CN109605235A - 一种利用固结金刚石碳纳米管纤维编织抛光垫的方法 - Google Patents

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徐西鹏
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Abstract

本发明公开了一种利用固结金刚石碳纳米管纤维编织抛光垫的方法，包括如下步骤：(1)将金刚石均匀分散于溶剂中，再加入碳纳米管纤维，通过超声探头进行超声处理，使上述金刚石均匀的粘附于上述碳纳米管纤维的表面；(2)将粘附了上述金刚石的上述碳纳米管纤维从步骤(1)所得的物料中取出，置于高频感应炉中，接通电流，进行固化烧结，得到固结金刚石的碳纳米管纤维；(3)将上述固结金刚石的碳纳米管纤维编织于绣布上，制成抛光垫。本发明利用固结金刚石的碳纳米管纤维来编织制作抛光垫，有效地解决了现有技术中固结磨料抛光垫制作过程复杂、表面磨粒团聚，普通纤维材质的固结磨粒抛光垫纤维易断裂、磨粒把持力不牢而导致抛光垫使用寿命短及抛光效果差等问题。

Description

一种利用固结金刚石碳纳米管纤维编织抛光垫的方法
技术领域
本发明属于抛光工具技术领域，具体涉及一种利用固结金刚石碳纳米管纤维编织抛光垫的方法。
背景技术
信息技术和光电技术的发展日新月异，半导体晶片、光学晶体等硬脆材料，对抛光片的数量、加工质量和加工效率要求与日俱增。抛光作为降低材料表面粗糙度，获得光亮平整表面的主要加工手段，得到了广泛的应用和发展。
抛光垫是构成抛光***的重要组成部分，一般可将其分为无磨料抛光垫及固结磨料抛光垫。其中，固结磨料抛光垫因其磨料利用率高、平坦化效果好等诸多优点而被广泛使用，但固结磨粒抛光垫在制备过程中工艺较为复杂，且磨粒易团聚，很难实现均匀分布。其中普通纤维材质的固结磨粒抛光垫存在强度差、易断裂、磨粒把持力差等问题。碳纳米管纤维具有优异的力学性能和化学性能，且柔软有弹性，将其与具有高硬度和高熔点的金刚石固化烧结，在高温条件下实现碳纳米管由SP2的杂化方式向金刚石SP3杂化方式的转化来达到以化学键固结金刚石磨粒的目的。
传统的固结磨料抛光垫常采用较为传统的粉末冶金工艺进行制备。由于金刚石和粘结剂粉末在混合搅拌过程中极易发生团聚现象，导致金刚石在结合剂中分布不均匀，进而影响其加工性能。然而，选用具有优异性能的碳纤维与金刚石进行固结，通过编织的方式，可自由的选择绣布材质和编织方式得到不同类型抛光垫，来满足不同样品的抛光需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种利用固结金刚石碳纳米管纤维编织抛光垫的方法。
本发明的技术方案如下：
一种利用固结金刚石碳纳米管纤维编织抛光垫的方法，包括如下步骤：
(1)将粒度为0.8～11μm的金刚石均匀分散于溶剂中，再加入直径90～210μm且长度为0.4～2.2m的碳纳米管纤维，通过超声探头进行超声处理8～12min，使上述金刚石均匀的粘附于上述碳纳米管纤维的表面；
(2)将粘附了上述金刚石的上述碳纳米管纤维从步骤(1)所得的物料中取出，置于高频感应炉中，接通电流，进行固化烧结，得到固结金刚石的碳纳米管纤维；该高频感应炉的电流设置为55～62A，感应时间为35～65s；
(3)将上述固结金刚石的碳纳米管纤维编织于绣布上，制成抛光垫。
在本发明的一个优选实施方案中，所述金刚石在所述溶剂中的浓度为0.05～1wt％。
在本发明的一个优选实施方案中，所述金刚石的粒度为1～10μm。
在本发明的一个优选实施方案中，所述碳纳米管纤维的直径为100～200μm，长度为0.5～2m。
在本发明的一个优选实施方案中，所述高频感应炉的电流设置为60A，感应时间为40～60s。
在本发明的一个优选实施方案中，所述绣布的材质为塑料、亚麻、棉或绒。
在本发明的一个优选实施方案中，所述编织的方式为手工编织或机械编织。
在本发明的一个优选实施方案中，所述编织的方法包括十字绣法、波浪绣法、方格绣法、交叉绣法、斜向绣法、申字绣法。
进一步优选的，所述溶剂为水或酒精。
本发明的有益效果是：
1、本发明利用固结金刚石的碳纳米管纤维来编织制作抛光垫，有效地解决了现有技术中固结磨料抛光垫制作过程复杂、表面磨粒团聚，普通纤维材质的固结磨粒抛光垫纤维易断裂、磨粒把持力不牢而导致抛光垫使用寿命短及抛光效果差等问题。
2、本发明的制造工艺简单，编织种类丰富，过程可控，且磨粒把持力大，耐磨性好，可以将含固结金刚石的碳纳米管纤维均匀的分布在抛光垫表面。
附图说明
图1为本发明制备的金刚石与碳纳米管纤维固化结合的形貌图。
图2为本发明制备的金刚石与碳纳米管纤维固化结合后的拉曼图。
图3为本发明制备的金刚石与碳纳米管纤维不同感应时间下固化结合后的拉伸强度图。
图4为本发明制备的金刚石与碳纳米管纤维抛光垫绣布材质图，其中，从左到右依次为塑料绣布、亚麻绣布、棉质绣布和绒质绣布。
图5为本发明制备的金刚石与碳纳米管纤维抛光垫编织图案及成品照片，其中，①十字绣法，②波浪绣法，③方格绣法，④交叉绣法，⑤斜向绣法，⑥申字绣法，⑦抛光垫成品。
