Композиционный ферроабразивный порошок для полирования высокотвердых кремния или стекла

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫЙ ФЕРРОАБРАЗИВНЫЙ ПОРОШОК ДЛЯ ПОЛИРОВАНИЯ ВЫСОКОТВЕРДЫХ КРЕМНИЯ ИЛИ СТЕКЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Судник Лариса Владимировна Жук Елена Владимировна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Композиционный ферроабразивный порошок для полировании высокотвердых кремния или стекла, включающий порошок железа или его сплавов, отличающийся тем, что дополнительно содержит нанодисперсный порошок гидроксида алюминия или его смесь с порошком алмаза и порошок полимера при следующем соотношении компонентов, об.порошок гидроксида алюминия 30-40 алмазный порошок 0-15 порошок полимера 5-15 порошок железа или его сплавов остальное. Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к применению ферроабразивных порошков как порошков-инструментов при магнито-абразивной финишной обработке поверхностей. Известны ферроабразивные порошки-инструменты на основе железа и карбидов переходных металлов (, ,и др.) 1. Эти материалы успешно используются для полирования и зачистки изделий из металлов и сплавов микротвердостью 80-600 МПа, однако малоэффективны при полировании высокотвердых (1000-1600 МПа) кремния и стекол. Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются композиционные ферроабразивные порошки, состоящие из ферромагнитной основы (железа или его сплавов), на поверхности которой распределены алмазные зерна 2. Недостатком этого материала является повышенный коэффициент трения в зоне контакта с обрабатываемым материалом, что не позволяет получить высокое качество поверхности и ограничивает скорость обработки, использование в его составе дефицитных, дорогостоящих алмазных зерен, а также необходимость разработки специальных полимерных связующих,т.к. алмаз имеет низкие адгезионные свойства. С целью увеличения работоспособности ферроабразивного порошка, снижения коэффициента трения в зоне резания разработан материал, содержащий абразивные и (или) нанодисперсные порошки - наряду с доступными полимерными компонентами,используемыми в различных отраслях промышленности. 12528 1 2009.10.30 Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении производительности абразивной обработки и создании нового ферроабразивного порошкаинструмента с повышенными полирующими свойствами, необходимыми при достижении высокого качества поверхностей высокотвердых материалов кремния, оптических стекол и т.п. Поставленная задача достигается тем, что композиционный ферроабразивный порошок для полирования высокотвердых кремния или стекла, состоящий из порошка железа или его сплавов, с целью обеспечения интенсивного съема обрабатываемого материала и повышения качества обрабатываемой поверхности дополнительно содержит нанодисперсный порошок гидроксида алюминия или его смесь с порошком алмаза и порошок полимера при следующем соотношении компонентов, об.порошок гидроксида алюминия 30-40 алмазный порошок 0-15 порошок полимера 5-15 порошок железа или его сплавов остальное. Сущность изобретения заключается в модификации свойств ферроабразивного порошка путем введения в состав наноструктурированного гидроксида алюминия, который благодаря наноструктурности гомогенно распределяется по объему и, теряя при термообработке воду, обеспечивает высокую развитость поверхности и микропористость поверхности режущих зерен. При этом снижается температура в зоне резания, коэффициент трения с обрабатываемой поверхностью, что приводит к повышению работоспособности материала. Содержание гидроксида алюминия ниже 30 объемных процентов понижает прочность композиции, снижает интенсивность съема обрабатываемого материала, снижает ферромагнитные свойства, а превышение количества гидроксида алюминия 40 об.приводит к расслоению композита. При введении алмазного порошка, который может быть введен для усиления абразивных свойств, его содержание не должно превышать 15 об.для избежания повышения стоимости материала в целом. При содержании полимера в композиции ниже 5 об.не обеспечивается смачивание всех зерен и конгломератов композиции, а превышение содержания полимера выше 15 об.приводит к снижению прочности композитного порошка в соответствии с правилом аддитивности. Достигаются дополнительные технические эффекты снижение температуры в рабочей зоне, понижение сил резания, гомогенность состава и свойств по объему абразивного инструмента. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в улучшении качества обрабатываемой поверхности, обеспечении возможности абразивной обработки при повышенных скоростях и подачах. Пример На первом этапе увлажненные порошки ферромагнитной основы перемешиваются с сухим порошком (высушенным при температуре 80-120 С) гидроксида -. Сухой наноструктурированный порошок - при перемешивании налипает к каждой порошинке основы. Затем смесь подвергают нагреву до 290-350 С. При этом формируется композиционный ферроабразивный порошок, который окончательно формируется путем смешивания с алмазным и полимерным порошками в соответствии с технологиями, принятыми в порошковой металлургии например, смешивание и гомогенизация путем протирания через сита с требуемым размером ячейки. В таблице приведены значения интенсивности съема материала путем полирования в магнитном поле образцов монокристалла кремния и оптического стекла К 8 на установке 390 Б при времени полирования 30 мин 3. 2 12528 1 2009.10.30 Интенсивность Обрабатываемыйп/п Состав композитного порошка съема материаматериал ла, мкм/мин ГА(25)АП(10)П(10)ФП 1 К 8 0,0098 Материал имеет 5 К 8 0,01 расслоения, поры 50 Прототип Царапины на по 6 К 8 0,1 АП(45)П(15)ФП-40 верхности 50 Царапины на по 7 Состав по п. 1 Кремний 0,09 верхности 25 8 Состав по п. 2 Кремний 0,140 10 9 Состав по п. 3 Кремний 0,145 7 10 Состав по п. 4 Кремний 0,140 8 Материал кро 11 Состав по п. 5 Кремний 0,110 шится 12 Состав по п. 6 Кремний 0,006 20 13 Прототип состав по п. 6 Кремний 0,09 50 ГА - гидроксид алюминия, АП - алмазный порошок, П - полимер, ФПферропорошок. Анализ таблицы показывает, что использование при магнитно-абразивной обработке предлагаемых композиционных порошков-инструментов на основе железо - - алмаз с полимерным связующим обеспечивает формирование нанорельефа с шероховатостью до 1,5-2 Н и повышенную интенсивность съема материала до 10 раз. Эти показатели соответствуют современным требованиям и перспективам развития массового производства изделий электронной и оптической промышленности. ГА(35)АП(10)П(3)ФП Источники информации 1. Мурашко Е.А., Круль Л.П., Гаевская Г.В., Хомич Н.С., Власенко Е.П. Исследование абразивной способности ферроабразивных порошков, полученных различными методами,композиционные материалы в промышленностиМатериалы 25-й Юбилейной конференции и выставки, Ялта, 2005. - С. 138-139. 2.5846270, МПК С 09 С 01/68, публ. 08.12.1998 (прототип). 3. Хомич Н.С., Алексеев Ю.Г., Нисс и др. Нанотехнология полирования в магнитном поле поверхностей деталей оптики, электроники и лазерной техники // Порошковая металлургия достижение и проблемыСб. докладов междун. научно-техн. конференции.- Мн. БНТУ, 2005. - С. 223-225. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3