氮化硅陶瓷球加工缺陷分析与无损检测技术研究

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氮化硅陶瓷增韧调研报告

氮化硅陶瓷增韧调研报告1、前言氮化硅陶瓷是典型的高温高强结构陶瓷，具有良好的室温及高温机械性能，强度高，耐磨蚀，抗热震能力强，抗化学腐蚀，低导热系数，密度相对较小，是结构陶瓷中研究最为广泛深入的材料，亦是陶瓷发动机及其它高温结构件、切削工具、耐磨件等的主要候选材料，近几年来仍是人们争相研究的热点材料之一。

但是，已有的研究对氮化硅陶瓷的脆性缺陷仍未获得彻底改善，从而大大限制了它的实际应用。

如何提高氮化硅韧性仍是人们研究的焦点。

目前从事氮化硅陶瓷研究的学者为了提高其韧性，主要从两大方面着手进行韧性改善。

一是通过进行“显微结构设计”来提高氮化硅陶瓷的韧性。

即降低气孔的含量，控制杂质的含量，提高氮化硅陶瓷的密度、纯度；对氮硅陶瓷的晶型、晶粒尺寸、发育完整程度进行控制；对晶界的大小、材质进行调控；对玻璃相的数量、性质、分布状态等进行控制，以求在烧结后获得最佳韧性的显微组织，从而提高氮化硅陶瓷的韧性【1】。

二是在上述基础上开展的“晶界工程”研究。

氮化硅陶瓷常以多晶陶瓷的形式出现，而对多晶材料而言，当晶体较小为微米或纳米级时，晶界状态是决定其电性能、热性能和力学性能等的一个极其重要的因素。

对于氮化硅陶瓷来说，晶界强度，尤其是晶界高温强度是决定其能否作为高温工程材料运用的关键。

氮化硅是强共价键化合物，其自扩散系数很小，致密化所必须的体积扩散及晶界扩散速度很小，同时它的晶界能V gb与粉末表面能V sv的比值(V gb/ V sv) 比离子化合物和金属要大得多，使得烧结驱动力Δv 较小，决定了纯氮化硅无法靠常规的固相烧结达到致密化，必须加入少量氧化物烧结助剂，在高温烧结过程中它们与氮化硅表面SiO2反应形成液相，通过液相烧结成致密体，冷却后该液相呈玻璃态存在于晶界。

而此玻璃相的性能在很大程度上决定了氮化硅陶瓷材料的性能。

为了提高氮化硅陶瓷的高温性能，人们对玻璃晶界结晶化进行了大量的研究工作，称之为“晶界工程”【2】。

氮化硅陶瓷球加工缺陷分析与无损检测技术研究

氮化硅陶瓷球加工缺陷分析与无损检测技术研究杨铁滨,王黎钦,古乐,郑德志(哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001) 摘要:氮化硅陶瓷轴承球具有优良的综合机械性能,在航空、航天等领域有广泛的应用前景。

然而在陶瓷球加工的各个阶段都能产生表面缺陷,处于表面和次表面的加工缺陷能显著降低陶瓷球的疲劳寿命。

本文综述了陶瓷球的加工方法、加工缺陷的形成与扩展及其无损检测技术的研究进展。

制造高强度结构陶瓷的关键是避免材料制备过程中形成的缺陷,球坯材料的显微结构、材料缺陷和机械加工工艺参数对成品球的质量有显著影响。

国内外采用射线检测、超声波检测、渗透检测、激光散射等多种方法进行陶瓷球表面缺陷检测研究。

由于陶瓷球表面缺陷具有多样性且球表面不可展开,至今还没有完善的无损检测方法。

关键词:机械学;陶瓷轴承球;氮化硅;表面缺陷;材料加工;无损检测中图分类号:TH133133文献标志码:A 文章编号:100021093(2007)0320353205Processing Defect Analysis and Nondestructive EvaluationT echnology for Si 3N 4Bearing B allYAN G Tie 2bin ,WAN G Li 2qin ,GU Le ,ZHEN G De 2zhi(School of Mechatronics Engineering ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001,Heilongjiang ,China )Abstract :Silicon nitride bearing balls with superior mechanical properties have great future in aerospace and super precision bearing applications.But surface defects on ceramic bearing balls can be brought at any manufacturing stage.Surface and subsurface defects significantly reduce the rolling con 2tact fatigue lifetime.Initiation ,propagation and nondestructive evaluation (NDE )of defects in the manufacturing procedures are reviewed.The key to successful processing of high strength ceramics is to avoid producing related defects.Many investigations show that material microstructures and de 2fects ,as well as mechanical processing parameters integrally influence the final surface quality.Many NDE technologies such as radiation ,ultrasonic ,dye 2penetration and laser scatter have been studied for ceramic bearing balls surface inspection around the world.The difficulties to develop NDE system for ceramic bearing balls caused by the variety of defects and surface unfolding mechanism design have not been solved yet.Key words :mechanics ;ceramic bearing ball ;silicon nitride ;surface defect ;material processing ;NDE 收稿日期:2006-02-13基金项目:国家自然科学基金资助项目(50275031) 致密而匀质的氮化硅陶瓷具有良好的抗滚动接触疲劳特性,受到了轴承设计者的亲睐,在武器装备、国防领域的应用越来越广[1-2]。

氮化硅陶瓷球材料性能参数测试及其相关性分析研究

综合性 ห้องสมุดไป่ตู้较高，Ｃ厂家球体因压碎载荷值偏低而未达到性能评价标准；球体性能参数内在联系表现为断裂韧性与硬度相关性最大
且为负相关，压碎载荷与显气孔率相关性最大。
关键词：陶瓷球；材料性能；压碎载荷；相关性分析
中图分类号：ＴＨ１４５．１１；ＴＨ１４０．８
文献标志码：Ａ
文章编号：１００１—４５５１（２０１６）０６—０６８９—０５
Ｔｅｓｔａｎｄｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｎｍａｔｅｒｉａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｉｌｉｃｏｎｎｉｔｒｉｄｅｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌ
ＺＨＯＵＦｅｎ—ｆｅｎ，ＹＵＡＮＪｕ—ｌｏｎｇ，ＺＨＡ０Ｐｉｎｇ，ＬＩＦａｎ，ＰＥＮＧＹａｎ，ＺＨＥＮＧＢｉｎ（Ｕｌｔｒａ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎＭａｃｈｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１４，Ｃｈｉｎａ）
收稿日期：２０１６一Ｏ１—２５基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１３７５４５５，５１２７５４７６，Ｕ１４０１２４７）作者简介：周芬芬（１９８８一），女，江西九江人，博士研究生，主要从事超精密加工技术及装备方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｏｕｆｅｎ８８８８ｆｅｎ＠１６３．ｃｏｎ通信联系人：袁巨龙，男，博士，教授，博士生导师．Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｌｙｕａｎ＠ｚｊｕｔ．ｅｄｕ．ａｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｉｍｐｅｒｆｅｃｔｍａｔｅｒｉａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｓｉｌｉｃｏｎｎｉｔｒｉｄｅｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌａｎｄｕｎｅｖｅｎｑｕａｌｉｔｙｏｆ

