本發(fā)明屬于超硬材料和超精密磨削加工領域，特別是涉及一種納米結合超硬微粉堆積磨料及其制備方法。
背景技術：
堆積磨料是由細粒度磨料通過粘結劑黏結起來的結塊，相對于大顆粒磨料其在加工過程中，表現(xiàn)出使用壽命長、自銳性高、磨削效率高、切削力均衡等優(yōu)點，因此，堆積磨料越來越受到磨具生產(chǎn)廠家的重視。
超硬微粉是指顆粒度細于36/54μm的金剛石或立方氮化硼顆粒，有單晶和多晶等不同形式。為了滿足客戶需求，人們通常需要對超硬材料進行粒度分級，而較大粒度的一般通過破碎分選的方法獲取需要的產(chǎn)品；也有不少直接生長超硬微粉的，通常為多晶形式。大的可以破碎，非常小的如粒徑小于0.5μm的應用十分廣泛，但是對于處于0.5～2μm范圍內(nèi)的亞超細粉體的應用則是比較少的。
現(xiàn)有的堆積磨料通常在較大粒度范圍內(nèi)，對于超細粒度超硬粉體堆積磨料的報道還比較少，另外多數(shù)堆積磨料需要高溫處理過程，存在超硬粉體氧化變質的風險。
技術實現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明利用納米陶瓷結合劑進行粒度再造，提供了一種納米結合超硬微粉堆積磨料的制備方法。
具體的，本發(fā)明提供的納米結合超硬微粉堆積磨料的制備方法，具體按照如下步驟實施：
s1：超硬粉體表面納米包覆處理
s11：按照體積比1：1.5～2.5：1的比例分別量取硅酸乙酯、無水乙醇和去離子水，充分混合后形成混合液，將混合液在45～60℃水浴下機械攪拌10～30min，然后緩慢加入稀硝酸或稀鹽酸至溶膠均勻透明，最后在磁力攪拌器上均勻攪拌1～3h，得到sio2溶膠；
s12：在超聲和機械攪拌條件下，向sio2溶膠中加入超硬粉體，持續(xù)攪拌1～3h，然后自然沉降，經(jīng)過濾和洗滌，在80～120℃干燥1～3h，得到表面氧化硅處理的超硬微粉；
s2：按照s11的方法配制sio2溶膠，在機械攪拌條件下，向配制的sio2溶膠中緩慢加入硝酸鈉溶液或硝酸鉀溶液或硝酸鈉和硝酸鉀的混合溶液、以及硝酸鋁溶液和硼酸溶液，調節(jié)ph值至7.2～8.2，繼續(xù)攪拌0.5～2h，得到納米陶瓷溶膠；
當加入的是硝酸鈉溶液或硝酸鉀溶液時，溶液濃度為0.5～2mol/l，硝酸鈉或硝酸鉀與制備納米陶瓷溶膠所用的硅酸乙酯與的摩爾比為1：1.5～3；
當加入的是硝酸鈉和硝酸鉀的混合溶液時，混合溶液濃度為0.5～2mol/l，混合溶液中硝酸鈉和硝酸鉀的摩爾比為1～2：1～2，硝酸鈉和硝酸鉀與制備納米陶瓷溶膠所用的硅酸乙酯與的摩爾比為1：1.5～3；
硝酸鋁溶液濃度為0.5～2mol/l，硝酸鋁與所述硅酸乙酯的摩爾比為1：2～3；硼酸溶液濃度為0.5～2mol/l，硼酸與所述硅酸乙酯的摩爾比為1：1.5～2；
s3：將表面氧化硅處理的超硬微粉置入三維混料機，在攪拌狀態(tài)下首先加入聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液加入量為三維混料機中表面氧化硅處理的超硬微粉質量的1～3％，然后緩慢加入所述納米陶瓷溶膠，控制納米陶瓷溶膠中的sio2與表面氧化硅處理的超硬微粉的質量比在0.5～3：100，然后混料2～5h，老化5～10h后，在100～150℃下干燥3～5h；
s4：將s3處理后的超硬微粉在450～550℃下進行熱處理2～5h，然后破碎、根據(jù)預定要求篩分分級，得到納米結合的超硬堆積磨料。
優(yōu)選地，s11中，所述稀硝酸或稀鹽酸的濃度為0.5～2mol/l。
優(yōu)選地，s12中，所述超硬粉體為細粒度為0.5～2μm的超硬微粉。
