本發(fā)明涉及超精密加工領(lǐng)域，具體涉及一種單層磨料凝膠拋光膜的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著信息技術(shù)和光電技術(shù)的快速發(fā)展以及生活水平的提高，陶瓷基板、裝飾及工程石材、光電材料近年來(lái)也得到了大量的使用，這些材料的加工一般分為切割、磨削、研磨和拋光四個(gè)環(huán)節(jié)，而拋光作為這些材料的超精密加工環(huán)節(jié)也就提出了更高的要求。傳統(tǒng)的超精密加工方法主要有游離磨料加工、固結(jié)磨料拋光和半固結(jié)磨料拋光。游離磨料拋光雖可以獲得超光滑表面，但在拋光過(guò)程中，磨粒隨機(jī)分布并且軌跡不可控，加工效率較低。固結(jié)磨料拋光是將磨料固結(jié)鑲嵌在拋光墊中，去除效率比游離磨料提高很多，但是拋光工具需要定期修整，同時(shí)存在超細(xì)粒度磨料易團(tuán)聚的問(wèn)題。而國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者針對(duì)游離磨料拋光和固結(jié)磨料拋光的問(wèn)題開發(fā)了一系列半固結(jié)磨料拋光，比如冰盤、樹脂拋光盤、生物高分子柔性拋光膜等，在一定程度上解決了去除效率低、定期修整工具、超細(xì)粒度磨料易團(tuán)聚等問(wèn)題。

其中申請(qǐng)人項(xiàng)目組制備的生物高分子柔性拋光膜等半固結(jié)拋光工具，由于具有生物可降解性和生物相容性，更易于廢棄拋光膜的處理等優(yōu)點(diǎn)，在超精密加工領(lǐng)域中已有一定的應(yīng)用。但是該工具是將基體材料與超細(xì)磨料均勻混合后再固化成型。該工具擁有一定的彈性，使得內(nèi)部磨料難以很好的出露而利用率低，利用率高的大都是拋光工具表層的磨料。另外，生物高分子柔性拋光膜中的生物高分子材料由于與磨料的混合，打破了原有的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得柔性拋光膜的機(jī)械強(qiáng)度不夠，無(wú)法達(dá)到高強(qiáng)度的加工要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的生物高分子拋光膜存在的問(wèn)題，提出一種單層磨料凝膠拋光膜的制備方法。其制備方法簡(jiǎn)單，且能提高磨料的使用率，有利于基體材料的強(qiáng)度增強(qiáng)，拋光膜成本的降低，同時(shí)提升了生物高分子拋光膜的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，用于超精密加工，具有綠色環(huán)保無(wú)污染的特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種單層磨料凝膠拋光膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)基體材料的制備

基體材料的制備是利用生物高分子材料溶于去離子水中并攪拌成均勻濃度的生物高分子溶膠。

(2)基體材料的涂覆

將制備完的基材均勻涂覆在貼有布料的拋光盤上，涂覆一定的厚度。

(3)磨料的噴涂

將磨料分散于去離子水中，并利用噴涂機(jī)器將磨料均勻噴灑在基體材料上，得到單層磨料的半成品拋光膜。

(4)基體材料固化

通過(guò)一定的方法將基體材料固化成生物高分子凝膠。

(5)干燥

干燥生物高分子凝膠，最終制成單層磨料凝膠拋光膜。

所述的基體材料主體是海藻酸鈉、明膠、果膠、黃原膠、殼聚糖、纖維素中的一種或多種組合的生物高分子材料，濃度為1～10wt％。通過(guò)機(jī)械攪拌、磁力攪拌等攪拌方式制備溶膠，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為100～1000r/min，攪拌時(shí)間為1～10h；磁力攪拌轉(zhuǎn)速為10～60r/min，溫度為20～80℃，攪拌時(shí)間為1～10h。

所述的布料優(yōu)選為無(wú)紡布、帆布、短羊絨，有利于固定生物高分子溶膠。涂覆厚度為1～5mm，有利于磨料的表層附著以及基體材料具有較好的機(jī)械強(qiáng)度。

所述的磨料是粒度為5nm～40μm的金剛石、碳化物、硼化物、氧化物的一種或者多種組合。磨料分散在去離子水中進(jìn)行水霧噴涂，分散方法可以利用超聲分散、剪切分散方法，分散時(shí)間為3～30分鐘，磨料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～10wt％。噴涂機(jī)器是自動(dòng)噴霧機(jī)、自動(dòng)噴料機(jī)具有噴霧功能的機(jī)器設(shè)備。

所述的固化方法可以采用物理或化學(xué)交聯(lián)。

所述的干燥方法可以采用自然風(fēng)干、鼓風(fēng)干燥、紅外干燥。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