氮化硅陶瓷球精加工表面缺陷的研究

Ｊｌ２０ｕｙ０６
第７期（总第１９期）７
Ｎ．（ｅａＮ．７）ｏ７ｓｒｌｏ１９ｉ

氮化硅陶瓷球精加工表面缺陷的研究
杨铁滨王黎钦古乐郑德志
（哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨１００）５０１
摘要：将３种不同直径的氮化硅球坯采用循环加工方法研磨成Ｇ级轴承用陶瓷球。研究了研磨过程中陶瓷球的磨５
损行为并将磨损缺陷按光学显微镜下的形貌分成５类。采用扫描电子显微镜观察分析各种缺陷并用陶瓷材料断裂力学解释凹坑与裂纹缺陷的形成。研究结果表明，异常的磨粒作为尖锐压头产生凹坑。各种裂纹主要是由起钝压头作用的上研磨盘产生的。材料的晶体结构变化产生雪花缺陷，雪花缺陷抵抗磨粒磨损的能力较差。精研过程中不正确的加工压力和没有破碎的硬磨粒产生擦伤和划痕缺陷。提高球坯圆度，降低粗研加工的载荷和速度可以减少裂纹缺陷。提高磨粒质量
ｉｏｖｏｍｓａｃｒｉｇｏｔｉｍｒｈｌｉｎｅｏｔａｍｃｓｏｅ（Ｍ）ＡｅｃｅｅｅａｉｅｓｇＳＭｎｅｃｌｎｃｏｎｅｏｐｏｇｓｄｒｐｃｉｃｐＯ．ＵｄｆｔｗｒｘｎｄｕｉＥｔｆｉｕｄｔｈｒｏｅｕｉｌｏｒｅｓｍｎ
ＡｂｔａｔＴｈｅｉｄｆｓｌｏｉｉｅｂｌｂａｋｔｉｅｅｔｄａｔｒｒａｐｄａｄｐｌｈｄｔｅｒｅｓｒｃ：ｒｅｋｎｓｏｉｉｎｎｔｄａｌｎｓｗｉｄｆｒｎｉｍｅｅｓｗｅｅｌｐｅｎｏｉｅｏＧ５ｄｇｅｃｒｌｈｓｂａｉｇｂｌ．ｅｒｂｈｖｏｆｔｅｅｂｌｎｌｐｎｒｃｓｒｘｅｉｎａｌｔｄｅｄｗｅｅｅｔｒｌｓｉｅｅｒｎａｓＷａｅａｉｒｏｈｓａｓｉａｐｉｇｐｏｅｓｗｅｅｅｐｒｍｅｔｙｓｕｉｄａａｄｆｃｓｗｅｅｃａｓｆｄｌｓｌｌｎｒｉ

氮化硅陶瓷球加工缺陷分析与无损检测技术研究

ｔｖｉｒｄｃｎｅａｅｅｅｔ．Ｍａｙｉｖｓｉａｉｎｈｗｈｔｍａｅｉｌｍｉｏｔｕｔｒｓａｄｄ — ｏａｏｄｐｏｕｉｇｒｌｔｄｄｆｃｓｎｎｅｔｔｓｓｏｔａｔｒａｇｏｃｓｒｃｕｅｎｅｒ
杨铁滨，王黎钦，古乐，郑德志
（哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨１００）５０１
摘要：氮化硅陶瓷轴承球具有优良的综合机械性能，在航空、天等领域有广泛的应用前景。航然而在陶瓷球加工的各个阶段都能产生表面缺陷，于表面和次表面的加工缺陷能显著降低陶瓷处
ａｒｓａｅａｄｓｐｒｐｅｉｏｅｒｎｐｌａｉｎ．Ｂｕｕｆｃｅｅｔｏｅａｃｂａｉｇｂｌａｅｅｏｐｃｎｕｅｒｃｓｎｂａｉｇａｐｉｔｓｉｃｏｔｓｒａｅｄｆｃｓｎｃｒｍｉｅｒｎａｌｃｎｂｓｂｏｇｔａｎｎｆｃｕｉｇｓａｅｕｆｃｎｕｓｒａｅｄｆｃｓｓｎｆａｔｅｕｅｔｅｒｌｎｏ — ｒｕｈｔａｙｍａｕａｔｒｎｔｇ．Ｓｒａｅａｄｓｂｕｃｅｅｔｉｉｃｎｌｒｄｃｈｏｌｇｃｎｆｇｉｙｉ
ＹＡＮＧｅｂｎ，ＷＡＮＧ — ｉＧＵ，ＺＨＥＮＧ —ｈｉＴｉ— ｉＬｉｑｎ，ＬｅＤｅｚ
（ｃｏｌｆｃａｒｎｃｎｉｅｒｇａｂｎＩｓｉｔｏＴｅｈｏｇ，Ｈａｉ１００，Ｈｉｎｉｎ，ＣｉａＳｈｏｏＭｅｈｔｉＥｇｅｎ，Ｈｒｉｎｔｕｅｆｃｎｌｙｏｓｎｉｔｏｒｎ５０１ｅｏｇａｇｈｎ）ｂｌｉ

氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式的研究_吕冰海

第28卷第5期摩擦学学报V o.l28 N o.5 2008年9月T ri b ology Sept.2008氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式的研究吕冰海,袁巨龙,戴勇(湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心,湖南长沙 410082)摘要:为掌握不同研磨条件下氮化硅(Si3N4)陶瓷球表面的磨损形式,在球盘式磨损实验装置上,采用不同载荷及磨料粒度和浓度的碳化硼(B4C)磨料进行了磨损实验.通过显微镜观察陶瓷球表面确定其磨损形式,并绘制了磨损形式与载荷及磨料浓度的关系图.研究发现磨损形式与磨粒粒径关系不大;载荷较大或磨粒浓度较低时氮化硅陶瓷球表面发生二体磨损,反之则产生三体磨损.建立了磨损接触刚度理论公式,计算确定了实验条件下氮化硅陶瓷球磨损形式的转换点数值为20. 接触刚度小于20时,氮化硅陶瓷球表面发生二体磨损,反之则产生三体磨损.由此可预测不同研磨条件下氮化硅陶瓷球的磨损形式.关键词:氮化硅陶瓷球;研磨;磨损形式;二体磨损;三体磨损中图分类号: 文献标志码:A文章编号:1004 0595(2008)05 0416 06氮化硅陶瓷球以其高硬度、高弹性模量、低密度、低摩擦系数、耐磨、化学性能和热学性能稳定[1 2]等性能,被认为是高速、高精度轴承滚动体的理想材料.目前,氮化硅陶瓷球主要采用研磨方法加工,通过球坯、研磨盘以及磨料的相互作用实现材料去除.陶瓷球的机械研磨过程实际上就是球坯材料的磨料磨损过程.材料去除与磨损形式有关,有学者[3 7]在氮化硅陶瓷球研磨过程中观察到了不同的磨损形式,其磨损形式直接决定了陶瓷球表面材料的去除机理、加工效率和表面质量.但其磨损形式与加工条件之间的关系尚不十分明晰,因此,有必要对氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式进行深入研究,以期为掌握其研磨加工过程中的材料去除过程、改进加工工艺提供实验和理论分析的依据.本文采用球盘式磨损实验装置,对单颗氮化硅陶瓷球在不同磨料粒度、磨料浓度和压力条件下的表面磨损形式进行了研究,分析了加工条件与球面磨损形式的关系,并对其磨损形式的转变条件进行了讨论.1 磨料磨损形式目前,磨料磨损按照是否存在第三体磨料来划分二体磨损和三体磨损.按照系统分析的方法,磨损系统中的被磨损材料通常被称为第一体,与其配副的材料称为第二体,第三体是指存在于第一体和第二体之间的磨料.针对氮化硅陶瓷球的研磨加工而言,第一体是指氮化硅陶瓷球坯,第二体指研磨盘,第三体指的是磨料.近年来的研究对二体磨损、三体磨损作如下定义[9]:当第三体(磨料)约束较强,对第一体(工件)表面进行切削或犁耕而使之形成方向性很强的磨损痕迹[如图1(a)[10]所示]时,称为二体磨损(这时的二体指的是第一体与第三体)或犁沟磨损(groov i n g w ear);当第三体约束较弱,在第一体与第二体之间滚动旋转或时滚时滑,使第一体表面形成方向性较差或无方向性的磨损痕迹[如图1(b)[10]所示]时,称为三体磨损或滚动磨料磨损(ro lling abrasive w ear).2 氮化硅陶瓷球磨损形式的试验研究2.1 试验过程图2所示为本研究中采用的材料磨损形式试验装置示意图.在载荷作用下,陶瓷球被夹持于加载轴与研磨盘之间,随着铸铁盘的转动在原处滚动,这与实际研磨过程中陶瓷球的接触状态类似.研磨液通过浇注管进入陶瓷球-铸铁盘接触区域.表1所列为实验中所用的氮化硅陶瓷球和铸铁研磨盘的机械性能,氮化硅陶瓷球质量等级为G10级,直径为 5mm.实验参数水平设置与氮化硅陶瓷基金项目:国家自然科学基金资助项目(50705028).收稿日期:2008 01 28;修回日期:2008 08 04/联系人吕冰海,e m ai:l l u bt@s ohu.co m 作者简介:吕冰海,男,1978年生,博士,讲师,目前从事超精密加工技术及装备研究.F i g 1 SE M i m age o f typ i ca l t wo body (a)and three body wear surface (b)[10]图1 典型二体磨损(a)和三体磨损(b)试件的SE M 图像[10]球实际研磨过程中精研工艺相近.采用以碳化硼(B 4C)磨料的水基研磨液,磨料粒度为W 20、W 7和F i g 2 Schem atic ill ustrati on of dev i ce f o rceram ic ba llw ear test图2 陶瓷球磨损试验装置的结构示意图表1 试验所用S i 3N 4球和铸铁盘的机械特性T ab le 1 M echan ica l p rop erties of S i 3N 4ball andlapp i ng p late e mp loyed in exper i m en tPara m eters S i 3N 4ball C ast i ron plat e D ens i ty /(kg !m -3)32007400~7700H ardness /HV 1500230~250Young ∀s m odu l us /GPa310113~157Poisson ∀s ratio 0.260.23~0.27Comp ress i on strengt h /M Pa>3500Bend strengt h /M Pa 600>175Su rface roughness /Ra20nmW 3.5.实验过程中,载荷分别取0.5N 、1N 、1.5N 、2N,研磨液中磨粒的浓度(重量比)分别取5w %t 、10w %t 、15w %t 、20w %t 、25w %t 、30w %t .陶瓷球研磨盘接触点与研磨盘转轴的距离为100mm,研磨盘转速为20r/m i n .每组实验进行0.5h,用光学显微镜观察实验后陶瓷球的表面,以确定氮化硅陶瓷球的主要磨损形式.2.2 试验结果通过对实验后陶瓷球表面的观测,发现在不同的实验参数条件下,陶瓷球表面的材料去除形式分别为二体去除形式、三体去除形式和混合去除形式(兼有二体与三体的特征).图3(a)、(b)、(c)分别Fig 3 Three types o f abrasion surface observed w ith optica l te lescope (400#)图3 显微镜下陶瓷球表面材料的三种去除形式(#400)为氮化硅陶瓷球在载荷1N 、W 20B 4C 、磨料浓度分别为5w %t 、15w %t 、10w %t 的实验条件下,实验后陶417第5期吕冰海等: 氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式的研究瓷球表面的显微镜图像.由图可见,陶瓷球表面的磨损痕迹可明显地分为三类:图3(a)所示的陶瓷球表面磨损痕迹呈平行沟槽状分布,这是由嵌入研磨盘的磨粒对球坯表面的微切削或刻划作用产生;图3(b)所示的磨损痕迹无明显方向性,表面有许多凹坑,这是磨粒在研磨盘的支撑下滚过球坯表面的结果;图3(c)所示的磨损痕迹显示了前述两者的综合特征,是磨粒在球坯表面时滚时划的作用结果.为确定不同实验条件下,陶瓷球表面不同的磨损形式,以磨料浓度为横坐标,以实验载荷为纵坐标,将光学显微镜观察到的结果绘制成磨损形式图,如图4所示.图4(a)、(b )、(c)分别为B 4C 磨料粒Fig 4 Abrasi o n m odes under d ifferent load and abrasive concentration w ith grit size W 20,W 7and W 3.5图4 采用不同粒度B 4C 磨料时不同载荷、磨粒浓度下的氮化硅陶瓷球表面磨损形式图度为W 20、W 7和W 3.5时所得到的磨损形式图.由图4(a)可见,当载荷较大或磨粒浓度较低时表现为二体形式去除,当载荷较小或磨粒浓度较高时表现为三体形式去除,当载荷和研磨液浓度适中时表现为混合形式去除.其原因是当载荷较大或磨粒浓度较低时,球坯与研磨盘的接触区内单颗磨粒所受载荷较大,磨粒切入研磨盘和球坯的深度较大,也就是说磨粒受到的约束较大,于是对球坯表面的作用以磨粒的刻划为主,表现为二体磨损的去除形式;反之,当载荷较小或磨粒浓度较大时,接触区内单颗磨粒上的载荷较小,磨粒切入深度小,所受约束小,更容易在球坯与研磨盘之间滚动,因此,表面材料以三体磨损形式去除.通过对比不同磨粒力度条件下得到的磨损形式图4(a)、(b)、(c),可见不同磨料粒度情况下,磨损形式分布与载荷、磨粒浓度的关系是基本一致的.也就是说,材料去除形式可能与磨料粒度的关系不大.这一问题将在后文中讨论.3 氮化硅陶瓷球表面磨损形式的转变条件在磨料磨损体系中,二体磨损可以看作三体磨损的特例,当第三体的约束增强到一定程度时,三体418摩擦学学报第28卷磨损转变为二体磨损.本节将采用力学模型分析氮化硅陶瓷球表面材料磨损形式的转变条件.W illia m s 与H yncica [11]认为,三体磨损向二体磨损的转变是由接触区内磨粒的运动由滚动向滑动的转变而造成的,并在此基础上提出了磨粒运动的二维模型,发现磨损形式转变时D /h 值也处于转折点,其值为1.74.