優(yōu)選地，s2中，通過10％氨水調節(jié)ph值至7.2～8.2。
優(yōu)選地，s3中，所用聚乙烯醇溶液的質量分數(shù)為5％～8％。
上述方法制備得到的納米結合超硬微粉堆積磨料，自銳性好、形狀保持性好。
上述方法制備得到的納米結合超硬微粉堆積磨料，應用廣泛，特別是在堆積磨料砂帶、固結磨料線鋸、多晶樹脂磨具、研磨液或拋光膏方面的應用。
本發(fā)明的技術方案具有如下有益效果：
(1)本發(fā)明提供了一種納米結合超硬微粉堆積磨料的制備方法，解決了一定范圍內(nèi)細粒度(特別是細粒度為0.5～2μm)超硬微粉(金剛石或立方氮化硼)粒度再造的問題，相對于高溫高壓二次生長具有成本低、見效快、制備簡單和效果顯著等突出優(yōu)點；
(2)制備過程中，通過在超硬微粉顆粒之間引入無機納米陶瓷結合劑，使得堆積磨料自銳性好、形狀保持性好和不易堵塞等，堆積磨料粒度可控，所制得的納米結合超硬微粉堆積磨料反應活性強，燒結溫度低，遠低于金剛石的700℃和立方氮化硼的850℃，很好的解決了現(xiàn)有技術中堆積磨料需要高溫處理過程，存在超硬粉體氧化變質的問題，具有很強的適用性，在超硬砂帶、固結線鋸、研磨膏和拋光液等精密磨拋領域具有廣闊的應用前景。
(3)本發(fā)明提供的納米結合超硬微粉堆積磨料的制備方法，也能很好的應用到其他粒度超硬微粉，以及其他種類微粉磨料中，具有很好的實用性。
具體實施方式
為了使本領域技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案能予以實施，下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。
當實施例給出數(shù)值范圍時，應理解，除非本發(fā)明另有說明，每個數(shù)值范圍的兩個端點以及兩個端點之間任何一個數(shù)值均可選用。除非另外定義，本發(fā)明中使用的所有技術和科學術語與本技術領域技術人員通常理解的意義相同。除實施例中使用的具體方法、設備、材料外，根據(jù)本技術領域的技術人員對現(xiàn)有技術的掌握及本發(fā)明的記載，還可以使用與本發(fā)明實施例中所述的方法、設備、材料相似或等同的現(xiàn)有技術的任何方法、設備和材料來實現(xiàn)本發(fā)明。
本發(fā)明一種納米結合超硬微粉堆積磨料的制備方法，具體按照如下步驟實施：
s1：超硬粉體表面納米包覆處理
s11：按照體積比1：1.5～2.5：1的比例分別量取硅酸乙酯、無水乙醇和去離子水，充分混合后形成混合液，將混合液在45～60℃水浴下機械攪拌10～30min，然后緩慢加入稀硝酸或稀鹽酸至溶膠均勻透明，最后在磁力攪拌器上均勻攪拌1～3h，得到sio2溶膠；
s12：在超聲和機械攪拌條件下，向sio2溶膠中加入超硬粉體，超硬粉體與sio2溶膠中的sio2質量比為0.8～2.5，持續(xù)攪拌1～3h，然后自然沉降，經(jīng)過濾和洗滌，在80～120℃干燥1～3h，得到表面氧化硅處理的超硬微粉；
s2：按照s11的方法配制sio2溶膠，在機械攪拌條件下，向配制的sio2溶膠中緩慢加入硝酸鈉溶液或硝酸鉀溶液或硝酸鈉和硝酸鉀的混合溶液、以及硝酸鋁溶液和硼酸溶液，調節(jié)ph值至7.2～8.2，繼續(xù)攪拌0.5～2h，得到納米陶瓷溶膠；
當加入的是硝酸鈉溶液或硝酸鉀溶液時，溶液濃度為0.5～2mol/l，硝酸鈉或硝酸鉀與制備納米陶瓷溶膠所用的硅酸乙酯與的摩爾比為1：1.5～3；
當加入的是硝酸鈉和硝酸鉀的混合溶液時，混合溶液濃度為0.5～2mol/l，混合溶液中硝酸鈉和硝酸鉀的摩爾比為1～2：1～2，硝酸鈉和硝酸鉀與制備納米陶瓷溶膠所用的硅酸乙酯與的摩爾比為1：1.5～3；
