本发明属于精密磨具磨削，具体涉及一种砂轮及其制备方法。
背景技术：
1、随着电子行业的快速发展，越来越多的新材料和新工艺得到应用。很多高性能零部件需要进行磨削加工和平坦化处理。其中，复合材料、功能陶瓷、光学玻璃、半导体晶体等材料均属于常见的高磨削抗力材料。印刷电路板（pcb，包括硬脆的陶瓷基板、高分子的树脂层和油墨、金属的铜箔互连层和金焊盘）和绝缘栅双极晶体管（igbt，包含硬脆的陶瓷封装、易烧伤的树脂材料、极易黏附在材料表面的软质金属材料）作为典型的多相复合材料，磨削过程中材质变化大，磨削力波动大，研磨难度高。功能陶瓷（如纳米增强氧化锆陶瓷）、光学玻璃（如铝硅酸盐钢化玻璃）、半导体晶体（如硅、碳化硅）等硬脆材料，磨削过程中伴随着大量的脆性断裂，磨削抗力很大，对砂轮的锋利性和抗冲击性要求很高。
2、目前，很多复合材料和脆性材料采用高自锐的聚酰亚胺（pi）树脂砂轮进行磨削，以兼顾磨削效率和表面质量。传统的聚酰亚胺树脂砂轮机械性能好、耐热性好、自锐性好、磨削效率高。但热固性聚酰亚胺具有交联结构，因而具有较高的玻璃化转变温度，其所需固化温度较高（一般均大于200℃），固化过程中易产生气泡，加工性能较差，急需改善。同时，聚酰亚胺树脂脆性很大，在磨削力波动大和磨削抗力高的工况下，易产生较大的磨削振动。
3、为改善现有体系的不足，很多机构围绕聚酰亚胺树脂成型工艺进行了优化研究。专利cn 105773450 a（一种耐热聚酰亚胺金刚石复合砂轮的制备方法），在80℃-100℃下，采用铝制模具进行压制，成型温度明显降低，但该方法树脂固化度过低，无法发挥出聚酰亚胺的全部性能。专利cn 116442134 a（一种细粒度磨料树脂cbn砂轮加工方法），先将聚酰亚胺树脂固化、造粒、压制、破碎，其固化温度仅需120℃-150℃，但后续需要600℃-850℃的烧制，成型难度加大。专利cn 111922928 a（一种高保型性复合结合剂超硬砂轮及其制备方法），将聚酰亚胺树脂与碳纤维一起球磨、压制、车碎，相当于纤维改性和造粒，提高了树脂的强度和流动性，但后续成型温度高达380℃。专利cn 108942709 a（一种晶圆减薄砂轮及其制备方法），将聚酰亚胺树脂中加入大量发泡剂，并分两次投料、压制，成型温度为180℃-250℃，3mpa保压保温1h，该法得到的砂轮气孔多、磨削压力小，不能用于高磨削抗力材料的磨削。
4、为了增加体系抗冲击性，很多研究机构对聚酰亚胺树脂进行了增韧处理，用于复合材料和胶黏剂等的生产。主要的增韧方法有：在聚酰亚胺树脂中加入纳米氧化锌、纳米碳管等颗粒等方法，但是简单的共混存在纳米粒子容易团聚从而影响材料的力学性能等问题。
5、目前，poss多用于有机物改性（如论文：刘迅,等.氧化石墨烯/多面体低聚倍半硅氧烷增强双马树脂合成及其性能表征[j].宇航材料工艺,2023,53(04):48-54.）和涂层制备（如论文：曲一凡,等.聚倍半硅氧烷改性含氟防粘涂层的制备及性能[j].电镀与涂饰,2023,42(22):67-74.），尚无poss在磨具行业的应用。
技术实现思路
1、为了满足高磨削抗力材料的研磨需求，本发明提出一种砂轮及其制备方法；以poss（多面体笼型聚倍半硅氧烷，polyhedral oligomeric silsesquioxane）为桥接物，采用长碳链尼龙、纳米二氧化硅复合改性高温聚酰亚胺树脂，在保持树脂耐高温性的同时，降低了砂轮的成型温度，提高了砂轮的抗冲击性能。
2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
3、一种砂轮，包括砂轮基体和磨料层，所述磨料层由下述质量百分比的原料制成：磨料30-45%，改性树脂18-50%，铜粉8-28%，银粉1-10%，填料粉末1-15%；所述改性树脂包括poss改性纳米二氧化硅浆料、聚酰亚胺树脂粉和长碳链尼龙树脂粉。
4、所述poss改性纳米二氧化硅浆料的制备方法包括如下步骤：将poss溶解于有机溶剂中得poss溶液，然后将poss溶液与纳米二氧化硅均匀混合制备得到poss改性纳米二氧化硅浆料。