这里D 表示磨粒长轴,h 表示两表面的距离(如图5所示).不难理解,当D 一定时,hF i g 5 2D m ode l for abrasive w ear i n R e.f [10]图5 文献[10]中理想化的磨料磨损二维模型越小表示磨粒切入越深,表现为二体磨损形式,h 越大表示磨粒切入越浅,表现为三体磨损形式;当h 一定时,D 越大说明磨粒切入越深,表现为二体磨损形式,D 越小说明磨粒切入越浅,表现为三体磨损形式.因此,D /h 的值越大,二体磨损形式越明显,反之,三体磨损形式越明显.对此模型分析有:h =D -2P D (1H b +1H d )=D -2PDH(1)式中,P 是单颗磨粒所受的载荷;H b 和H d 分别为球坯和磨盘的硬度.H ∃等效硬度,由下式计算:1H ∃=1H b +1H d(2)假设,球坯磨盘接触区域的磨料浓度与研磨液的浓度成正比,则球坯磨盘磨损作用区域面积A 内的磨料总数N gr 为:N gr =k ACD2(3)式中,C 是研磨液中的磨料浓度,k 是比例常数.因此,每颗磨料所承受的载荷即为:P gr = WD 2k AC(4)其中,W 是球坯上施加的总载荷.将式(4)代入式(1)有:h =则有:D /h =D /D 1-2W k AC H ∃=11-2W /k AC H ∃(6)可见,磨粒滚动和滑动之间转变值D /h 只与(W /AC H ∃)有关,磨损形式的转变发生在无量纲数(D /h )的特定值下,因此,K.Adachi 等人[8]用一个无量纲数表示磨损形式,这一无量纲数用S 表示,称之为接触刚度 (severity of contact),其计算公式如下:S =W AC H ∃(7)也就是说,除了磨损副本身的材料特性外,磨粒磨损形式主要取决于外加载荷和磨料浓度,与磨料的粒度无关.这也就解释了本文所绘得的图4(a)、(b)、(c)中,陶瓷球表面磨损形式分布规律基本一致的现象.K.Adac h i 等人[8]认为磨损形式与接触刚度阙值S *和研磨盘与球坯的硬度比(H d /H b )有关,三体磨损的条件由经验公式给出:S =W AC H ∃%q H d H bl=S *(8)其中q ,l 为实验常数,S *即磨损形式转折点.可以将以上分析应用于陶瓷球表面材料去除形式的转变条件.4 陶瓷球材料去除形式的确定这里采用上面的理论来计算实验条件下氮化硅陶瓷球表面材料磨损,二体形式和三体形式的转换点.假定球与盘的宏观变形为弹性,在磨料作用面积A (如图6所示)内球坯和研磨盘的距离小于磨粒F ig 6 Ball lapp i ng d i sk gr its contacti ng model (a)and l oca lm agn ifi cation (b)图6 球坯、研磨盘和磨粒的接触模型(a)及其局部放大图(b)直径,则A 可由下式计算[8]:A = a ∃= (a 2+2r b D )(9)其中,r b 为球坯半径,a 为赫兹接触面积半径:a =(0.75W rb /E ∃)1/3(10)419第5期吕冰海等: 氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式的研究其中,E ∃为等效杨氏模量:1/E ∃=(1 v 12)/E 1+(1-v 22)/E 2(11)v 1、v 2为两种接触材料的泊松比,E 1和E 2为两种材料的弹性磨料.根据表1所列的参数可计算不同浓度和压力条件下的接触刚度 .计算过程中,研磨盘铸铁材料的力学性能参数均取中间值进行计算.本实验中的S 值计算结果列于表2(采用显微硬度计算).对照表2和图4可以得到,采用B 4C 磨料表2 本研究中接触刚度 S 的值T ab le 2 Severity of con tact calcu l ated in this studyLoad /N Concen trati on ,w t %51015202530296.148.0532.03424.02519.22*16.017*1.572.18136.09124.06118.045*14.436*12.03*148.224.10016.067*12.05*9.64*8.033*0.524.14712.074*8.049*6.037*4.829*4.025**:indicates that t he do m i nate w earm ode of t he S i 3N 4ball s u rface i s three body w ear . *:表示陶瓷球表面以三体磨损形式为主.研磨氮化硅陶瓷球时,接触刚度阙值S *约为20,即当研磨过程中,采用式(7)计算得到接触刚度 S <20时,陶瓷球表面表现为三体磨损,而当得到的S >20时,则表现为二体磨损.由数值拟合的方法可以得出q &0.0076,l &-0.49.由图4(a)、(b)、(c)可见,三体形式与二体形式有明显的界限,混合形式情况并不多.这种现象可以解释为磨粒运动状态由滚动向滑动的转变,一旦部分磨粒开始滚动,球坯与研磨盘之间的距离将增大,D /h 值随之减小,使得更多的磨粒开始滚动.而磨粒的运动状态显然与加工参数(载荷、磨粒浓度等)有关.5 结论a . 氮化硅陶瓷球在研磨过程中表面材料的磨损形式(即材料去除形式)与载荷及磨料浓度有关,与磨粒大小关系不大.当载荷较大或磨粒浓度较低时氮化硅陶瓷球表面发生二体磨损,在载荷较小或磨粒浓度较高时则产生三体磨损,当载荷和研磨液浓度中等时为混合磨损.b. 采用K.Adachi 等人提出的方法计算了实验中不同条件下B 4C 磨料研磨氮化硅陶瓷球时的接触刚度 S ,发现当S <20时氮化硅陶瓷球表面为三体磨损,当S >20时为二体磨损,当S &20时为混合磨损.由此判断,在本实验中氮化硅陶瓷球材料去除形式由三体转变为二体的转折点处的接触刚度约为20.基本上可以用来预测实际加工过程中陶瓷球材料的去除形式,为了解陶瓷球研磨过程中的材料去除机理和建立适合的材料去除模型提供依据.参考文献:[1] W ang L ,Sn i d l e R W,Gu L .Rolli ng contact sili con n itri de beari ng technology :a rev i e w of recen t res earch [J ].W ear ,2000,246:159 173.[2] Katz R N.C era m ic beari ngs :rolli ng along[J ].Cera m i c Industry .1999,149:23 24.[3] Stolars k iT A,T obe S .The eff ect of accelerated m aterial re m ovalon roundn ess and resi dual stress es i n cera m ic 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s the e ffect of l o ad and concentrati o n o f abrasi v e on the wear mode under different g rit size ,w as dra w ed .The grit size has little effect on the w ear m ode ,and t h e w ear mode changed fro m three body abrasion to t w o body abrasi o n w ith an increase in load or a decrease in the concen trati o n .The transition po i n t o fw ear m ode wh ich can t h en used to predict the w ear m ode i n lapp i n g process o f silicon nitride ba l,l w as identified by a deduced for m u la to repreasent the severity of contac,t and the value o f the transition point calcu lated under experi m enta l cond iti o ns i n t h is study is 20.K ey w ords :S ilicon n itri d e ba lls ,Lapp i n g ,W ear m ode ,Tw o body abrasion,Three body abrasi o n Aut hor :L U B ing ha,i m ale ,born in 1978,Ph .D.,lecturer ,e m ai:l l u b@t sohu .co m421第5期吕冰海等: 氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式的研究。

