Tình Hình Nghiên Cứu Và Ứng Dụng Của Đĩa Cắt Kim Cương Siêu Mỏng

Đĩa cắt kim cương siêu mỏngđã dần nhận được sự chú ý của mọi người nhờ những ưu điểm của chúng như chiều rộng rãnh cắt siêu mỏng, vết cắt mịn, tỷ lệ loại bỏ thấp và hiệu quả cắt cao.

 

Bài viết này tóm tắt tiến độ nghiên cứu và tình hình ứng dụng của các phương pháp sản xuất đĩa cắt kim cương siêu mỏng chính trong 10 năm qua, đồng thời giới thiệu các phương pháp chuẩn bị đĩa cắt kim cương siêu mỏng, bao gồm phương pháp mạ điện và nhựa đóng rắn. Phương pháp mạ điện được đặc trưng bởi thiết bị đơn giản, màu xanh lá cây. Ưu điểm của bảo vệ môi trường và sản xuất có thể tái chế đã trở thành phương pháp chuẩn bị có khả năng nhất cho ứng dụng công nghiệp quy mô lớn. Bài báo cuối cùng đã chỉ ra hướng phát triển của nó.

 

Chế tạo đĩa cắt kim cương siêu mỏng bằng phương pháp nhựa là một phương pháp có thể giữ được hình dạng tốt. Nói chung, nhựa phenolic nhiệt rắn được sử dụng làm chất kết dính. Phương pháp của nó là trộn các hạt kim cương mài mòn với nhựa, sau đó sử dụng phương pháp ép nóng để thiêu kết và gia nhiệt. Quá trình mài được thực hiện sau khi đóng rắn, một quá trình mất hàng giờ và do đó sản xuất đắt tiền. Với sự tiến bộ của công nghệ, các loại nhựa có thể chữa khỏi bằng nhiệt dần dần được thay thế bằng các loại nhựa có thể chữa khỏi bằng ánh sáng, chủ yếu bao gồm các polyme cơ bản (polyme có thể liên kết ngang), chất pha loãng phản ứng (monome có thể quang hóa), chất quang hóa và chất phụ gia. thành phần. Sự khác biệt cơ bản nhất giữa nó và nhựa đóng rắn bằng nhiệt là quá trình đóng rắn của nó là một quá trình phản ứng hóa học do hấp thụ ánh sáng có bước sóng thích hợp và sự chuyển đổi từ chất lỏng sang chất rắn của nó là kết quả của sự gia tăng trọng lượng phân tử, không phải do sự bay hơi của dung môi, vì vậy nó có ưu điểm đóng rắn nhanh, không gây ô nhiễm và tiết kiệm năng lượng, nhưng yếu tố hạn chế là giá nguyên liệu thô cao.

Sử dụng nhựa có thể quang hóa để sản xuất đĩa cắt kim cương siêu mỏng, Peng Wei, Gu Taihong, v.v. đã sử dụng nhựa có thể quang hóa làm chất kết dính để phát triển thành công bánh xe cắt kim cương siêu mỏng với độ dày 0.15mm và đã hoàn thành thử nghiệm cắt của một mảnh duy nhất. Hình dạng của đá mài sau khi cắt là: 53mm×40mm×0,15mm. Các thử nghiệm cắt được thực hiện trên các mẫu được chuẩn bị trong thí nghiệm. Qua phân tích dữ liệu thực nghiệm, kết quả cuối cùng cho thấy việc bổ sung một lượng SiO2 thích hợp. Nó có thể cải thiện hiệu suất tổng thể của đĩa cắt và khi hàm lượng hạt được thêm vào là 48, hiệu quả cắt của đĩa cắt là tốt nhất và vết cắt cắt mượt mà hơn. Theo phân tích, nguyên nhân chính của hiện tượng này là do tác động mài của các hạt SiO2 trên bề mặt rãnh bởi sự phân bố mật độ cao của các hạt SiO2 trên bề mặt của đồi gốc và bánh mài.