硝酸鋁溶液濃度為0.5～2mol/l，硝酸鋁與所述硅酸乙酯的摩爾比為1：2～3；硼酸溶液濃度為0.5～2mol/l，硼酸與所述硅酸乙酯的摩爾比為1：1.5～2；
s3：將表面氧化硅處理的超硬微粉置入三維混料機，在攪拌狀態(tài)下首先加入聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液加入量為三維混料機中表面氧化硅處理的超硬微粉質量的1～3％，然后緩慢加入所述納米陶瓷溶膠，控制納米陶瓷溶膠中的sio2與表面氧化硅處理的超硬微粉的質量比在0.5～3：100，然后混料2～5h，老化5～10h后，在100～150℃下干燥3～5h；
s4：將s3處理后的超硬微粉在450～550℃下進行熱處理2～5h，然后破碎、根據(jù)預定要求篩分分級，得到納米結合的超硬堆積磨料。
下面結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案進行進一步舉例說明。
實施例1
本實施例一種納米結合金剛石微粉堆積磨料的制備方法，具體制備過程為：
s1：金剛石微粉表面納米包覆處理
s11：按照體積比1：1.5：1的比例分別量取硅酸乙酯、無水乙醇和去離子水，充分混合后形成混合液，將混合液在45℃水浴下機械攪拌30min，然后緩慢加入2mol/l的稀硝酸至溶膠均勻透明，最后在磁力攪拌器上均勻攪拌3h，得到sio2溶膠；
s12：在超聲和機械攪拌條件下，向sio2溶膠中加入金剛石微粉，金剛石微粉與sio2溶膠中的sio2質量比為2，該金剛石微粉粒度為0.5～1μm，持續(xù)攪拌1h，然后自然沉降，經(jīng)過濾和洗滌，在120℃干燥1h，得到表面氧化硅包覆處理的金剛石微粉；
s2：按照上述方法配制sio2溶膠，在機械攪拌條件下，向配制的sio2溶膠中分別緩慢加入1mol/l的硝酸鈉溶液、1mol/l的硝酸鋁溶液以及1mol/l的硼酸溶液，采用10％氨水調節(jié)ph值至7.2，繼續(xù)攪拌1h，得到納米陶瓷溶膠；
硝酸鈉與制備納米陶瓷溶膠所用的硅酸乙酯與的摩爾比為1：2，硝酸鋁與制備納米陶瓷溶膠所用的硅酸乙酯的摩爾比為1：2，硼酸與制備納米陶瓷溶膠所用的硅酸乙酯的摩爾比為1：2；
s3：將表面氧化硅處理的金剛石微粉置入三維混料機，在攪拌狀態(tài)下首先加入能夠增強粘附性能的聚乙烯醇溶液(7wt％)，然后緩慢加入所述納米陶瓷溶膠，聚乙烯醇溶液加入量為三維混料機中表面氧化硅處理的金剛石微粉質量的1％；納米陶瓷溶膠的加入量通過納米溶膠中的sio2與金剛石微粉的質量比來控制，控制納米陶瓷溶膠中的sio2與金剛石微粉的質量比在2：100，然后混料2h，老化5h后，在100℃下干燥3h；
s4：將s3處理后的金剛石微粉在450℃下進行熱處理5h，然后破碎、篩分分級，得到不同型號的納米結合的金剛石堆積磨料。
實施例2
本實施例一種納米結合多晶金剛石微粉堆積磨料的制備方法，具體制備過程為：
s1：多晶金剛石微粉表面納米包覆處理
s11：按照體積比1：2.5：1的比例分別量取硅酸乙酯、無水乙醇和去離子水，充分混合后形成混合液，將混合液在60℃水浴下機械攪拌10min，然后緩慢加入0.5mol/l稀鹽酸至溶膠均勻透明，最后在磁力攪拌器上均勻攪拌1h，得到sio2溶膠；
s12：在超聲和機械攪拌條件下，向sio2溶膠中加入多晶金剛石粉體，多晶金剛石微粉與sio2溶膠中的sio2質量比為2.5，該多晶金剛石粒度為0.5～2μm，持續(xù)攪拌3h，然后自然沉降，經(jīng)過濾和洗滌，在80℃干燥3h，得到表面氧化硅處理的多晶金剛石微粉；
