn)速為350～580r/min。
3.合金化在Ar+5％volN2氣氛中球磨50～90h，轉(zhuǎn)速500～580r/min。
4.燒結(jié)篩選粒徑＜20μm的合金粉，將合金粉預(yù)壓后放入真空燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度900～1200℃，燒結(jié)時間15～60min，燒結(jié)壓力0.2～10Mpa，燒結(jié)成砂輪環(huán)片，環(huán)片外徑φ150～320mm，內(nèi)徑φ120～300mm，厚度5～10mm。
5.杯形砂輪盤制作及處理將燒結(jié)后的砂輪環(huán)片熱處理后焊接在直徑160～330mm的鋁基杯形砂輪基盤外緣上，并用立方氮化硼修整盤進(jìn)行修整使砂輪表面平整。
本發(fā)明效果和益處是采用機(jī)械球磨和真空加壓燒結(jié)制成的鈦鋁合金基砂輪環(huán)片組織均勻，如圖1所示，晶粒平均尺寸小于20μm，高溫強(qiáng)度高(900℃時屈服強(qiáng)度大于600MPa)，抗氧化性能好(在900℃大氣環(huán)境下氧化2小時質(zhì)量變化小于0.0 5％)，硬度高(HRC65～68)，耐磨損，適合在大氣環(huán)境下對大尺寸CVD金剛石膜高速干式磨削，并與金剛石膜表面的碳原子在高溫下發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)而達(dá)到高速平坦化的目的，是一種針對大尺寸CVD金剛石膜平坦化磨削加工的新型工具。


圖1是鈦鋁合金基砂輪光學(xué)顯微照片，晶粒均勻細(xì)小，平均尺寸小于20μm。
圖2是鈦粉、鋁粉以及合金元素粉末經(jīng)過150小時球磨后形成合金顆粒的SEM照片。
圖3是鈦粉、鋁粉以及合金元素粉末經(jīng)過150小時球磨后形成合金顆粒的SEM照片，顆粒均勻細(xì)小，平均尺寸10μm。
圖4是制作的特種鈦鋁合金基砂輪示意圖，致密度99％，900℃時屈服強(qiáng)度650MPa，室溫硬度HRC68。
具體實施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實施方式
。
根據(jù)金剛石膜熱化學(xué)去除原理，通過優(yōu)化合金成分配比及粉末燒結(jié)工藝，制作高強(qiáng)度高硬度強(qiáng)親碳性鈦鋁合金基砂輪，為大尺寸金剛石膜的高效平坦化磨削加工提供一種新型的無磨料親碳性合金基砂輪工具的制備技術(shù)。制備工藝如下1)原料Ti，Al，Cr，Nb粉末，純度＞99.5％，粒度＜150μm，按比例50∶46∶2∶2(at％)稱取質(zhì)量分別為61.22g，33.28 g，2.66g，4.92g的鈦粉、鋁粉、鉻粉和鈮粉并混合。
2)預(yù)合金將原料粉末和不銹鋼球裝入真空球磨罐中，球料比10∶1，并充入氬氣以防原料氧化，在行星齒輪球磨機(jī)上(或高能球磨機(jī))球磨50h，轉(zhuǎn)速為280～500r/min，之后將保護(hù)氣體換為Ar+1％volN2，繼續(xù)球磨50h，轉(zhuǎn)速為350～580r/min。
3 )合金化在Ar+5％volN2氣氛中球磨50h，轉(zhuǎn)速500～580r/min，形成如圖2所示的非晶合金粉末。
4)燒結(jié)如圖3所示，篩選粒徑＜1 5μm的合金粉，并稱取84g該合金粉預(yù)壓成外徑150mm、內(nèi)徑130mm的環(huán)塊后放入真空燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度1100℃，燒結(jié)時間30min，燒結(jié)壓力0.2MPa，燒結(jié)后得到砂輪環(huán)片，環(huán)片外徑150，內(nèi)徑130mm，厚度5mm，致密度為99％，微氏硬度960Hv。
5)杯形砂輪盤制作及處理如圖4所示，將燒結(jié)后的砂輪環(huán)片熱處理后均勻的焊接在直徑160mm的鋁基砂輪基盤外周上，并用立方氮化硼修整盤進(jìn)行修整使砂輪盤表面平整，砂輪環(huán)致密度99％，900℃時屈服強(qiáng)度650MPa，室溫硬度HRC68。
權(quán)利要求
1.一種用于大尺寸金剛石膜平坦化磨削的砂輪制作方法，包括原料選擇、成份配比，預(yù)合金、合金化，燒結(jié)，杯形砂輪制作及處理步驟，其特征在于原料為Ti，Al，Cr，Nb，V，Si粉末，純度＞99.5％，粒度＜150μm，按摩爾比40～46％的鋁，1～2％的鉻，1～2％的鈮，0～4％的釩，0～2％的硅，余量為鈦進(jìn)行配比；將原料粉末和不銹鋼球裝入真空球磨罐中球磨合金化，球料比10～15∶1，并充入氬氣以防原料氧化，在行星齒輪球磨機(jī)上或高能球磨機(jī)上球磨20～50h，轉(zhuǎn)速為280～500r/min，之后將保護(hù)氣體換為Ar+1％vol N2，繼續(xù)球磨30～50h，轉(zhuǎn)速為350～580r/min，最后在Ar+5％volN2氣氛中球磨50～90h，轉(zhuǎn)速500～580r/min；篩選粒徑＜20μm的合金粉，將合金粉預(yù)壓后放入真空燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)成砂輪環(huán)片，環(huán)片外徑150～320mm，內(nèi)徑120～300mm，厚度5～10mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于大尺寸金剛石膜平坦化磨削的砂輪制作方法，其特征在于將燒結(jié)后的砂輪環(huán)片熱處理后焊接在直徑160～330mm的杯形砂輪基盤外緣上，并用立方氮化硼修整盤進(jìn)行修整，使砂輪表面平整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于大尺寸金剛石膜平坦化磨削的砂輪制作方法，包括原料選擇、成份配比，球磨合金化，燒結(jié)，杯形砂輪制作及處理。其中原料為Ti，Al，Cr，Nb，V，Si粉末，按摩爾比40～46％Al，1～2％Cr，1～2％Nb，0～4％V，0～2％Si，余量為鈦進(jìn)行配比；原料在氬氣保護(hù)下球磨，時間90～190小時，轉(zhuǎn)速280～580r/min；然后篩選粒徑＜20μm的合金粉，經(jīng)預(yù)壓后在真空燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度900～1200℃，燒結(jié)時間15～60min，燒結(jié)壓力0.2～10MPa；最后將燒結(jié)的砂輪環(huán)片熱處理后焊接在杯形砂輪基盤上。本發(fā)明效果和益處是采用機(jī)械球磨和真空加壓燒結(jié)制成的鈦鋁合金基砂輪環(huán)組織均勻高溫強(qiáng)度高，抗氧化性好，硬度高，耐磨損。
文檔編號B24D18/00GK1947947SQ20061013417
公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月2日
發(fā)明者金洙吉, 馬興偉, 苑澤偉, 康仁科 申請人:大連理工大學(xué)