利用噴涂法制備單層磨料凝膠拋光膜，可以廣泛用于陶瓷基板、裝飾及工程石材、光電材料的超精密加工。本發(fā)明利用具有噴砂噴霧功能的機(jī)器設(shè)備進(jìn)行磨料的噴涂，有利于磨料只附著于拋光加工所需的基體材料表層，形成單層磨料層，制備成單層磨料凝膠拋光膜，解決了磨料耗量大、利用率低的問(wèn)題；同時(shí)解決了由于磨料與基體材料的混合，導(dǎo)致破壞生物高分子原有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)的問(wèn)題，增強(qiáng)了基體材料的機(jī)械強(qiáng)度，有利于提高加工效率；利用生物高分子材料，有利于廢棄拋光膜的處理，具有環(huán)保無(wú)污染的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為磨料的噴涂流程示意圖；

圖2為實(shí)施例1拋光膜的表層sem圖；

圖3為實(shí)施例1拋光膜拋光前的表層三維視頻顯微鏡圖。

圖4為實(shí)施例1拋光膜拋光后的表層三維視頻顯微鏡圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種利用噴涂法制備單層磨料凝膠拋光膜的方法，其步驟如下：

(1)基體材料的制備

基體材料主體選擇海藻酸鈉，其濃度為5wt％，通過(guò)海藻酸鈉溶解于去離子水中并進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌成均勻的海藻酸鈉溶膠，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為900r/min，攪拌時(shí)間為4小時(shí)。

(2)基體材料的涂覆

基體材料制備完后通過(guò)涂布機(jī)將其均勻涂覆在貼有無(wú)紡布的拋光盤上，涂覆厚度為3mm。

(3)磨料的噴涂

將10μm的金剛石磨料超聲分散于去離子水中，超聲分散10分鐘，磨料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt％，利用自動(dòng)噴霧機(jī)進(jìn)行磨料噴涂，將磨料均勻噴灑在海藻酸鈉溶膠上。

(4)基體材料固化

將噴涂完磨料的半成品拋光膜放入含有鈣離子的水溶液中，通過(guò)鈣離子與海藻酸鈉基體材料進(jìn)行的化學(xué)交聯(lián)方法固化成海藻酸鈉凝膠，固化時(shí)間為1小時(shí)。

(5)干燥

從鈣離子的水溶液中取出拋光膜，進(jìn)行自然風(fēng)干后，就能制成本發(fā)明所需的單層磨料凝膠拋光膜。

將制備好的單層磨料凝膠拋光膜用于工件的拋光，并進(jìn)行了拋光前后拋光膜表層觀察，磨料仍均勻地固結(jié)在凝膠膜中，并未脫落。

結(jié)果見圖2-4。

實(shí)施例2

一種利用噴涂法制備單層磨料凝膠拋光膜的方法，其步驟如下：

(1)基體材料的制備

基體材料主體選擇海藻酸鈉與果膠的組合，其濃度分別為2.5％、2.5％，通過(guò)海藻酸鈉與果膠溶解于去離子水中并進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌成均勻的海藻酸鈉與果膠混合溶膠，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為900r/min，攪拌時(shí)間為4小時(shí)。

(2)基體材料的涂覆

基體材料制備完后通過(guò)涂布機(jī)將其均勻涂覆在貼有帆布的拋光盤上，涂覆厚度為5mm。

(3)磨料的噴涂

將5μm的氧化鋁磨料剪切分散于去離子水中，剪切分散3分鐘，磨料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2wt％，利用自動(dòng)噴霧機(jī)進(jìn)行磨料噴涂，將磨料均勻噴灑在海藻酸鈉與果膠的混合溶膠上。

(4)基體材料固化

將噴涂完磨料的半成品拋光膜放入含有鈣離子的水溶液中，通過(guò)鈣離子與海藻酸鈉果膠混合溶膠進(jìn)行的化學(xué)交聯(lián)方法固化成海藻酸鈉與果膠混合凝膠，固化1小時(shí)。

(5)干燥

從鈣離子的水溶液中取出拋光膜，進(jìn)行自然風(fēng)干后，就能制成本發(fā)明所需的單層磨料凝膠拋光膜。

實(shí)施例3

一種利用噴涂法制備單層磨料凝膠拋光膜的方法，其步驟如下：

(1)基體材料的制備

基體材料主體選擇明膠，其濃度為5％，通過(guò)明膠溶解于去離子水中并進(jìn)行磁力攪拌，攪拌成均勻的明膠溶膠，磁力攪拌溫度控制為60℃，轉(zhuǎn)速為50r/min，攪拌時(shí)間為1小時(shí)。

(2)基體材料的涂覆

基體材料制備完后通過(guò)涂布機(jī)將其均勻涂覆在貼有無(wú)紡布的拋光盤上，涂覆厚度為2mm。

(3)磨料的噴涂

將10μm的碳化硅磨料超聲分散于去離子水中，超聲分散10分鐘，磨料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5wt％，利用自動(dòng)噴霧機(jī)進(jìn)行磨料噴涂，將磨料均勻噴灑在明膠溶膠上。

(4)基體材料固化

將噴涂完磨料的半成品拋光膜通過(guò)降溫的物理方法進(jìn)行明膠基體材料的固化。

(5)干燥

將固化好的拋光膜進(jìn)行自然風(fēng)干后，就能制成本發(fā)明所需的單層磨料凝膠拋光膜。