[0036] 本发明提供了一种具有毛细微孔的镜面磨削砂轮及其制备方法，镜面磨削砂轮内部结构示意图如图1所示。使用PVB和醇溶性树脂液浇注制作砂轮，避免了粉末成型分散不均匀的问题，利用PVB干燥后胶体强度高的特点，形成素坯，烧结碳化，醇溶性树脂烧结固化温度也是PVB碳化温度，PVB碳化后产生大量贯通的毛细微孔，具有良好的吸水能力，且添加了表面涂覆有耐水纳米二氧化硅涂层的氮化铝可溶粉末填料，砂轮表层氮化铝表面的二氧化硅磨损，氮化铝被磨削液水解，表面结合强度下降，钝化磨料脱落，新的磨料露出来，保持自锐性；砂轮里面涂覆有耐水纳米二氧化硅涂层的氮化铝可避免直接水解，保持镜面磨削砂轮基体的强度，可以有效降低磨料的消耗量，提高抛光工具中磨料的使用寿命和利用率。
[0037] 实施例1
[0038] 本实施例制备具有微细毛孔的镜面磨削砂轮，并在端面磨床上，对硅平面镜头进行了镜面磨削加工。
[0039] 步骤1：制备表面具有耐水膜层的氮化铝粉末
[0040] 按重量计，取100g平均粒径为1微米氮化铝粉末和1kg无水乙醇混合，搅拌均匀，水浴条件下，升温至40℃，得到氮化铝乙醇分散液；同时将600g无水乙醇稀释的80g正硅酸乙酯(TEOS)，以及600g无水乙醇稀释的100g氨水和100g水滴加到氮化铝乙醇分散液中，滴加速度控制为2滴/秒，滴加完毕后，在40℃水浴条件下反应6小时后，停止反应，真空抽滤，用无水乙醇洗涤产物3次，再将得到的产物置于室温条件下自然干燥12小时，干燥后放在300℃条件下煅烧2小时，冷却后，过200目筛，即得到二氧化硅包覆的氮化铝粉末，由于二氧化硅具备耐水性，因此得到了表面具有耐水膜层的氮化铝粉末。
[0041] 步骤2：制备悬浮液按重量计，取300g粒径为2.5微米金刚石粉末、100g二氧化硅包覆的氮化铝粉末、500g粒度为400目的电解铜粉、50g铜包石墨、50g冰晶石粉、80g氧化锌、150g硫酸钡、70g铝氧粉、15g聚氧乙烯烷基酚醚湿润剂、20g聚乙烯亚胺、10g气相法二氧化硅触变剂，10g有机硅消泡剂和10g二甲基硅油脱模剂加入到1200g已醇中，混合后使用行星式球磨机进行分散，分散介质选用粒径3mm氧化锆微球，制备得到悬浮液。
[0042] 步骤3：制备含胶浆料
[0043] 在45℃水浴条件下，将15gPVB溶于80g乙醇和5g二甲基亚砜的混合溶剂中得到100g固含量为15wt％PVB胶水；再向PVB胶水中添加300g固含量为40wt％的醇溶性聚酰亚胺树脂液，得到400g混合胶水，再将混合胶水边搅拌边加入到步骤2制备的悬浮液中，混合搅拌后，使用行星式球磨机进行分散1小时，得到含胶浆料。
[0044] 步骤4：制备具有微细毛孔的镜面磨削砂轮半成品
[0045] 将制得的含胶浆料取100g倒入直径为55mm的圆环形模具中，自然干燥100小时，从模具中取出坯体，在30MPa条件下冷等静压，放入烘箱中45℃条件下烘24小时，烘干后，砂轮坯体升温到230℃烧结，具体升温曲线是首先升温到75℃保温1小时，再升温到115℃保温1.5小时，再升温到180℃保温1小时，最后升温到230℃保温30min。PVB胶热分解形成均匀的毛细微孔，醇溶性聚酰亚胺树脂固化，得到具有微细毛孔的镜面磨削砂轮半成品，制备得到的镜面磨削砂轮SEM表面形貌图如图2所示，金刚石、填料和电解铜粉在镜面磨削砂轮中分布均匀。获得的聚酰亚胺结合剂镜面磨削砂轮拉伸强度达到了30MPa，硬度达到了72(邵尔硬度)，断裂伸长率为140％。
[0046] 步骤5：砂轮修型
[0047] 采用粒度100号的陶瓷结合剂砂轮对镜面磨削砂轮半成品进行修形，去除多余边料，砂轮尺寸精度达到0.01mm。
[0048] 步骤6：砂轮修整
[0049] 将修型后的镜面磨削砂轮半成品黏贴在砂轮座上，砂轮座安装在铣磨机砂轮主轴上进行砂轮修整，得到端面磨削砂轮；所述的砂轮修整方法是先用粒度150号的陶瓷结合剂刚玉砂轮作为修整砂轮，去掉镜面磨削砂轮工作面0.1mm的厚度，然后用0.02mm的切深修整两次，再用0.01mm的切深修整三次，最后无切深空行程往复两次，精修时修整砂轮横向进给速度均为20mm/min，经精细修整，使砂轮表面的有效磨粒形成许多等高的半钝态微刃，磨削时只切下微细的磨屑，并有适当的摩擦抛光作用，在修整砂轮的同时，必须用足够的磨削液或其他的冷却液冲刷在镜面磨削砂轮和修整砂轮的接触点上，把砂轮碎屑及时冲走，以免影响磨削质量。
[0050] 步骤7：硅平面镜头镜面磨削加工
