圖；
[0067] 附圖25為本發(fā)明磨削實驗系列6中工件18的磨削位置及結(jié)果示意圖；
[0068] 附圖26為本發(fā)明磨削實驗系列6中工件PHA的磨削位置及結(jié)果示意圖。
[0069] 1、砂輪芯，2、外部結(jié)構(gòu)，3、碳納米管磨粒，4、結(jié)合劑層。
【具體實施方式】
[0070] 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 材料。
[0071] 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。
[0072] 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)。
[0073] 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)。
[0074] 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。
[0075] 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。
[0076] 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1，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、隨機排列的單壁碳納米管、有序排 列的多壁碳納米管或隨機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%〇
[0077] 為了更好的說明本發(fā)明的有益效果，本實施例中制作了砂輪，參閱圖2,該砂輪具 有一個砂輪芯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。
[0078] 我們的發(fā)明驗證實驗共有6個系列。其中系列1有三個實驗，即實驗1、實驗2和 實驗3。實驗涉及以下細節(jié)。
[0079] 1)碳納米管處理
[0080] 非必須的步驟：指功能化步驟，在我們的實驗中，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。
[0081] 文中所有的含量指質(zhì)量百分量。
[0082] 選用如表1中所示的碳納米管
[0083]
[0084] 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重。
[0085] 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。
[0086] 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間，冷卻至室溫后，加入氫氧化鈉中和至中性。
[0087] 本發(fā)明實驗系列1中使用的砂輪如表2中所列
[0088]
[0089] 如表中所示，砂輪2中的碳納米管經(jīng)過120°C下處理3個小時，砂輪7和砂輪8中 碳納米管是在80°C下處理0. 5個小時。
[0090] 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。時間和溫度 對于控制碳納米管的功能化程度非常重要。
[0091] 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，這是因為物理干燥會引 起碳納米管的聚集結(jié)塊。這兩個砂輪是用丙酮洗滌掉多余水分的有機方法獲取的。
[0092] 2)碳納米管磨削工具
[0093] 碳納米管磨削工具：對于一個磨削工具來說，關(guān)鍵構(gòu)成部分是磨粒和結(jié)合劑。
[0094] 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，并且具有納米級的機體或末端可以作切削。碳納米管磨粒是一種全新的磨 粒。
[0095] 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。
[0096] 表3環(huán)氧樹脂改性雙酚A
[0097]
[0098] 表4固化劑參數(shù)
[0099]
[0100] 混合條件參見表5
[0101]
[0102] 混合過程：碳納米管和結(jié)合劑混合過程如下。
[0103] ?加入碳納米管，再加入丙酮防止揮發(fā)并促進分散，超聲分散1小時；
[0104] ?加入樹脂，超聲分散2小時；
[0105] ?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；
[0106] ?放入真空爐脫氣12小時；
[0107] ?加入固化劑成型。
[0108] 固化劑不限于環(huán)氧樹脂，可以用金屬，陶瓷或者其他有機材料代替。實際中的選擇 依賴于磨削材料的實際應(yīng)用。目前，金屬，陶瓷或者有機材料可以作為結(jié)合劑使用。碳納米 管可以混合在金屬，陶瓷以及有機材料里。
[0109] 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。另一個目的是增強結(jié)合材料的機械性能。
[0110] 單壁碳納米管和有序排列的碳納米管有更好地熱傳導性能。
[0111] 無序的多壁碳納米管成本較低，也用于我們的實驗。其性能還算好。
