Способ получения абразивных зерен

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АБРАЗИВНЫХ ЗЕРЕН(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Ковалевский Виктор Николаевич Григорьев Сергей Владимирович Жук Андрей Евгеньевич Ковалевская Анна Викторовна Корзун Александр Евгеньевич Шелег Валерий Константинович(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Способ получения абразивных зерен, при котором готовят шихту из ферромагнитного порошка с частицами различного размера, активируют поверхность частиц в плазме тлеющего разряда, на частицы наносят слой никеля толщиной до 20 нм, слой смеси кремния и углерода толщиной до 160 нм, затем наносят слой алюминия толщиной до 10 нм и слой пиролитического углерода в количестве 10 от массы ферромагнитного порошка, формуют заготовку, проводят ее термообработку при температуре 850 С с выдержкой 1 ч и при температуре 1550 С с пропиткой жидким кремнием в течение 3 ч и дробят до получения зерен. Изобретение относится к области получения абразивных зерен для магнитноабразивной обработки (МАО) поверхностей из хрупких и твердых материалов, например полупроводниковых монокристаллов кремния для микроэлектроники и стекол для оптики. Известен способ получения абразивных зерен 1 путем дробления алмазосодержащего материала, представляющего собой поликристаллическое изделие, включающее кристаллы алмаза, размещенные в матрице, выполненной на основе карбида кремния. Дробление осуществляют до получения зерен размером не менее 40 мкм. Поликристаллическое изделие содержит 20-60 об.частиц алмаза, 0,1-75 об.карбида кремния и 140 об.кремния. Поликристаллическое изделие содержит алмазные кристаллы размером 3-500 мкм. К недостаткам способа относится невозможность использования полученных абразивных зерен для МАО ввиду отсутствия магнитных свойств в поликристаллическом изделии. Прототипом является способ получения абразивных зерен 2, включающий приготовление шихты, содержащей смесь алмазных кристаллов различного размера и высокохромистый железный порошок в количестве 20-60 от общей массы компонентов шихты,предварительное активирование поверхности частиц в плазме тлеющего разряда, нанесе 14613 1 2011.08.30 ние на частицы покрытия из смеси кремния и углерода толщиной 100160 нм, формирование заготовки и последующую ее термообработку при температуре 650-850 С. К недостаткам способа относятся малая толщина покрытия ферромагнитных частиц на этапе формирования пористой заготовки и возможность контакта с железом обрабатываемой поверхности. Задачей изобретения является получение абразивных зерен, содержащих ферромагнитные частицы, размещенные в карбидокремниевой матрице, что повышает срок службы абразивного материала при МАО и позволяет устранить контакт железа с обрабатываемой поверхностью. Поставленная задача достигается тем, что в способе получения абразивных зерен,включающем приготовление шихты из ферромагнитного порошка с частицами различного размера, активируют поверхность частиц в плазме тлеющего разряда, на частицы наносят слой никеля толщиной до 20 нм, слой смеси кремния и углерода толщиной до 160 нм,затем наносят слой алюминия толщиной до 10 нм и слой пиролитического углерода в количестве 10 от массы ферромагнитного порошка, формуют заготовку, проводят ее термообработку при температуре 850 С с выдержкой 1 ч и при температуре 1550 С с пропиткой жидким кремнием в течение 3 ч и дробят до получения зерен. Абразивные зерна, полученные авторами, включают частицы ферросилиция или феррохрома с покрытием, образующие плотную матрицу с большой толщиной абразивного слоя карбида кремния. Композит изготавливали из порошков-композитов, состоящих из частиц ферросилиция или феррохрома размерами до 20 мкм, на которые наносили покрытие с чередованием слоев никеля толщиной до 20 нм, слой из смеси кремния и углерода толщиной до 160 нм, затем слой алюминия толщиной до 10 нм. Для формирования карбидокремниевой матрицы наносили слой пиролитического углерода (массой до 10 от массы ферромагнитных частиц). Формовали пористую заготовку в виде каркасной структуры из порошков-композитов с использованием удаляемой при нагреве связки из фенолформальдегидной смолы. В вакууме нагревали пористую заготовку в засыпке кремния ступенчато до 850 С с выдержкой 1 ч, а затем до 1550 С и осуществляли пропитку в течение 3 ч жидким кремнием, который, вступая в контакт с углеродом, растворял его и вступал с ним во взаимодействие, что приводило к образованию карбида кремния и формировало структуру композита из феррохромовых частиц, карбида кремния и кремния. Полученное абразивное изделие содержит прочно связанные магнитную (ферросилиций или феррохром) и абразивную компоненты (карбид кремния) с никелевой прослойкой между ними. Порошки-композиты получали активируя поверхность частиц из ферросплава обработкой в плазме тлеющего разряда, нанесением слоистого покрытия вакуумным магнетронным распылением никеля, композиционного катода из кремния, графита и алюминия. Слой пиролитического графита получали пиролизом углеродосодержащих газов. Заготовки из композиционного материала дробили в размольных агрегатах с последующей магнитной сепарацией и классификацией по размерам. Окончательный продукт - абразивные зерна - содержали сердцевину - частицу из ферросплава (ферросилиция или феррохрома) и карбидокремниевую матрицу с кремниевыми включениями. Примеры реализации. Пример 1 Осуществляли активацию обработкой в плазме тлеющего разряда поверхности частиц высокохромистого железного порошка ПХ 30 размерами до 20 мкм, покрывали их слоем никеля толщиной до 20 нм, а затем слоем из смеси атомов кремния и углерода толщиной до 160 нм и слоем алюминия толщиной до 10 нм. Слой пиролитического углерода массой 10 от массы порошка ПХ 30 наносили пиролизом природного газа. Изготавливали гранулы из порошка ПХ 30 с использованием связки - 25 спиртовой раствор фенолформальдегидной смолы (массой 12 от массы порошка ПХ 30). Гранулы прессовали при нагрузке 100 МПа со степенью деформации до 34 . Сформованную смесь выдерживали 2 14613 1 2011.08.30 на воздухе при 20 С,10 ч с последующей сушкой при 70 С,1 ч и отверждением при 150 С,10 ч, затем проводили термообработку 400600 С для удаления летучих компонентов смолы. В вакууме нагревали пористую заготовку в засыпке кремния ступенчато до 850 С с выдержкой 1 ч, а затем до 1550 С и осуществляли пропитку жидким кремнием, что формировало структуру композита из феррохромовых частиц, карбида кремния и кремния. Полученный композит дробили в размольном агрегате до получения зерен размером не менее 40 мкм. Проводили магнитную сепарацию и классификацию абразивных зерен по размерам. Пример 2 Изготавливали композиционный материал аналогично примеру 1, только использовали вместо частиц из феррохромового сплава частицы ферросилиция, а дробление материала осуществляли взрывом по ампульной схеме зарядом аммонит 6 ЖВ толщиной 20 мм. Результаты экспериментальных исследований, показали высокое качество обрабатываемой поверхности пластины полупроводникового кремния размерами 50010010. В полированной поверхности высота микронеровностей не превышала 10-15 нм. Примесей железа на поверхности не обнаружено. Заявляемое абразивное изделие может найти широкое применение в магнитно-абразивной обработке поверхностей из хрупких и твердых материалов, например полупроводниковых монокристаллов кремния для микроэлектроники. Источники информации 1. Патент РФ 97115168, МПК 24 3/18, 1992. 2. Патент 10563, МПК 24 17/00, 2008. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.