5、所述poss在poss溶液中的浓度为10-40wt%；poss改性纳米二氧化硅浆料中二氧化硅的浓度为35-65wt%。。
6、有机溶剂可起到溶解poss，并分散其他聚合物原料的作用。有机溶剂的润滑作用，还可以降低后续冷压成型的压制压力。
7、所述poss包括八聚倍半硅氧烷poss-t8、poss-q8；十聚倍半硅氧烷（poss-t10）、十二聚倍半硅氧烷（poss-t12）；有机溶剂为丙酮、乙酸乙酯、四氢呋喃和n-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；纳米二氧化硅的粒径为10-100nm。
8、所述改性树脂中聚酰亚胺树脂粉、长碳链尼龙树脂粉和poss改性纳米二氧化硅浆料的质量占比依次为50-70wt%、10-30wt%、10-30wt%。
9、长碳链尼龙的作用主要有：①长碳链尼龙在热压下流动性很好，可明显降低磨料层的成型温度和成型压力。②长碳链尼龙的韧性好、自润滑性好，可明显增加结合剂的抗冲击性。③长碳链尼龙含有大量酰胺基团，与主体的聚酰亚胺树脂亲和性好、协同作用好。④长碳链尼龙和聚酰亚胺树脂均与poss结合良好，可使磨料层各组分良好桥接。改性树脂中各成分的微观桥接作用，见示意图1。
10、poss具有si-o交替连接的硅氧骨架组成的无机内核，不仅具有无机颗粒的刚性和化学稳定性等特点，还具有弹性、介电性和与聚合物基体优异的相容性等特性。poss为有机-无机杂化材料，与纳米二氧化硅桥联，还与尼龙和聚酰亚胺聚合物之间存在氢键；是有机物和无机物间良好的桥接材料。提高了纳米二氧化硅的分散性，同时对有机材料聚酰亚胺和尼龙起到增韧作用。
11、所述长碳链尼龙树脂粉包括尼龙1212、尼龙1012或尼龙1010树脂粉末；所述磨料为金刚石或立方氮化硼，填料包括氧化铬、氧化铁、氧化钙或氧化铈；所述基体包括铝合金、不锈钢、合金钢、钛合金、铜合金或复合材料，例如复合材料为：碳/碳复合材料、酚醛/铝复合材料、碳化硅增强铝合金等。
12、所述的砂轮的制备方法（见流程示意图2），包括如下步骤：
13、（1）将磨料、改性树脂、铜粉、银粉、填料粉末按比例混合均匀后，冷压成型；
14、（2）将冷压后样品放置于真空干燥箱内，挥发去除有机溶剂；然后进行热压固化；
15、（3）加工砂轮基体和固化后磨料层，测试对应尺寸和动平衡，得到最终砂轮成品。
16、所述步骤（1）中冷压成型的压力为0.5-2mpa，保压时间为2-10min。
17、所述步骤（2）中真空度10-1-10-5pa，常温放置2-24h。
18、所述步骤（2）中热压固化工艺为温度170-200℃，压力1-4mpa，保温时间15-60min。
19、所述的砂轮在磨削功能陶瓷、光学玻璃或半导体晶圆中的应用。
20、纳米二氧化硅粉的增韧效果好，且可以提高树脂的热稳定性。但纳米二氧化硅粉颗粒极细，普通干法混合无法分散均匀。poss含有si-o键，可以更好的亲和、分散纳米二氧化硅粉末。在干磨等高温磨削工艺下，poss会分解为纳米级二氧化硅颗粒，与改性加入的二氧化硅粉协同增韧。poss溶液能够避免纳米二氧化硅的团聚，且能够很好的将砂轮原料中的各组分粉末桥接在一起，利于后续的冷压成型。
21、本发明中，多面体笼型聚倍半硅氧烷（poss，polyhedral oligomericsilsesquioxane）是由si-o交替连接的硅氧骨架组成的无机内核，不仅具有无机颗粒的刚性和化学稳定性等特点，还具有弹性、介电性和与聚合物基体优异的相容性等特性。poss为有机-无机杂化材料，兼具无机材料的高耐热性和有机材料的可设计性，是有机物和无机物间良好的桥接材料。poss分子式为(rsio3/2)n，分子尺寸通常为1~3nm。其中，n为偶数时，分子呈笼型结构，可以成为复合材料的桥接核心。poss由si-o形成无机框架，外围由有机基团r包围，具有优异的反应活性、耐热阻燃性、多孔性和纳米尺寸效应。poss以纳米复合的方式加入聚酰胺、聚酰亚胺等树脂后，可显著提高树脂强度和耐热性，提高复合材料内无机颗粒与树脂的亲和力。由于有机溶剂和poss的作用，原料粉末混合均匀，流动性很好，冷压成型效率高，对设备要求低。后续的真空处理，可将有机溶剂彻底挥发，保证磨料层的生坯强度。热压过程中，由于磨料层已经基本成型，故预压时间降低。配方中的长碳链尼龙，流动性好，成型温度低，可明显降低了成型的温度。本发明热压成型温度低，避免了聚酰亚胺树脂的气泡，树脂性能发挥的更好。本发明制备的砂轮耐热性好、抗冲击性好、自锐性好、组织均匀，可满足高磨削抗力材料的磨削加工要求。