图6为未固结金刚石的碳纳米管纤维所编织的抛光垫(1)和实施例1制备的抛光垫(2)分别加工寿山石30min后的去除量。
图7本发明发明实施例1制备的抛光垫加工寿山石0min(A)和30min(B)后的三维形貌图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
固结金刚石碳纳米管纤维编织抛光垫的制备：取粒径为3μm的金刚石粉和直径为150μm的碳纳米管纤维1m。利用赛多利斯电子天平称取金刚石粉，加入到200mL蒸馏水中，配制成浓度为0.1wt.％的金刚石溶液，将碳纳米管纤维置于金刚石溶液中，超声探头分散10min，使金刚石均匀的粘附于碳纳米管纤维表面。取出粘有金刚石的碳纳米管纤维，干燥后放入高频感应炉中，隔绝空气，接通60A电流，时间为40s，得到固结金刚石的碳纳米管纤维，如图1所示，碳纳米管纤维的表面粘附有较多金刚石颗粒，且分散较为均匀，右侧的金刚石颗粒和纤维之间紧密地结合在了一起，界面处出现了融合在一起的现象；由图2可知，金刚石的特征峰在1331cm-1处，没有出现明显的石墨化；碳纳米管纤维的特征峰出现在1350cm-1及1581cm-1处，D峰和G峰强度的变化不是特别明显；碳纳米管纤维和金刚石界面处的峰表现的是两物质峰叠加的情况，1331cm-1处的峰是金刚石的特征峰，1345cm-1和1580cm-1处是纤维的峰，可以发现D峰强度下降很多，IG/ID的值有明显增长，金刚石和碳纳米管纤维界面处发生了化学键合。由图3可知，高频感应炉高温短时热处理不仅可以使碳管纤维和金刚石发生结合，热处理使得碳的有序化程度提高，碳管内部的缺陷减少，碳管与碳管之间的结合更加紧密，达到了增强碳纳米管纤维强度的效果。该利用该纤维在图4所示棉质绣布上以波浪绣法编织得到性能良好的如图5所示的抛光垫。
利用未固结金刚石的碳纳米管纤维所编织的抛光垫(1)和本实施例制得的抛光垫(2)，分别对寿山石进行加工，其材料去除率见图6，本实施例所制备的抛光垫的材料去除率较未固结金刚石的抛光垫高7.5倍。观察未抛光(图7A)和本实施例制备的抛光垫抛光(图7B)过的寿山石表面，三维形貌可见，抛光后的寿山石表面粗糙度小，较为平滑，该抛光垫抛光效果显著。
实施例2
固结金刚石碳纳米管纤维编织抛光垫的制备：取粒径为1μm的金刚石粉和直径为100μm的碳纳米管纤维1m。利用赛多利斯电子天平称取金刚石粉，加入到200mL酒精溶液中，配制成浓度为0.5wt.％的金刚石溶液，将碳纳米管纤维置于金刚石溶液中，超声探头分散10min，使金刚石均匀的粘附于碳纳米管纤维表面。取出粘有金刚石的碳纳米管纤维，干燥后放入高频感应炉中，隔绝空气，接通60A电流，时间为50s，得到固结金刚石的碳纳米管纤维。利用该纤维在棉质绣布上以十字绣法编织得到性能良好的如图5所示的抛光垫。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (9)

1.一种利用固结金刚石碳纳米管纤维编织抛光垫的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将粒度为0.8～11μm的金刚石均匀分散于溶剂中，再加入直径90～210μm且长度为0.4～2.2m的碳纳米管纤维，通过超声探头进行超声处理8～12min，使上述金刚石均匀的粘附于上述碳纳米管纤维的表面；
(2)将粘附了上述金刚石的上述碳纳米管纤维从步骤(1)所得的物料中取出，置于高频感应炉中，接通电流，进行固化烧结，得到固结金刚石的碳纳米管纤维；该高频感应炉的电流设置为55～62A，感应时间为35～65s；
(3)将上述固结金刚石的碳纳米管纤维编织于绣布上，制成抛光垫。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述金刚石在所述溶剂中的浓度为0.05～1wt％。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述金刚石的粒度为1～10μm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述碳纳米管纤维的直径为100～200μm，长度为0.5～2m。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述高频感应炉的电流设置为60A，感应时间为40～60s。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述绣布的材质为塑料、亚麻、棉或绒。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述编织的方式为手工编织或机械编织。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述编织的方法包括十字绣法、波浪绣法、方格绣法、交叉绣法、斜向绣法、申字绣法。
9.如权利要求1至8中任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述溶剂为水或酒精。
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