s2：按照上述方法配制sio2溶膠，在機械攪拌條件下，向配制的sio2溶膠中緩慢加入1mol/l的硝酸鈉和硝酸鉀混合溶液、1mol/l的硝酸鋁溶液、以及1mol/l的硼酸溶液，上述混合溶液中，硝酸鈉和硝酸鉀的摩爾比為1:1，然后采用10％氨水調節(jié)ph值至8.2，繼續(xù)攪拌0.5h，得到納米陶瓷溶膠；
硝酸鈉和硝酸鉀混合溶液與制備納米陶瓷溶膠所用的硅酸乙酯與的摩爾比為1：1.5，硝酸鋁與硅酸乙酯的摩爾比為1：2，硼酸與硅酸乙酯的摩爾比為1：2；
s3：將表面氧化硅處理的多晶金剛石微粉置入三維混料機，在攪拌狀態(tài)下首先加入聚乙烯醇溶液(7wt％)，然后緩慢加入所述納米陶瓷溶膠，聚乙烯醇溶液加入量為三維混料機中表面氧化硅處理的多晶金剛石質量的3％；控制溶膠中的sio2與多晶金剛石微粉的質量比在3：100，然后混料5h，老化10h后，在150℃下干燥5h；
s4：將s3處理后的多晶金剛石微粉在450℃下進行熱處理2h，然后破碎、篩分分級，得到不同型號的納米結合的多晶金剛石堆積磨料。
實施例3
本實施例一種納米結合cbn微粉堆積磨料的制備方法，具體制備過程為：
s1：cbn粉體表面納米包覆處理
s11：按照體積比1：2：1的比例分別量取硅酸乙酯、無水乙醇和去離子水，充分混合后形成混合液，將混合液在55℃水浴下機械攪拌25min，然后緩慢加入1mol/l稀鹽酸至溶膠均勻透明，最后在磁力攪拌器上均勻攪拌2h，得到sio2溶膠；
s12：在超聲和機械攪拌條件下，向sio2溶膠中加入cbn粉體，cbn粉體與sio2溶膠中的sio2質量比為2.5，該cbn粉體為細粒度為0.5～2μm之間的超硬微粉，持續(xù)攪拌2h，然后自然沉降，經(jīng)過濾和洗滌，在105℃干燥2.5h，得到表面氧化硅處理的cbn粉體；
s2：按照上述方法配制sio2溶膠，在機械攪拌條件下，向配制的sio2溶膠中緩慢加入1mol/l的硝酸鉀混合溶液、1mol/l的硝酸鋁溶液、以及1mol/l的硼酸溶液，然后采用10％氨水調節(jié)ph值至8.2，繼續(xù)攪拌0.5h，得到納米陶瓷溶膠；
硝酸鉀溶液與制備納米陶瓷溶膠所用的硅酸乙酯與的摩爾比為1：2.5，硝酸鋁與硅酸乙酯的摩爾比為1：2.5，硼酸與硅酸乙酯的摩爾比為1：2；
s3：將表面氧化硅處理的cbn微粉置入三維混料機，在攪拌狀態(tài)下首先加入聚乙烯醇溶液(5wt％)，然后緩慢加入所述納米陶瓷溶膠，聚乙烯醇溶液加入量為三維混料機中表面氧化硅處理的cbn微粉質量的2.2％；控制溶膠中的sio2與cbn微粉的質量比在2.4：100，然后混料3.5h，老化7h后，在120℃下干燥4h；
s4：將s3處理后的cbn微粉在517℃下進行熱處理3h，然后破碎、篩分分級，得到不同型號的納米結合的cbn堆積磨料。
實施例1～實施例3制得的納米結合超硬堆積磨料工藝穩(wěn)定，質量可靠，性能優(yōu)良。例如我們分別選取了實施例1～3中所制備的粒度為12～22μm的納米陶瓷結合金剛石、多晶金剛石和cbn堆積磨料，采用粉體法分別制備了超硬堆積磨料精磨砂帶，對碳化鎢硬質合金進行磨削，加工硬質合金表面粗糙度分別達到0.29μm、0.18μm和0.23μm，且非常均勻；而為了對照所選取的600目sic堆積磨料砂帶加工的表面粗糙度起伏較大，最小粗糙度僅為0.45μm，且加工效率遠低于所制備的納米陶瓷結合超硬堆積磨料砂帶。
以上所述實施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實施例，其保護范圍不限于此。本技術領域的技術人員在本發(fā)明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的保護范圍以權利要求書為準。