氮化硅陶瓷件的光学性能测试与分析

氮化硅陶瓷件的光学性能测试与分析氮化硅陶瓷作为一种新兴的材料，在光学领域中具有广泛的应用前景。

为了对其光学性能进行测试与分析，我们需要了解氮化硅陶瓷的基本特性以及测试方法和分析过程。

首先，我们需要了解氮化硅陶瓷的基本特性。

氮化硅陶瓷是一种无机非金属材料，其主要成分是氮和硅元素。

它具有优异的物理和化学性质，包括高硬度、良好的耐磨性、高温稳定性和抗腐蚀性等。

这些特性使得氮化硅陶瓷在光学器件中具有广泛的应用。

接下来，我们需要选择适当的测试方法来评估氮化硅陶瓷的光学性能。

常用的测试方法包括光谱吸收、透射和散射测试，以及折射率和光学透明度测量等。

通过这些测试方法，我们可以获取氮化硅陶瓷在不同波长下的光学特性，并进一步分析其性能。

首先，我们可以通过使用紫外-可见-近红外（UV-Vis-NIR）分光光度计对氮化硅陶瓷进行光谱吸收与透射测试。

在测试过程中，我们需要测量氮化硅陶瓷在不同波长范围内的吸收和透射光强，并绘制吸收谱和透射谱。

通过分析这些数据，我们可以了解氮化硅陶瓷的吸收特性和透过率，并进一步评估其在特定波长下的适用性。

其次，我们可以使用散射光度计来评估氮化硅陶瓷的散射性能。

在测试中，我们需要测量氮化硅陶瓷表面散射的光强，并通过计算散射强度与样品特性之间的关系来了解其散射特性。

散射光度计可用于评估氮化硅陶瓷的表面质量和光学均匀性。

此外，我们还可以使用自动折射仪测量氮化硅陶瓷的折射率。

通过测量从真空到氮化硅陶瓷的光线经过时的折射角，我们可以计算出氮化硅陶瓷的折射率。

折射率是评估氮化硅陶瓷的透明性能和光学品质的重要参数。

最后，我们可以使用可见光透射光谱仪来评估氮化硅陶瓷的光学透明度。

在测试过程中，我们需要测量氮化硅陶瓷样品在可见光范围内的透射率，并绘制相应的透射谱。

通过分析透射谱，我们可以评估氮化硅陶瓷的透明性能，并了解其在可见光领域内的应用潜力。

在测试完毕后，我们需要对得到的数据进行分析。

根据吸收谱、透射谱、散射强度、折射率和透明度等数据，我们可以评估氮化硅陶瓷的光学性能，并与目标要求进行对比。

氮化硅原料对陶瓷球性能的影响

于琦１，２，３，马越１，２，３，徐梅１，２，３，杨红卫４
（１．洛阳轴承研究所有限公司，河南洛阳４７１０３９；２．河南省高性能轴承技术重点实验室，河南洛阳４７１０３９；３．滚动轴承产业技术创新战略联盟，河南洛阳４７１０３９；４．震坤行工业超市（上海）有限公司杭州分公司，杭州３１００１１）
摘要：分别采用不同Ｓｉ３Ｎ４原料制备陶瓷球试样，研究Ｓｉ３Ｎ４原料对陶瓷球的密度、孔隙度、压碎载荷比、硬度和断裂韧性的影响。结果表明：杂质含量低，粒度较小的Ｓｉ３Ｎ４原料粉末生产的陶瓷球孔隙度较好，压碎载荷比和硬度较高，密度均匀性好；杂质含量高，粒度较大的原料粉末生产的陶瓷球断裂韧性较高。关键词：滚动轴承；Ｓｉ３Ｎ４原料；陶瓷球性能中图分类号：ＴＨ１３３．３３＋１；ＴＱ１７４．７５＋８．１２文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－３７６２（２０１９）０５－００２３－０３
编号
１２３４
相含量，％
α－Ｓｉ３Ｎ４９３
Ｆｓｉ０．２
９２
微量
９３
微量
９３
０．２
Ｏ１．５５２．１７０．９５１．１７
元素Байду номын сангаас量分数，％
Ｎ
Ｆｅ
４０．２
０．２６６
３８．７
０．１２９
３９．０
０．０１７
３８．９
０．０４０
Ａｌ０．２６２０．０３５
００．０１６
粒度／μｍＤ５００．４５０．４４０．３９０．３４
ＣＩＳＮＳ４Ｎ１１０－０１０１４－８３／７Ｔ６Ｈ２Ｂ轴ｅａ承ｒｉｎｇ２２００１１９９年，Ｎ５ｏ期．５２３－２５
试验与分析
ＤＯＩ：１０．１９５３３／ｊ．ｉｓｓｎ１０００－３７６２．２０１９．０５．００７

一文了解工程陶瓷微缺陷七大无损检测技术

工程陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性、抗腐蚀性和耐高温等物理和力学性能，已广泛应用于航空航天装备等尖端领域。

工程陶瓷制品加工工序复杂，每道工序都可能形成影响性能的缺陷，因此，有必要采用高灵敏度的测试手段对陶瓷材料微缺陷进行全面检测。

无损检测（NDT）在不改变被检对象使用性能的前提下评价材料的完整性和连续性，检出固有缺陷及其形状、位置和大小等信息，适于检测加工效率低而成本高的工程陶瓷材料的缺陷情况。

1液体渗透检测技术(P T)液体渗透检测利用液体毛细管作用原理，能够对多种材料及其制件表面开口缺陷进行非破坏性检查。

可检测出非多孔性、固相材料开口于表面的间断。

对均匀而致密的工程陶瓷材料，荧光或着色渗透方法能检出开度小至1 μm的气孔、裂纹等表面缺陷，但对材料表面粗糙度和整洁度要求高，未经预清洗或沾有污物的表面和空隙会产生附加背景，影响识别检测结果。

Si3N4陶瓷球表面缺陷渗透检测图像✦渗透检测的工作原理渗透检测是基于液体的毛细作用（或毛细现象）和固体染料在一定条件下的发光现象。

渗透剂在毛细管作用下，渗入表面开口缺陷内；在去除工件表面多余的渗透剂后，通过显像剂的毛细管作用将缺陷内的渗透剂吸附到工件表面形成痕迹而显示缺陷的存在。

✦渗透检测的流程2超声检测技术(UT)超声检测利用超声波在弹性介质中传播，在界面产生反射、折射等特性来探测材料内部或表面/亚表面缺陷。

目前，国外开始将人工智能、激光技术、数字信号处理、神经网络以及断裂力学知识与超声检测相结合，对陶瓷制品的强度和剩余寿命进行评估。

✦超声检测的工作原理主要是基于超声波在试件中的传播特性。

a. 声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件；b. 超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变；c. 改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析；d. 根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。

氮化硅陶瓷刀具的崩缺机理与损伤分析

氮化硅陶瓷刀具的崩缺机理与损伤分析氮化硅陶瓷刀具是一种怎样的切削工具？它在切削加工中起到了什么样的作用？本文将围绕着氮化硅陶瓷刀具的崩缺机理和损伤分析展开讨论。

首先，让我们了解一下氮化硅陶瓷刀具。

氮化硅陶瓷刀具是一种新型的高性能工具材料，具有优异的硬度、耐磨性和高温稳定性。

它通常应用于高速切削加工、高温切削加工和高硬度材料的切削加工中。

氮化硅陶瓷刀具在切削加工中起到了重要的作用。

首先，它能够耐受高温环境下的切削，因为氮化硅陶瓷具有较高的熔点和热稳定性。

其次，由于氮化硅陶瓷刀具具有较高的硬度，它可以在高硬度材料上进行切削，如陶瓷、复合材料和高强度钢等。

此外，氮化硅陶瓷刀具的切削面质量较高，减少了加工表面的毛刺和整形需要。

然而，氮化硅陶瓷刀具在长时间的切削加工过程中也会出现崩缺现象，这给切削加工带来了一定的挑战。

接下来，我们将对氮化硅陶瓷刀具的崩缺机理进行分析。

氮化硅陶瓷刀具的崩缺机理多样，主要包括磨损、疲劳和损伤等。

首先，磨损是氮化硅陶瓷刀具最常见的崩缺机理之一。

在切削过程中，刀具与工件之间的摩擦和剧烈冲击会导致刀具表面的磨损，进而影响刀具的切削性能。

其次，疲劳是氮化硅陶瓷刀具的另一种常见崩缺机理。

长时间的切削工作会导致刀具材料的疲劳损伤，使其失去初始的强度和韧性。

最后，损伤是氮化硅陶瓷刀具崩缺的另一重要原因。

刀具可能会因为外界因素，如碰撞、撞击或不适当的使用等而受损，从而导致崩缺。

对于氮化硅陶瓷刀具的损伤分析，必须先了解刀具的典型损伤形貌。

在细观层面上，氮化硅陶瓷刀具的损伤主要表现为磨损、疲劳裂纹和断裂等。

磨损通常表现为刀刃的磨耗和切削面的磨损，可以通过显微镜观察判断磨损状况。

疲劳裂纹是由于长时间的切削加载导致刀具材料的疲劳破裂。

断裂是刀具发生严重损伤时的结果，通过断口形貌可以判断其断裂机制。

为了进一步分析氮化硅陶瓷刀具的损伤原因，我们需要借助刀具试验和数值模拟等研究方法。

刀具试验可以模拟实际切削工况下的刀具加载情况，通过对切削力、表面损伤和切削性能等的测试，得到刀具的损伤情况。

氮化硅陶瓷件的晶体缺陷及其对性能的影响

氮化硅陶瓷件的晶体缺陷及其对性能的影响氮化硅陶瓷件是一种具有优良性能的材料，广泛应用于电子、光电、航空航天等领域。

然而，由于氮化硅陶瓷的制备过程中可能存在晶体缺陷，这些缺陷会对其性能产生一定的影响。

本文将从晶体缺陷的种类、形成机制及其对氮化硅陶瓷件性能的影响等方面进行探讨。

首先，我们来了解氮化硅陶瓷件中可能存在的晶体缺陷种类。

主要的晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。

其中，点缺陷指的是晶体内部的原子位置发生偏离，最常见的点缺陷是空位缺陷和杂质原子；线缺陷指的是晶体中存在的错配排列或原子层的滑移；面缺陷指的是晶体表面的缺陷，如晶体面的裂纹或晶粒边界的错配。

