CN110342853A - 一种用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，属于金刚石磨具技术领域。该砂轮，以质量份数计，包括金刚石10~60份，树脂粉5~35份，硅烷偶联剂0.5~3份，填料10~35份。该金刚石树脂砂轮由上述物料加热加压固化制备而成。本发明通过优化助磨剂、润滑剂以及各组份的含量配比，显著的提高了砂轮的使用寿命以及磨削效率，降低了磨削的工件表面粗糙度，在硅材料磨削方面取得广阔的应用前景。

Description

一种用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮
技术领域
本发明属于金刚石磨具技术领域，尤其涉及一种用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮。
背景技术
硅(Silicon)：熔点1410℃，沸点2355℃，溶于氢氟酸和硝酸的混合酸中，不溶于水、硝酸和盐酸，硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。加热至800℃以上即有延展性，1300℃时显出明显变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应，高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料，通过在单晶硅中掺入不同元素，还可以制备出N型和P型硅半导体材料，将两者结合就可做成太阳能电池，目前在光伏产业已经取得广泛应用。
硅材料(包括单晶硅和多晶硅)从原料到最终制成太阳能硅片，需要经过拉晶、切方、磨面以及最终的切片等工艺流程。其中，开方后的硅料，在进行磨面时需要使用到金刚石砂轮，这是因为硅材料具有较高的硬度(莫氏硬度约为7)，普通砂轮难以满足其磨削需求，此外磨面过程还包括粗磨和精磨两道工序，其中粗磨工序普遍使用的是金属基金刚石砂轮，精磨工序因其对硅料表面光洁度的要求高，目前主要使用树脂基金刚石砂轮。当前市面上生产的树脂基金刚石砂轮在使用寿命、磨削效率以及工件表面粗糙度上存在着各种各样的问题，严重制约着硅料磨削的效率和质量的提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，本发明提供的用于磨削硅材料的金刚石树脂砂轮添加了酚醛树脂以及硅烷偶联剂，同时通过优化助磨剂、润滑剂以及各组份的含量配比，显著的提高了砂轮的使用寿命以及磨削效率，降低了磨削的工件表面粗糙度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，以质量份数计，包括金刚石10～60份，树脂粉5～35份，硅烷偶联剂0.5～3份，填料10～35份。该金刚石树脂砂轮由上述物料加热加压固化制备而成。
进一步，所述金刚石粒度为320～1500目，金刚石作为金刚石树脂砂轮的磨料组分。
进一步，所述金刚石为团粒结构金刚石，即自锐性金刚石，简称CSD(CrumbStructure Diamond)。自锐性金刚石作为超硬磨具尤其是超硬树脂基磨具的磨料是由其自身不仅保持了金刚石的一切物理化学性质，同时又可以在砂轮磨削刃钝化的情况下进行自锐，这在很大程度上避免了修刀，既保证了砂轮的锋利性又保证了砂轮的使用寿命。
进一步，所述树脂粉为酚醛树脂。酚醛树脂具有高温下刚性保持率高，耐蠕变等特性，本发明采用酚醛树脂作为金刚石树脂砂轮的结合剂，其主要作用为粘合物料中的各组分。更进一步，所述酚醛树脂粒度小于等于150目。更进一步，所述酚醛树脂为0309SP型号的酚醛树脂。
进一步，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550。硅烷偶联剂KH550可以与磨料以及黏合剂同时发生化学作用或物理作用，从而使被粘物和黏合剂能很好地偶联起来，获得了良好的黏结，改善了多方面的性能，并有效地抵抗了水的侵蚀，进而提高了砂轮材料的表面稳定性，增强酚醛树脂对各组分的粘结能力，延长砂轮的使用寿命。
进一步，所述填料主要为金属氧化物。更进一步，所述金属氧化物为氧化镁、氧化锆、氧化钴、氧化铁、氧化锌、氧化钙、三氧化二铬、氧化铈中的一种或多种。更进一步，所述填料粒度为200～1200目。
进一步，所述物料还包括助磨剂和/或润滑剂。
一种用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，以质量份数计，包括金刚石10～60份，树脂粉5～35份，硅烷偶联剂1～2份，填料10～35份，助磨剂5～25份，润滑剂5～25份。更进一步，所述助磨剂为冰晶石、氟硅酸钠、氟硅酸钾、四氟化锆、四氧化三锰、硫酸钾以及硫酸钼中的一种或多种。更进一步，所述润滑剂为软木粉、聚四氟乙烯、二硫化钼、石墨粉、氧化铬绿以及氧化铈中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明通过优化金刚石树脂砂轮的成分配比，超硬树脂基砂轮的配方中磨料和粘结剂的重要性不言而喻，但是填料以及其他辅助材料的作用同样不可忽视，本发明中采用自锐性金刚石，保证了砂轮的锋利性；采用进口树脂，保证了砂轮的稳定性；此外，通过添加金属氧化物，如：氧化镁、氧化锆、氧化钴、氧化铁、氧化锌、氧化钙、三氧化二铬、氧化铈来提高砂轮的抛光性；添加助磨剂，如：冰晶石、氟硅酸钠、氟硅酸钾、四氟化锆、四氧化三锰、硫酸钾以及硫酸钼等来提高砂轮的磨削效率，助磨剂通常在磨削过程中会与被磨削材料产生化学反应，从而提高砂轮的磨削效率；添加润滑剂，如：软木粉、聚四氟乙烯、二硫化钼、石墨粉、氧化铬绿等降低了磨削力以及磨削热，降低了工件表面粗糙度。
2、实验结果表明，采用本发明提供的金刚石树脂砂轮磨削硅料时，磨削效率提高了17％，修刀次数降低了30％，砂轮使用寿命提高了15％，除此之外，工件表面粗糙度也可以很好的满足要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例提供的用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，以质量份数计，包括：320目金刚石10份，150目酚醛树脂35份，硅烷偶联剂KH550 1份，200目氧化锆10份，200目四氟化锆25份，200目二硫化钼19份。
实施例2