Vào năm 2004, dựa trên công nghệ tạo mẫu nhanh, Yao Chunyan, Peng Wei, v.v. đã nghiên cứu công nghệ sản xuất nhanh các tấm bánh mài cắt kim cương siêu mỏng sử dụng nhựa cảm quang làm chất kết dính và thêm râu REV của Nhật Bản ( 13μm×70μm), để cải thiện tính chất cơ học của liên kết tấm cắt kim cương. Độ cứng Knoop của một mảnh là khoảng K1000, trong khi độ cứng Knoop của kim cương cao tới K7000E. Trộn bột kim cương và râu vào nhựa cảm quang đã chuẩn bị theo định lượng, khuấy đều và hút chân không để khử bọt, đổ vào khuôn bánh xe cắt mỏng ở nhiệt độ phòng, xử lý và tạo hình bằng bức xạ tia cực tím. Kích thước của tấm bánh xe cắt kim cương siêu mỏng được hình thành là: 52mm×40mm×0,15mm. Các thử nghiệm cắt của đĩa cắt với các công thức khác nhau chứng minh rằng việc thêm râu REV vào đĩa cắt nhựa cảm quang có thể nâng cao hiệu suất mài của đĩa cắt và cải thiện chất lượng của vật liệu cắt sau khi cắt.

Chỉ thêm SiO2 hoặc râu vào tấm cắt bị hạn chế trong việc cải thiện hiệu suất của tấm cắt và không thể đáp ứng nhu cầu thực tế. Vào năm 2004, Li Chengfu và những người khác đã sử dụng nhựa epoxy LC-2800 do Công ty Showa Polymer sản xuất làm chất kết dính. Nhựa được xử lý bằng cách chiếu tia cực tím để tạo ra các tấm cắt siêu mỏng, đồng thời độ cứng, độ bền và khả năng chống mài mòn của nhựa được cải thiện bằng cách thêm các hạt và sợi SiO2 làm chất độn. Phương pháp sản xuất của tấm cắt hạt lựu là phương pháp phủ kéo sợi tốc độ cao, nghĩa là trước tiên thả nhựa lỏng vào giữa đế, sau đó để đế quay với tốc độ cao, để nhựa lỏng khuếch tán trên bề mặt. chất nền để tạo thành một màng mỏng và chiếu xạ bằng tia cực tím ở mức trên 10 mm. Để làm cho nhựa cứng lại, để tạo ra lưỡi cắt siêu mỏng, kích thước của lưỡi thử nghiệm là 54mm × 40mm × 0,05mm. Các thí nghiệm so sánh cắt của các mẫu khác nhau chứng minh rằng phương pháp phủ kéo sợi có thể được sử dụng để sản xuất các tấm cắt kim cương siêu mỏng và việc bổ sung chất độn dạng hạt có thể cải thiện độ cứng và chất độn dạng sợi có thể tăng cường độ. Sợi carbon có hiệu suất tốt hơn.

 

2.2 Phương pháp mạ điện

Phương pháp mạ điện là quá trình lắng đọng một lớp mỏng các kim loại hoặc hợp kim khác trên đế kim loại bằng cách sử dụng nguyên lý điện phân. Đó là một quá trình sử dụng điện phân để gắn một lớp màng kim loại lên bề mặt kim loại hoặc các bộ phận vật liệu khác. Các hạt xâm nhập vào lớp phủ composite thông qua quá trình điện phân. Guglielmi tin rằng các hạt đi vào lớp phủ composite chủ yếu dựa vào cơ chế hấp phụ hai bước: bước đầu tiên là các hạt mang ion và màng phân tử dung môi được hấp phụ trên bề mặt điện cực, được gọi là hấp phụ yếu. Nó ở trạng thái cân bằng với các hạt lơ lửng trong bồn tắm. Các hạt ở trạng thái hấp phụ yếu sẽ loại bỏ các ion bị hấp phụ và màng solvat hóa của chúng, đồng thời tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catốt để tạo thành sự hấp phụ điện hóa không thể đảo ngược, trở thành một bước hấp phụ mạnh. Tiếp theo là việc nhúng các hạt bị hấp phụ mạnh vào lớp phủ trong quá trình lắng đọng điện cực kim loại.