22、本发明具有以下有益效果：
23、1、本发明以poss为桥接物，poss为有机-无机杂化材料，兼具无机材料的高耐热性和有机材料的可设计性，是有机物和无机物间良好的桥接材料；改善了纳米二氧化硅的分散性，增强纳米二氧化硅与高分子基体（聚酰亚胺和尼龙）的相容性，对树脂基体起到增韧作用。
24、2、本发明热压过程中，二氧化硅浆料中的溶剂可将原料充分润湿，原料混合更均匀；改性树脂流动性很好，冷压即可成型，热压温度也明显降低。本发明热压成型温度低，避免了聚酰亚胺树脂的气泡，树脂性能发挥的更好。
25、3、本发明制备的砂轮耐热性好、抗冲击性好、自锐性好、组织均匀，可满足高磨削抗力材料的磨削加工要求。本发明树脂结合剂以聚酰亚胺树脂为主体，加入poss桥接分子和高导热金属粉，耐高温性能和散热很好，可避免砂轮堵塞和工件烧伤；还具有耐冲击、自润滑的优点：长碳链尼龙树脂柔性好，纳米二氧化硅粉增韧效果好，poss桥接效果好，砂轮耐冲击性和自润滑性提升，更适合复杂的磨削环境。
26、4、本发明纳米二氧化硅还起到辅助磨削和提高热稳定性的作用，铜粉和银粉提高磨料层导热性，填料增加树脂结合剂强度，配方搭配合理，更适宜高磨削抗力材料的加工。
1.一种砂轮，其特征在于：包括砂轮基体和磨料层，所述磨料层由下述质量百分比的原料制成：磨料30-45%，改性树脂18-50%，铜粉8-28%，银粉1-10%，填料粉末1-15%；所述改性树脂包括poss改性纳米二氧化硅浆料、聚酰亚胺树脂粉和长碳链尼龙树脂粉。
2.根据权利要求1所述的砂轮，其特征在于，所述poss改性纳米二氧化硅浆料的制备方法包括如下步骤：将poss溶解于有机溶剂中得poss溶液，然后将poss溶液与纳米二氧化硅均匀混合制备得到poss改性纳米二氧化硅浆料。
3.根据权利要求2所述的砂轮，其特征在于，所述poss在poss溶液中的浓度为10-40wt%；所述poss改性纳米二氧化硅浆料中纳米二氧化硅的浓度为35-65wt%。
4.根据权利要求2所述的砂轮，其特征在于，所述poss为poss-t8、poss-q8、poss-t10或poss-t12；所述有机溶剂为丙酮、乙酸乙酯、四氢呋喃和n-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；纳米二氧化硅的粒径为10-100nm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的砂轮，其特征在于，所述改性树脂中聚酰亚胺树脂粉、长碳链尼龙树脂粉和poss改性纳米二氧化硅浆料的质量占比依次为50-70wt%、10-30wt%、10-30wt%。
6.根据权利要求5所述的砂轮，其特征在于，所述长碳链尼龙树脂粉为尼龙1212、尼龙1012或尼龙1010树脂粉末中的一种或多种；磨料为金刚石或立方氮化硼，填料包括氧化铬、氧化铁、氧化钙或氧化铈中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的砂轮，其特征在于，所述基体的材料为铝合金、不锈钢、合金钢、钛合金或复合材料。
8.权利要求1-7任一项所述的砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的砂轮的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中冷压成型的压力为0.5-2mpa，保压时间为2-10min；步骤（2）中真空干燥中真空度为10-1-10-5pa，常温放置2-24h；热压固化工艺为温度170-200℃，压力1-4mpa，保温时间15-60min。
10.权利要求1-7任一项所述的砂轮在磨削功能陶瓷、光学玻璃、封装材料或半导体晶圆中的应用。