本实施例提供的用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，以质量份数计，包括：1500目金刚石60份，150目酚醛树脂5份，硅烷偶联剂KH550 1份，200目三氧化二铬10份，200目氟硅酸钠5份，200目石墨粉19份。
实施例3
本实施例提供的用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，以质量份数计，包括：600目金刚石20份，150目酚醛树脂30份，硅烷偶联剂KH550 2份，200目氧化铈35份，200目氟硅酸钾8份，聚四氟乙烯5份。
实施例4
本实施例提供的用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，以质量份数计，包括：700目金刚石30份，150目酚醛树脂15份，硅烷偶联剂KH550 2份，200目氧化铈13份，200目冰晶石15份，200目软木粉25份。
实施例5
本实施例提供的用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，以质量份数计，包括：800目金刚石40份，150目酚醛树脂25份，硅烷偶联剂KH550 2份，200目氧化铁13份，200目冰晶石10份，200目氧化铬绿10份。
实施例6
本实施例提供的用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，以质量份数计，包括：1200目金刚石50份，150目酚醛树脂20份，硅烷偶联剂KH550 2份，200目氧化铁15份，200目冰晶石6.5份，200目氧化铬绿6.5份。
上述实施例1～6用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮的制备工艺包括以下步骤：
步骤1，将物料均匀的装入成型磨具中进行预热，预热温度为150℃～190℃，预热压力为50～300MPa，预热时间为3～13min；
步骤2，步骤1预热后的物料在模具中保温保压固化，固化温度为150℃～190℃，固化时间为30～180min，固化结束后，固化成型的物料脱模，得到预固化的金刚石树脂磨具材料；
步骤3，步骤2固化后的金刚石树脂砂轮磨具材料进行再固化，再固化温度为100～190℃，再固化时间为6～20h，再固化结束后，得到用于磨削硅材料的金刚石树脂砂轮的“刀头”，即砂轮工作层材料。
根据实施例1～6的原料配比及上述制备工艺制备用于磨削硅材料的金刚石树脂砂轮。
利用实施例1～6的配比计算型号规格为6A2 250*60*38.1*10的砂轮所需原料，并利用混料机将其混合均匀，得到混合料，将混合料按照上述工艺制得半成品金刚石树脂砂轮，将半成品树脂砂轮进行车磨加工，最终与基体相粘结，制成可用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮成品。实施例1～6制备工艺参数相同。
实施例1～6制备的成品砂轮在日本进口BBS一体机上进行磨削试验，数据来自客户反馈，对照组来自客户厂内同时期使用的别家产品。实验结果表明实施例1～6的磨削表现均优于对照组，尤其是实施例5的磨削表现更为突出，800目金刚石相较于更细粒度的金刚石微粉具有更好的磨削锋利性，同时较更粗粒度的金刚石又能保持更好的工件表面粗糙度，此外，当金刚石含量过低时即使使用大粒度金刚石也不能保证砂轮的磨削性能，如实施例1、3、4，同样的，当金刚石粒度小于800目时即使采用高浓度也不能达到理想的磨削性能；树脂粉的含量对于砂轮质量同样起着至关重要的作用，当配方中树脂粉含量过低时，砂轮烧结质量不佳，树脂粉不足以把持金刚石；氧化铁在砂轮磨削过程中可以起到辅助抛光的作用，其与氧化铬绿相结合，既提高了砂轮的磨削效率，又有助于提高砂轮的抛光性能；冰晶石在高温条件下会融化，一方面可以在砂轮表面形成气孔，有助于磨削屑排除，从而提高了磨削效率；当砂轮整体的自锐性以及磨削效率提高的同时，砂轮的修刀次数就会降低，从而减少了砂轮的消耗，提高了使用寿命。
表1实施例1～6及对照组的实验结果
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，其特征在于，以质量份数计，包括金刚石10~60份，树脂粉5~35份，硅烷偶联剂0.5~3份，填料10~35份。
2.根据权利要求1所述的用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，其特征在于，所述金刚石为团粒结构金刚石，粒度为320~1500目。
3.根据权利要求1所述的用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，其特征在于，所述树脂粉为酚醛树脂。
4.根据权利要求1所述的用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，其特征在于，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
5.根据权利要求1所述的用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，其特征在于，所述填料为金属氧化物，所述金属氧化物为氧化镁、氧化锆、氧化钴、氧化铁、氧化锌、氧化钙、三氧化二铬、氧化铈中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，其特征在于，该砂轮还包括助磨剂和/或润滑剂。
7.根据权利要求6所述的用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，其特征在于，以质量份数计，包括金刚石10~60份，树脂粉5~35份，硅烷偶联剂1~2份，填料10~35份，助磨剂5~25份，润滑剂5~25份。
8.根据权利要求7所述的用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，其特征在于，所述助磨剂为冰晶石、氟硅酸钠、氟硅酸钾、四氟化锆、四氧化三锰、硫酸钾以及硫酸钼中的一种或多种。
9.根据权利要求7所述的用于硅材料磨削的金刚石树脂砂轮，其特征在于，所述润滑剂为软木粉、聚四氟乙烯、二硫化钼、石墨粉、氧化铬绿以及氧化铈中的一种或多种。
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