Năm 2000, Liu Dingfu thuộc Đại học Công nghệ Nam Trung Quốc đã giới thiệu phương pháp sử dụng mạ composite, đây là quy trình sản xuất lưỡi cưa vòng kim cương với lớp phủ hợp kim niken-coban làm chất kết dính. Lưỡi cưa) Sử dụng lưỡi cưa mỏng cứ 6-7mm để cưa một khe dài 9mm dọc theo hướng đường kính, sao cho các hạt kim cương tiếp theo và lớp phủ làm chất liên kết có hiệu ứng khảm cơ học tương tự, để tiếp tục tăng cường mối nối giữa lớp phủ composite và lực nền, kéo dài tuổi thọ của lưỡi cưa. Phương pháp chà nhám áp dụng phương pháp chà nhám, nghĩa là sử dụng ống nhỏ giọt để hấp thụ các hạt kim cương đã được ưa nước và trải đều chúng trên bề mặt lắng đọng hướng lên, sau đó rung nhẹ lưỡi cưa để các hạt kim cương có thể tiếp xúc ổn định với bề mặt . Sau khi mạ trước, chà nhám, mạ dày và mạ sáng, cuối cùng thu được lớp phủ tốt. Cuối cùng, người ta đã chứng minh được rằng hợp kim niken-coban có thể được sử dụng làm chất kết dính để có được lớp phủ tốt khi chế tạo các dụng cụ kim cương.

Năm 2002, Guo Tiefeng và Yang Yanjun đề xuất rằng lần đầu tiên phốt phát được sử dụng để chuẩn bị lớp phủ chuyển đổi hóa học. Công thức là (g/L): axit oxalic 5, axit photphoric 15, natri oxalat 4, dinatri photphat 1O, natri clorat 5; điều kiện hoạt động Đối với: nhiệt độ 20 độ, thời gian 5 phút. Lớp phủ chuyển đổi hóa học đã chuẩn bị tốt nhất là bằng thép không gỉ austenit, có tính dẫn điện tốt, có thể làm cho quá trình lắng đọng điện cực diễn ra suôn sẻ và ngăn không cho vật liệu lắng đọng điện phân kết hợp mạnh với chất nền, tạo điều kiện cho lớp phủ bong ra.

Đối với giai đoạn lắng đọng điện hóa, dung dịch mạ điện Ni-Co được sử dụng. Công thức của dung dịch mạ là (g/L): niken sunfat 220-240, coban sunfat 15-30, axit boric 25-35, natri clorua 10-20 và lượng bằng sáng chế thích hợp phụ gia , bột kim cương 5-10. Các điều kiện hoạt động của thí nghiệm là: nhiệt độ mạ điện 45 độ ~ 50 độ, giá trị pH 4,1 ~ 4,5, Dk=2A/dm³, khuấy bơm không khí, thời gian gián đoạn 10 phút. Lớp phủ composite được loại bỏ khỏi bề mặt bằng cách nung nóng và được dập trên máy dập nguội. Đối với thành phẩm được tạo ra trong thí nghiệm, thí nghiệm so sánh tấm cắt cho thấy sản phẩm có thể đáp ứng các yêu cầu cắt và chi phí giảm 1/3.