接下来，我们来探讨氮化硅陶瓷件中晶体缺陷的形成机制。

晶体缺陷的形成与氮化硅陶瓷的制备过程密切相关。

在氮化硅陶瓷的制备过程中，常见的制备方法包括热压烧结、热等静压、热等静压后热处理等。

这些制备方法中，热压烧结是最常用的方法之一。

在热压烧结的过程中，氮化硅陶瓷材料经过高温煅烧形成初始颗粒，然后在高温下进行压制和烧结，最终形成致密的陶瓷结构。

然而，烧结过程中的高温和高压容易引起氮化硅陶瓷的晶体缺陷形成。

例如，高温下原子的扩散速率增加，可能导致空位缺陷的形成；高温和高压的共同作用可能导致晶体层错或晶粒边界的错配等线缺陷的形成。

晶体缺陷对氮化硅陶瓷件的性能具有重要影响。

首先，晶体缺陷会影响氮化硅陶瓷件的力学性能。

例如，晶粒边界的错配会导致陶瓷件的断裂韧性下降，易发生断裂；线缺陷会引起晶体的断裂，影响陶瓷件的强度和耐用性。

其次，晶体缺陷还会对氮化硅陶瓷件的热学性能产生影响。

晶体缺陷的存在会导致氮化硅陶瓷件的热导率降低，从而影响其散热性能。

此外，晶体缺陷还会对氮化硅陶瓷件的电学性能产生影响。

例如，点缺陷或线缺陷中的杂质原子可能产生施主或受主杂质能级，影响陶瓷件的导电性能和介电性能。

然而，晶体缺陷并不完全是消极的，它们在一定程度上也可以被利用。

例如，在制备氮化硅陶瓷件的过程中，可以通过控制烧结条件和添加适量的掺杂剂来调控晶体缺陷的形成，以获得具备特定性能的陶瓷材料。

高精度氮化硅陶瓷球批量加工研磨工艺研究

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｔｈｅｌａｐｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎＳｉ３Ｎ，ｂａｌｌｉｎｍａｓｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｕｌｔｒａ — ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｌａｐｐｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｌａｐｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒＳｉ３Ｎ４ｂａｌｌｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｌａｐｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｐｈｅｉｒｃｉｔｙ，Ｓｕｆｒａｃｅｑｕａｌｉｔｙ，ｍａｔｅｉａｒｌｒｅｍｏｖｌａｒａｔｅａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｂｒａｓｉｖｅｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｐｐｉｎｇｓｔａｇｅｓｗａｓｅｓｔｂｌａｉｓｈｅｄ．Ａｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｏｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎｌｙａｓｉｓ．ＴｈｅｓｕｒｆａｃｅｑｕｌｉａｔｙｗａｓｅｖａｌｕａｔｅｄｏｎｔｈｅＳｉ３Ｎ，ｂａｌ１．Ｔｈｅｓｐｈｅｉｃｒｉｔｙ，ｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｖｌｎａｅｏｆｔｈｅｉｆｎｉｓｈｅｄＳｉ３Ｎ４ｂｌｌａｓｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｌａｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｓｐｈｅｉｃｒｉｔｙ，ｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｖａｌｕｅｒｅａｌｏｗｅｒｈａｔｎ０．０６２Ｉｘｍ。１．４８ｎｍａｎｄ２４ｄＢｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅＳｉ３Ｎ４ｂａｌｌｓａｔｔｈｅＧ３ｌｅｖｅｌｉｎｍａｓｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．

氮化硅陶瓷球材料性能参数测试及其相关性分析研究

氮化硅陶瓷球材料性能参数测试及其相关性分析研究周芬芬;袁巨龙;赵萍;李帆;彭岩;郑斌【摘要】针对目前氮化硅陶瓷球材料性能评价体系不完善,以及各个厂家生产的陶瓷球质量参差不齐的问题,对3个较著名厂家(记为A、B、C)的陶瓷球的密度、显气孔率、硬度、断裂韧性及压碎载荷等主要性能参数进行了研究,对陶瓷球各性能参数之间的内在联系进行了相关性分析,建立了一种包含上述主要材料性能参数评价指标的评价体系,利用精密天平、硬度测量仪及万能试验机对上述材料性能参数进行了测试.研究结果表明,综合运用以上评价指标可以实现对陶瓷球材料性能的全面测评,B厂生产的陶瓷球综合性能较高,C厂家球体因压碎载荷值偏低而未达到性能评价标准;球体性能参数内在联系表现为断裂韧性与硬度相关性最大且为负相关,压碎载荷与显气孔率相关性最大.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2016(033)006【总页数】5页(P689-693)【关键词】陶瓷球;材料性能;压碎载荷;相关性分析【作者】周芬芬;袁巨龙;赵萍;李帆;彭岩;郑斌【作者单位】浙江工业大学超精密加工研究中心,浙江杭州310014;浙江工业大学超精密加工研究中心,浙江杭州310014;浙江工业大学超精密加工研究中心,浙江杭州310014;浙江工业大学超精密加工研究中心,浙江杭州310014;浙江工业大学超精密加工研究中心,浙江杭州310014;浙江工业大学超精密加工研究中心,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】TH145.1+1;TH140.8陶瓷材料因具有密度小、硬度高、耐磨损和耐腐蚀等优异性能而成为制造高精度轴承滚动体和滚道的理想材料[1-3]。

为提高球轴承的性能和精度,陶瓷球体材料特性至关重要[4-5]。

陶瓷球材料性能方面的研究已有大量报道[6-8]。

M. Ichikawa等[9]进行了滚动轴承陶瓷球的压碎试验来研究压碎载荷值对其尺寸依赖性的统计特征,其发现球体的压碎载荷值服从威布尔分布,并且依赖于球径和形状参数。

无损检测技术在陶瓷制品中的应用

无损检测技术在陶瓷制品中的应用陶瓷制品作为一种常见的日用品和装饰材料，在我们的生活中扮演着重要的角色。

然而，由于其特殊的性质和制作过程中的不确定因素，陶瓷制品的质量问题经常出现，这给生产者和消费者带来了诸多麻烦。

为了解决这一问题，无损检测技术被广泛应用于陶瓷制品的生产和质量控制过程中，以确保产品的质量和安全性。

首先，无损检测技术在陶瓷制品中的应用可以帮助生产者发现隐藏在产品内部的缺陷。

传统的人工检测方法可能无法准确地检测到深埋在陶瓷制品内部的缺陷，而无损检测技术可以通过利用声波、电磁波、热辐射等不同的物理原理，对陶瓷制品进行非侵入性的检测。

例如，超声波检测技术可以用来探测陶瓷制品中的气孔、裂纹等缺陷，而热成像技术可以用来检测陶瓷制品中的热量分布和热损失情况，从而判断是否存在质量问题。

其次，无损检测技术还可以用于评估陶瓷制品的力学性能。

陶瓷制品作为一种脆性材料，其力学性能对其使用寿命和安全性都有重要影响。

通过利用无损检测技术，可以对陶瓷制品进行力学性能的评估，如硬度、强度、韧性等指标的测量。

这不仅可以帮助生产者进行产品质量控制，还可以为用户提供选择陶瓷制品的依据。

此外，无损检测技术还可以用于评估陶瓷制品的耐热性和耐腐蚀性。

陶瓷制品常常用于高温环境下，例如炉具、烤炉等。

在这样的环境下，陶瓷制品需要具备良好的耐热性以确保其稳定性和耐用性。

通过无损检测技术，可以对陶瓷制品的耐热性进行评估，如热膨胀系数、热导率等指标的测量。

此外，陶瓷制品还需要具备良好的耐腐蚀性，以应对各种化学物质的侵蚀。

无损检测技术可以通过测量陶瓷制品的微观结构和化学成分，评估其耐腐蚀性能。

最后，无损检测技术还可以用于陶瓷制品的质量控制和质量改进。

通过对陶瓷制品进行无损检测，可以了解产品的生产过程中存在的问题，并及时采取相应的措施进行调整和改进。

这有助于降低产品的次品率和质量问题，提高生产效率和产品的竞争力。

总的来说，无损检测技术在陶瓷制品中的应用对于确保产品的质量和安全性至关重要。

氮化硅陶瓷球研磨工艺流程

氮化硅陶瓷球研磨工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!氮化硅陶瓷球是一种高性能陶瓷材料，具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性和低摩擦系数等特点。