[0112] 碳納米管尺寸：在我們的實驗中，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。
[0113] 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 以促進物料去除率，長直徑可以促進磨粒固定能力。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lOOnm，長度可以由500nm至20微米。
[0114] 碳納米管含量：在我們的實驗中，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0. 3%至100%。
[0115] 3)碳納米管砂輪
[0116] 固定磨粒磨削工具：為了在磨床上進行實驗，碳納米管磨削工具被制作為砂輪形 狀。
[0117] 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。
[0118]自由磨粒磨削過程：碳納米管顆?？梢员挥米魇亲杂赡ハ骷庸さ哪チ＃缪心?， 拋光，化學機械拋光等。
[0119] 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。
[0120] 碳納米管砂輪：為了減少碳納米管以及結(jié)合劑的用量，我們使用了一個砂輪芯結(jié) 構(gòu)以及外部結(jié)構(gòu)作為加工砂輪。
[0121] 砂輪芯材料：如果在一定溫度下可以保持一定強度，砂輪芯可以使用金屬，陶瓷或 者有機材料。
[0122] 在我們的實驗里，成型溫度約為60_70°C。
[0123] 4)實驗
[0124] 為了證實碳納米管的加工作用，我們進行了一系列的實驗（系列1-6)。
[0125] 系列1實驗包括實驗1、實驗2和實驗3。
[0126] 實驗中共使用了 5個工件，參見表6。
[0127] 表6工件列表
[0128]
[0129] 實驗1:在系列1實驗1中用到砂輪1和砂輪2。具體磨削調(diào)節(jié)參見表7。
[0130] 表 7
[0131]
[0132] 砂輪1是全部樹脂制成用作參考。砂輪2是一個碳納米管砂輪。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。
[0133] 實驗結(jié)果中顯示的較大的粗糙度是因為磨床的局限以及磨削過程中條件并未優(yōu) 化。
[0134] 實驗2 :在系列1實驗2中，用5種碳納米管砂輪，加工一個鋁工件，參見表8。
[0135] 表8系列1實驗2的磨削條件

[0138] 實驗結(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。這是因為初 始表面比較粗糙，這個問題將在實驗3中解決。
[0139] 碳納米管磨粒非常細小并且只適合做切削量較小的材料去除。
[0140] 實驗3 :在系列1實驗3中，使用了兩個鋁工件和一個樹脂工件。同樣也是由5個 不同的碳納米管砂輪加工。參見表9。
[0141] 表9系列1實驗3的磨削條件

[0144] 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)砂輪用來磨出一個比較一致的初始表面。平整步驟：
[0145] ?盡量放平工件。
[0146] 魯用碳化硅砂輪磨表面，磨削深度在10-20微米，水平方向工作臺速度為每2毫米 每個磨削過程。這個過程一致持續(xù)至整個工件表面被磨到。
[0147] 魯以進刀速度為2微米每次，水平方向工作臺速度為2毫米每次。不進刀來回5 次。
[0148] ?不進刀來回磨10次，并且以工作臺水平速度2毫米每次打磨整個表面。
[0149] ?重復(fù)以上步驟5個循環(huán)，最后一次不進刀來回20次。
[0150] 工件3-4的系列1實驗結(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)。
[0151] 對于樹脂工件5的系列1實驗結(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。
[0152] 系列實驗：一共設(shè)計了6個系列的實驗。系列1的目的是進行可行性實驗。系列 2-6為初步探索性實驗。
[0153] 系列2 :為了測試一種大直徑碳納米管的性能。
[0154]系列2的實驗對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。
[0155] 表10系列2中使用的砂輪
[0156]
[0157] 表11系列2中使用的工件及砂輪對照表
[0158]
[0159] *砂輪13經(jīng)過類似砂輪7或8的功能化處理，lwt%。
[0160] 表12為系列2中的磨削條件
[0161]
[0162]
[0163] 磨削時，各砂輪的磨削位置參見附圖10、11和12。其中ΡΟ-l標示工件表面1號磨 削面之前的表面，作為對照，P1W6表示使用砂輪6磨削的工件上1號表面，P1-2表示1號和 2號磨削面之間的表面，作為對照，P2W9表示使用砂輪9磨削的工件上2號表面，P2-3表示 2號和3號磨削面之間的表面，作為對照，P3W10表示使用砂輪10磨削的工件上3號表面。 (以下同）（對于PxWy，一般情況下，P后面的數(shù)字X表示工件上的表面編號，W后面的數(shù)字 y表不砂輪編號）
[0164] 數(shù)據(jù)處理：對