Zhou Linhua, Xu Jianhong, v.v. thuộc Viện nghiên cứu thứ tám của ngành công nghiệp hạt nhân Thượng Hải, trong bằng sáng chế nộp vào năm 2003, đã mô tả chi tiết phương pháp sản xuất đĩa cắt kim cương siêu mỏng . Tấm niken được sử dụng làm cực dương và thép không gỉ được sử dụng làm cực âm. Dung dịch mạ điện thu được bằng cách thêm chất mài mòn kim cương, axit boric và các chất phụ gia vào dung dịch hỗn hợp muối kim loại niken ngậm nước hoặc muối kim loại niken ngậm nước và các muối kim loại ngậm nước khác. Công thức là (g/L): axit sunfuric Niken 150-300, coban sunfat 3-20, axit boric 25-40, niken clorua 30-60, chất làm sáng sơ cấp 0. 2-2, chất tăng trắng thứ cấp 0.2-2, chất bôi trơn 0.05-1. Các thông số của quá trình mạ điện là: Dk=2A/dm³, giá trị pH 4,1~4,5, nhiệt độ 45 độ ~50 độ , mật độ kim cương 5~20g/L, thời gian có thể kiểm soát độ dày của lớp mạ điện composite. Đặt cực âm và cực dương vào dung dịch mạ điện, sau khi bật nguồn, dưới tác dụng của các điện tử, chất mài mòn kim cương và các ion kim loại đồng nhất trên bề mặt cực âm để thu được lớp mạ điện tổng hợp. Nhẹ nhàng uốn cong lớp mạ điện cực âm với lớp hỗn hợp thành hình vòng cung, lớp mạ điện hỗn hợp dễ dàng tách ra khỏi đế catốt, và cuối cùng thu được lớp phủ hỗn hợp kim cương và niken-coban tách rời. Sau ba giờ mạ điện, có thể thu được lớp phủ composite 20 μm.

Dựa trên các chất nền khác nhau và các phương pháp tước khác nhau của lớp phủ composite, năm 2009, Liu Jinlong của Đại học Công nghệ Đại Liên đã giới thiệu chi tiết phương pháp sử dụng hợp kim nhôm làm chất nền cho lớp phủ composite kim cương-niken trong bài báo "Nghiên cứu thử nghiệm về cải thiện hiệu suất của Cưa kim cương mạ điện tổng hợp". Chuẩn bị, nền hợp kim nhôm được đưa vào bể mạ làm cực âm sau khi xử lý mạ trước để đồng lắng đọng kim loại kim cương, sau khi đạt được độ dày mong muốn của lớp mạ, nó được đưa ra ngoài, điện phân trong bể điện phân tự tạo , và chất nền bị ăn mòn bằng chất điện phân phù hợp. Được thả để có được lớp phủ composite kim cương. Lớp phủ composite thu được đã được nghiên cứu trên các vết trầy xước và mài mòn lưỡi dao trên tấm wafer silicon và kính. Sau khi cắt, lưỡi dao vẫn sắc bén mà không bị cong vênh và các biến dạng khác, đồng thời hiệu suất đáp ứng yêu cầu. He Changyao đã giới thiệu một phương pháp chế tạo các đĩa cắt kim cương siêu mỏng bằng nhựa phủ làm chất nền trong bằng sáng chế được cấp vào năm 2009.

Anh ấy chọn nhựa tráng phủ làm chất nền catốt, làm kết tủa trước một lớp kim cương trên bề mặt và cho vào chất điện phân trộn với muối niken 18-25, muối natri 1-2, coban 1-3 và 2-4 dung dịch axit. Trong số đó, tấm niken có độ tinh khiết cao được sử dụng làm chất nền cực dương, nhiệt độ là 30 độ ~ 40 độ và giá trị pH là 4.2-4.6. Viên kim cương được lắng đọng trên bề mặt kim cương của đế catốt bằng cách lắng đọng điện cực để củng cố viên kim cương, do đó thu được độ dày 0,5. Lớp mạ điện 02~1mm. Sau đó, đặt chất nền catốt với lớp mạ điện vào dung dịch cloroform đã chuẩn bị được thêm 2 etanol, hòa tan nhựa phủ và thu được lớp phủ composite kim cương-niken, và cắt nó thành kích thước yêu cầu thông qua mảnh xử lý sau.