氮化硅陶瓷件的疲劳断裂行为分析

氮化硅陶瓷件的疲劳断裂行为分析氮化硅陶瓷是一种新型的结构材料，具有优异的高温、高强度和耐腐蚀性能。

然而，在实际应用中，氮化硅陶瓷件常常会发生疲劳断裂现象，影响其使用寿命和可靠性。

因此，对氮化硅陶瓷件的疲劳断裂行为进行深入分析是十分必要的。

疲劳断裂是指在重复加载下，材料或构件发生断裂。

氮化硅陶瓷件的疲劳断裂行为与其特有的组织结构和力学性能密切相关。

首先，氮化硅陶瓷具有高硬度和优异的耐磨性，但其脆性导致了其疲劳断裂的特点。

其次，氮化硅陶瓷件通常存在多个微观缺陷，如晶粒界、夹杂物和裂纹等。

这些缺陷对材料的强度和断裂韧性造成了影响，从而导致疲劳断裂。

疲劳断裂行为分析的第一步是确定氮化硅陶瓷件的理论寿命。

根据应力振幅和寿命的S-N曲线，可以预测材料在特定载荷下的寿命。

S-N曲线可以通过疲劳试验获得，根据试样在不同应力水平下的循环寿命数据，绘制S-N曲线。

这样可以为氮化硅陶瓷件的使用提供参考依据，以确定其在实际使用条件下的可靠性。

然而，疲劳断裂行为不仅仅是寿命的问题，它还涉及断裂的机制和形态。

氮化硅陶瓷件的疲劳断裂通常表现为裂纹的扩展和扩展后的快速断裂。

裂纹的扩展路径可以通过断口表面形貌观察来确定。

常用的观察手段包括光学显微镜和扫描电子显微镜。

通过观察断口形貌，可以分析裂纹扩展的路径、速率和起始位置，从而进一步了解氮化硅陶瓷件的裂纹行为。

在疲劳断裂行为分析中，疲劳裂纹的起始是一个重要的研究方向。

氮化硅陶瓷件中的裂纹起始通常与内部缺陷和外部应力有关。

内部缺陷可以是一些微观裂纹、晶体缺陷或夹杂物等。

外部应力可以是静载荷或动载荷，其大小和作用时间会直接影响裂纹的起始位置。

通过对疲劳试验数据的分析，可以确定氮化硅陶瓷件的裂纹起始机制，为材料的改进和设计提供依据。

此外，还需要对氮化硅陶瓷件在高温和复杂环境下的疲劳断裂行为进行研究。

由于氮化硅陶瓷具有优异的高温和耐腐蚀性能，它常被应用在极端环境下。

然而，在高温和复杂环境下，氮化硅陶瓷件的疲劳断裂行为可能会发生变化。

氮化硅陶瓷切削仿真与实验

ｓｐｈｅｉｃｒａｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ．ＴｈｅＦＥＭｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｓａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔＯｉｌｓｉｌｉｃｏｎｎｉｔｒｉｄｅｃｕｔｔｉｎｇｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅｄｉａ－
ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｔｙｐｉｃａｌｃｒａｃｋｓ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｒａｎｄｏｍｐｌａｎｅｓｔｏｓｅｇｍｅｎｔｔｈｅｓｏｌｉｄａｎｄｔｒｕｎｃａｔｅｄｐｏｌｙｈｅｄｒｏｎｉｎ
氮化硅陶瓷切削仿真与实验
万林林刘志坚邓朝晖刘伟赵小雨
４１１２０１）
（湖南科技大学，难加工材料高效精密加工湖南省重点实验室，湘潭
文
摘
针对金刚石砂轮磨粒尺寸、形状的不规则性和空间位置不确定性的特点，采用球坐标中随机点产
度和切削深度增大而增大，而切削深度对切削力的影响程度最大。
关键词
截角多面体磨粒，工程陶瓷，有限元仿真，切削力
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－２３３０．２０１６．０３．００８
ｔｉｏｎｏｆａｂｒａｓｉｖｅｉｎｄｉａｍｏｎｄｗｈｅｅｌ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｂｅｔｔｅｒｖｉｒｔｕａｌｍｏｄｅｌｏｆｄｉａｍｏｎｄｇｒａｉｎａｎｄａｗｏｒｋｐｉｅｃｅｍｏｄｅｌ

氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式的研究

氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式的研究摘要：本文研究了氮化硅陶瓷球在研磨过程中的磨损形式。

通过实验测量了研磨前后氮化硅陶瓷球的物理和化学性质的变化，分析了不同磨损形式的影响因素和机制，为进一步优化氮化硅陶瓷球的研磨性能提供了理论依据。

关键词：氮化硅陶瓷球；研磨；磨损形式；机制；性能优化Introduction氮化硅陶瓷球是一种新型高性能研磨材料，具有硬度高、耐磨性、化学稳定性好等优点，被广泛应用于各类磨料材料的研磨加工中。

然而，在实际应用过程中，氮化硅陶瓷球的磨损问题是制约其研磨性能的一个重要因素。

因此，对氮化硅陶瓷球在研磨过程中的磨损形式进行研究，对于提高其磨损性能和研磨效率具有重要意义。

Materials and methods本文所用的氮化硅陶瓷球为直径为10mm的实心球体，通过水下粘接技术将其与磨料料槽固定在一起，采用固定磨头旋转的方式进行研磨。

在研磨前后，采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）等手段对氮化硅陶瓷球的物理和化学性质进行测量分析，探讨其磨损形式与性质变化之间的关系和机制。

Results and discussion1. 表面磨损形式通过SEM观察可以发现，在研磨过程中，氮化硅陶瓷球表面出现了不同形式的磨损。

在初期研磨阶段，由于磨料的冲击作用，氮化硅陶瓷球表面出现了微裂纹，从而导致表面形貌变化，表现为浅层磨损；随着研磨时间的增加，氮化硅陶瓷球表面出现了更加严重的磨损，表现为表面凸起物掉落和颗粒的剥落磨损。

2. 物理性质变化随着研磨时间的增加，氮化硅陶瓷球的硬度和密度均发生了变化，硬度下降的幅度较小，约为3%左右，而密度下降的幅度较大，约为10%左右。

这可能是由于磨料的冲击和摩擦作用导致氮化硅陶瓷球表面形貌的变化和颗粒剥落引起的。

3. 化学性质变化通过XRD和TGA等手段可以得到氮化硅陶瓷球在研磨过程中的化学性质变化情况。

结果显示，研磨后氮化硅陶瓷球的结晶度有所下降，表明其晶界发生改变，可能是由于表面形貌变化导致的。

氮化硅陶瓷的研究_唐甜甜

2014年第05期吉林省教育学院学报No.05，2014第30卷JOUＲNAL OF EDUCATIONAL INSTITUTE OF JILIN PＲOVINCEVol .30（总365期）Total No .365收稿日期：2014—01—20作者简介：唐甜甜（1993—），女，吉林长春人，河海大学大禹学院，研究方向：水文与水资源。

氮化硅陶瓷的研究唐甜甜（河海大学大禹学院，江苏南京210098）摘要：氮化硅陶瓷是一种有广阔发展前景的耐高温的高强度结构陶瓷。

与其他陶瓷材料相比，氮化硅陶瓷具有较高性能（如强度高、硬度高、抗热震稳定性好、疲劳韧性高、室温抗弯强度高、耐磨、耐化学腐蚀和很好的高温稳定性、抗氧化性能等），且具有比重小、热膨胀系数低、抗热冲击性好、断裂韧性高等优良性能，因而得到广泛关注，成为一种理想的高温结构材料和高速切削工具陶瓷材料。

本文从氮化硅的结构出发，详细介绍了氮化硅陶瓷的基本性能、制备工艺和应用领域，对氮化硅陶瓷的发展前景进行了展望，以求对该种材料的发展及应用有所帮助。

关键词：氮化硅；陶瓷；高性能中图分类号：TQ174文献标识码：A文章编号：1671—1580（2014）05—0153—02一、氮化硅的特点和应用根据碳化硅的结构、合成方法、形貌等，可以把氮化硅陶瓷分成氮化硅纤维、纳米氮化硅、氮化硅复合材料、氮化硅薄膜、氮化硅陶瓷球五类。

