一種復合材料的磨拋加工工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種可以實現復合材料的磨拋加工工藝方法，特別是針對細粒度復合 材料，如金剛石/銅復合材料、金剛石/鋁復合材料和金屬陶瓷等的去除加工。
【背景技術】
[0002] 復合材料，是以一種材料為基體，另一種材料為增強體組合而成的材料，各種材料 在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各 種不同的要求。復合材料的類型可分為纖維增強復合材料、夾層復合材料、細粒復合材料、 混雜復合材料，其中細粒復合材料是將硬質細粒均勻分布于基體中。復合材料在應用過程 中常常需要進行機械加工，以達到使用的精度要求。由于材料硬度不均，采用常規的車削、 銑削和磨削等方法加工細粒復合材料，往往會造成刀具磨損快、加工精度低、增強體脫落等 問題。尤其是金剛石與金屬基復合而成的材料，由于金剛石是公認的自然界硬度最高的材 料，采用傳統的機械加工方式，不但材料去除效率低、刀具磨損快，甚至還會造成金剛石顆 粒脫落，破壞材料的原有性能。
[0003] 針對以上問題，本發明提出先根據基體和增強體（如金剛石）性質選擇磨料，所選 磨料能夠快速有效去除基體并能與增強體發生摩擦磨損去除，再通過拋光的方式去除材料 表面增強體的突出部分的工藝方法。
【發明內容】
[0004] 本發明旨在提供一種復合材料的磨拋加工工藝，該工藝鏈在不破壞復合材料性能 的前提下，實現材料的均勻去除，達到復合材料的加工要求，并提高復合材料的加工效率。
[0005] 為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：
[0006] -種復合材料的磨拋加工工藝，所述復合材料由基體和增強體復合而成；其特征 是，所述磨拋加工工藝包括如下步驟：
[0007] a)對復合材料進行磨削，所選磨削用的磨料硬度大于復合材料中基體的硬度且能 與復合材料中的增強體發生摩擦磨損而去除增強體，磨削過程中復合材料中的增強體相對 于基體表面形成凸臺；
[0008] b)當所述凸臺相對于基體表面的突出高度不大于5 μπι時，對復合材料進行拋光， 直到所述凸臺完全去除，所選拋光用的磨料粒度不大于復合材料中增強體的粒度。
[0009] 由此，本發明先根據基體和硬質點材料性質選擇磨料，所選磨料能夠有效去除基 體并能與硬質點發生摩擦磨損去除，再通過拋光的方式去除材料表面硬質點的突出部分， 試驗證明本發明在不破壞復合材料性能的前提下，實現了材料的均勻去除，達到復合材料 的加工要求，工藝經濟、有效。
[0010] 以下為本發明的進一步改進的技術方案：
[0011] 進一步地，所述磨削用的磨料硬度較基體硬度高2級以上，較增強體的硬度低1-2 級，這種磨料可以與增強體發生摩擦磨損而去除增強體的效果最好，如磨拋加工金剛石/ 銅復合材料是，所選磨料為碳化硅（硬度為9級），較基體銅的硬度（3級）高，較增強體金 剛石（硬度10級）的硬度低。
[0012] 優選地，所述磨削用的磨料粒度為增強體粒度的0. 9 - I. 1倍。
[0013] 進一步地，所述增強體為金剛石，所述磨削用的磨料為碳化硅，所述拋光用的磨料 為金剛石。換句話說，本發明尤其適用于如金剛石/銅復合材料、金剛石/鋁復合材料和金 屬陶瓷等的去除加工。
[0014] 更優選地，對復合材料進行拋光完成后，復合材料的表面粗糙度為0. 4 μπι~ 0· 6 μ m〇
[0015] 進一步地，本發明對復合材料進行磨削包括如下步驟：
[0016] 1)、粗加工，磨削砂輪轉速為5000r/min -7000r/min，單次切深4 μ m一 6 μ m ；
[0017] 2)、精加工，磨削砂輪轉速為5000r/min -7000r/min，單次切深1 μm -3 μπι。
[0018] 以下結合實施例對本發明做進一步的描述：
[0019] 本發明是通過磨削和拋光綜合的方法對以金剛石為增強體的復合材料進行磨、拋 加工。本方法分為兩步：首先對復合材料進行磨削加工。根據復合材料中基體和金剛石增 強體的性能確定磨料磨具的種類，由于金剛石是自然界中最硬的物質，即使選用以金剛石 為磨料的砂輪磨削加工，也無法有效去除復合材料，甚至會造成砂輪表面金剛石的磨頓，無 法去除工件材料，因此，本發明首先選用硬度略小于金剛石磨料，所選磨料可保證能夠有效 去除基體，并與金剛石產生摩擦磨損去除，如減薄金剛石/銅復合材料時，可選用以碳化硅 為磨料的砂輪；磨料的粒度可根據金剛石的尺寸和濃度選擇（所選磨料粒度應與金剛石顆 粒粒度大小相近），以保證復合材料中基體的均勻去除，控制金剛石的突出高度（保證金 剛石的突出高度在5 μπι之內）。本工序允許復合材料基體與硬質點之間產生微小尺寸的 "凸臺"，在確保硬質點不脫落產生凹坑破壞材料性能的條件下，提高材料的去除效率。當材 料去除量距要求去除厚度約為5 μ m時，再對磨削表面進行精密拋光加工，根據金剛石的性 能選擇金剛石拋光盤，要求金剛石拋光盤的粒度小于復合材料中金剛石顆粒的粒度，如當 復合材料中金剛石粒度為80#時，可選擇600#的金剛石拋光盤，復合材料中金剛石粒度為 150#時，可選擇800#的金剛石拋光盤，復合材料中金剛石粒度為280#時，可選擇2000#的 金剛石拋盤，以此類推，保證工件的尺寸精度和表面精度。
[0020] 本發明是基于對以金剛石為增強體的復合材料性能和加工要求的了解，對復合材 料進行磨、拋加工。在磨削加工過程中，主要實現基體材料的切削去除以及金剛石增強體的 磨損去除。本工序使得金剛石增強體顆粒磨鈍，產生"凸臺"，為后續金剛石研磨盤有效拋光 加工提供條件。調整磨削參數控制金剛石突出高度不大于5 μπι，且基體材料余量約為5 μπι 時，開始拋光加工。在復合材料去除的過程中，對工件表面形貌、及表面粗糙度進行檢測，保 證高效去除復合材料，并保證材料的原有性能。比如，金剛石/銅復合材料因其良好的導熱 性和熱膨脹性，常被應用在封裝領域，其材料中的金剛石顆粒粒度、顆粒濃度是保證材料的 導熱性和熱膨脹性的重要因素，因此，在減薄過程中不允許出現磨粒脫落現象，并且根據封 裝工藝的要求，減薄后材料表面表面粗糙度應保證Ra < 0. 8。通