[0051] 首先用粒度为15微米金刚石青铜砂轮精磨直径50mm硅平面镜头，平面度达到1μm，表面粗糙度达到25nm，再使用上述端面磨削砂轮对硅平面镜头进行镜面磨削，端面磨削加工示意图如图3所示，砂轮主轴转速为7654rpm，工件主轴转速为356rpm，进给量控制在0.002mm/min，磨削深度为50μm，光磨两分钟，磨削液是碱性磨削液，通过水中添加碱性PH调节剂碳酸钠，PH值调节在9，提高对可溶氮化铝填料的溶解能力，磨削时，切削液要充分，磨削液流量控制在300ml/min，并有良好的过滤装置，以防划伤工件表面，尺寸加工完成后，光磨两分钟，硅平面镜头镜面磨削加工后表面白光干涉形貌图如图4所示，表面粗糙度达到了
7.270nm，表面有微切削痕迹，图5为硅平面镜头镜面磨削加工后表面激光干涉面形图，平面度PV值达到了2个波长以下，磨削过程中通过检测铣磨机功率，磨削负载没有超过25％，说明镜面磨削砂轮自锐性好，可以实现对磨削工件的高平面度加工。
[0052] 实施例2
[0053] 抛光对比试验：使用传统方法粉体混料—热压成型方法制备镜面磨削砂轮对硅平面镜头进行磨削，磨削得到的硅平面镜头表面形貌图如图6所示，对比实施例1的硅平面镜头表面形貌图和面形图，实施例1抛光得到的硅平面镜头表面微细切痕均匀，而采用热压成型法制备得到的硅平面镜头表面粗糙度为10.77nm，而镜面磨削的定义是磨削后表面粗糙度小于10nm，因此很难满足镜面磨削的要求，同时观察表面有粗划痕出现，说明干粉混料—热压成型方法无法实现不同密度物料间的均匀分散，在做细粒度镜面砂轮时，容易出现粉体颗粒团聚现象。
[0054] 同时将该注浆镜面磨削砂轮与热压成型砂轮进行耐用度对比实验，磨削工艺参数一致，观测使用一段时间后，两种砂轮对工件的材料去除率随时间变化图，如图7所示，从图中可以看到添加可水解氮化铝的镜面磨削砂轮使用一段时间后，仍保持较高的材料去除率，而热压成型砂轮使用一段时间后，表面钝化，材料去除率下降。
[0055] 实施例3
[0056] 将实施例1得到镜面磨削砂轮在不同pH值(7、8、9、10、11、12、13)的磨削液中进行磨削加工，碳酸钠作为酸pH调节剂，其他磨削参数一致，观测磨具的磨损率，如图8所示。从图中可以看到随着pH值的变大，砂轮的磨损率也在提高，因此，考虑到砂轮的寿命，使用过程中，需根据砂轮的钝化程度，调节pH值，修锐砂轮的同时，控制砂轮的磨损。针对实施例1得到的砂轮中的耐水涂层的氮化铝，当材料去除率较高时，可以控制磨削液的pH值在9以下，减缓砂轮的磨损，当材料去除率下降时，可添加碱pH调节剂碳酸钠，pH值控制在10以上，快速修锐。
[0057] 实施例4
[0058] 操作与实施例1基本相同，进行两组对比实验，实验1不同之处在于，步骤2中金刚石磨料的粒径改成1μm，通过检测铣磨机功率，磨削负载上升超过30％，硅平面镜头表面还有上一道精磨工序留下的划痕，粗糙度差于实施例1，这是因为磨料粒度下降，磨削效率下降。
[0059] 实验2不同之处在于，将步骤2中金刚石磨料的粒径改成5μm，硅平面镜头表面有均匀亮丝，粗糙度同样差于实施例1，这是因为磨料粒度上升，磨粒对工件表面机械作用增强。
[0060] 实施例5
[0061] 操作与实施例1基本相同，不同之处在于，分别添加0、50、100、150、200、250、300g具有耐水涂层的氮化铝粉末，制备得到镜面磨削砂轮，对硅平面镜进行磨削，实验发现，氮化铝粉末填料添加量越多，砂轮磨损越明显，而过快的砂轮磨损率，不利于高精度面型的加工，平面度PV值上升，而不加氮化铝粉末填料砂轮的耐用度下降，磨削1小时后，出现釉化现象。
[0062] 实施例6
[0063] 操作与实施例1基本相同，不同之处在于增加步骤3中混合胶水中10wt％PVB胶水的量到200g，由于PVB烧结后碳化，能产生大量具有良好吸水能力的毛细微孔，摩擦力增强，去除效率提高，但是磨损率也同时提高。
[0064] 作为对比实验，操作与实施例1基本相同，不同之处在于增加醇溶性聚酰亚胺树脂液到500g，固化后，砂轮树脂结合剂多，耐磨性提高，可水解填料氮化铝的作用下降，使用5小时后，表面有釉化现象，去除力下降。
[0065] 实施例7
[0066] 操作与实施例1基本相同，不同之处在于醇溶性聚酰亚胺树脂改成醇溶性酚醛树脂，步骤4中，烧结温度改为180℃，烧结升温曲线是首先升温到75℃保温1小时，再升温到115℃保温1.5小时，最后升温到180℃保温30min，得到酚醛树脂结合剂镜面磨削砂轮，获得的镜面磨削砂轮拉伸强度达到了22MPa，硬度达到了56(邵尔硬度)，磨削硅平面镜头，可以达到10nm以下的镜面效果。