氮化硅纤维：高收率、高性能、耐化学腐蚀、耐高温性能好。

是航天航空、汽车发动机等耐高温部件最有希望的候选材料。

纳米氮化硅：高撕裂强度、拉伸强度、耐磨性、降低内耗、改善橡胶的动态力学和耐热老化。

可用于制作陶瓷、发动机零部件和刀具，或作为抗腐蚀和电磁方面的材料。

氮化硅复合材料：耐高温、低介电、抗蠕变。

用于制作抗氧化高性能导弹的天线罩。

氮化硅薄膜：优良的光电性能、很高的化学稳定性，抗杂质扩散和水汽渗透能力强。

氮化硅陶瓷球：高硬度、高耐磨性、耐腐蚀、耐高温、重量轻、加工精度高、自润滑性、绝缘性。

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然而在陶瓷球加工的各个阶段都能产生表面缺陷,处于表面和次表面的加工缺陷能显著降低陶瓷球的疲劳寿命。

本文综述了陶瓷球的加工方法、加工缺陷的形成与扩展及其无损检测技术的研究进展。

制造高强度结构陶瓷的关键是避免材料制备过程中形成的缺陷,球坯材料的显微结构、材料缺陷和机械加工工艺参数对成品球的质量有显著影响。

国内外采用射线检测、超声波检测、渗透检测、激光散射等多种方法进行陶瓷球表面缺陷检测研究。

由于陶瓷球表面缺陷具有多样性且球表面不可展开,至今还没有完善的无损检测方法。

美、日等国正研究将混合陶瓷轴承应用于航空发动机、导弹发动机、航天飞机等系列军事装备和高技术领域,使发动机提高转速,延长寿命,简化润滑系统[3-5]。

陶瓷球加工过程包括成形加工和机械加工2个阶段,在陶瓷球生产的每一道工序都可能产生偶然第28卷第3期2007年3月兵工学报ACTA ARMAMEN TARIIVol.28No.3Mar.2007性表面缺陷。

由于陶瓷材料的脆性和缺陷敏感性,表面缺陷降低了陶瓷球的可靠性,影响了陶瓷轴承的广泛应用[6]。

滚动体破坏是导致轴承失效的主要形式,在高温、高速、超低温、重载等极端苛刻条件下,这些表面缺陷会造成陶瓷球机械性能降低和较早的疲劳失效[7]。

因此研究陶瓷球表面缺陷的形成与扩展机理及其防止措施具有非常重要的意义。

本文综述了陶瓷球的加工技术、无损检测技术及国内外学者对加工缺陷的理论分析与实验研究。

指出确保陶瓷球在苛刻环境下可靠地工作,必须提高陶瓷球的材料质量和机械加工质量,并对成品球100%进行无损检测。

1　球坯成形加工与材料缺陷111　球坯材料成形氮化硅陶瓷球成形方法为粉末冶金加工工艺。

氮化硅陶瓷球致密化烧结工艺主要是热压和热等静压。

结构陶瓷通过减小缺陷尺寸、降低缺陷敏感性、纳米颗粒弥散、多层结构、优化晶粒尺寸和晶界相形状等方法提高陶瓷材料的力学性能[8]。

材料学工作者采用多种工艺方法和增韧技术改善氮化硅陶瓷的显微结构、提高强度和断裂韧性。

ZHOU等人用冷等静压和气压烧结方法制备了3点弯曲强度和威布尔模数分别为(94417±2915)MPa和3319的氮化硅材料[9]。

国内外学者采用多种金属氧化物助烧剂以提高氮化硅的烧结性能,并取得了很好的效果[10-11]。

晶须增韧、纳米颗粒增韧技术也在近几年应用于氮化硅材料的制备[12-14]。

虽然试验研究证明球坯生产商已经进行了材料质量控制[15],然而材料工作者们使用确定工艺加工陶瓷球并进行生产、试验和使用的报道却很少。

112　球坯的缺陷形成及其防止制造高强度结构陶瓷的关键是避免材料制备过程中形成的缺陷[16-17]。

这些缺陷主要包括气孔、增强相凝聚、异常大晶粒等[8]。

各种尺寸和形状的气孔是结构陶瓷中最常出现的缺陷,这些气孔的来源为:粉末封包质量差、初始粉末中含有有机或无机杂质、润滑剂和成形剂未能挥发等原因。

增强相凝聚常由于混料不均而出现在复相陶瓷中,可通过调节悬浮液化学性质控制。

异常长大的晶粒是由于烧结过程中的不均匀的致密化所造成的,不均匀致密化会使显微结构的局部区域比其周围区域致密化速度更快。

这些局部致密的小区域会为异常晶粒生长提供晶核。

在陶瓷球加工及工作过程中,表面附近的缺陷处容易形成应力集中并成为断裂源。

113　球坯的显微结构及其影响材料的显微结构强烈地影响结构陶瓷的力学性能。

对具有不同显微结构的陶瓷球进行滚动接触疲劳试验证明,显微结构均匀、致密的陶瓷球滚动接触疲劳寿命更高[18]。

氮化硅的显微结构特征主要包括气孔尺寸、晶粒尺寸、相分布等参数。

当氮化硅材料的气孔率增加时,其弹性模量、强度和断裂韧性都降低[19]。

大的β2Si3N4晶粒可以成为断裂源,并导致强度降低[20]。

晶粒的长径比对研磨和抛光质量有重要影响,长径比增加,裂纹扩展和出现表面缺陷的几率明显降低,因而试样表面质量好[21]。

SKF公司为保证陶瓷球的质量,对材料的强度、硬度和韧性的最小值、球坯材料的缺陷体积、缺陷最大尺寸、显微组织分布形式、球坯断面单位面积上各种尺寸的夹杂物数量都作了规定[6]。

国内外声称能够提供轴承用氮化硅陶瓷球的生产厂家有数千个。

然而与钢球不同,国内外还没有广泛接受的轴承用氮化硅材料的质量标准。

因此轴承的制造者急需建立可靠、简便的方法确定球坯质量,避免将质量差的球坯送入昂贵而费时的研磨工序。

2　机械加工方法与加工缺陷形成211　机械加工方法陶瓷球机械加工一般采用循环加工法,其加工工艺与钢球的加工工艺基本相似,加工工序一般分为研磨和抛光。

但同钢球加工相比加工压力小,转速低,磨料细。

这种方法可实现陶瓷球批量稳定加工,便于生产中进行质量控制。

为了提高陶瓷球加工效率、降低加工成本,国内外先后出现了磁悬浮研磨法、自旋回转角控制研磨法、锥形研磨法等。

磁悬浮研磨法加工压力小、研磨转速高,可以减少陶瓷球表面缺陷,提高加工效率。

自旋回转角控制研磨法和锥形研磨法改变了研磨盘的结构,以增大球的自旋角,从而增加回转滑动分量,提高陶瓷球的加工效率。

这两种方法在大规格小批量陶瓷球加工上有优势,但不适合批量加工[22]。

生产过程中采用何种加工方法主要取决于生产规模和可以接受的制造成本。

212　机械加工缺陷的形成不论采用以上哪种加工方法,其磨削实质都是陶瓷球与磨粒、研磨盘、磨削液之间的机械作用和机械化学作用。

机械加工缺陷的形成主要与机械作用453兵　工　学　报第28卷有关,而机械化学作用很小。

在正确的加工工艺条件下,陶瓷球在机械加工过程中也会产生凹坑、裂纹等缺陷,这些缺陷来自于陶瓷球与研磨盘和磨粒的相互作用。

陶瓷球在研磨和抛光加工中受到的挤压外力作用来自:1)研磨盘直接挤压;2)磨粒在研磨盘的作用下压入陶瓷球;3)陶瓷球之间的撞击。

在这3种外力作用下,用压痕断裂力学可以很好地解释凹坑与裂纹缺陷的形成。

研磨盘和陶瓷球对应了压痕断裂力学中的钝压头,磨粒对应尖锐压头。

这2种压头产生的压痕裂纹形式也与加工中常见的环状裂纹(Hertz裂纹)和凹坑两种缺陷形式对应。

Cundil对<1217mm热等静压氮化硅陶瓷球进行抗压试验,当最大接触应力达到12～15GPa时,相当于在接触区边缘形成118～212GPa的拉应力。

当球形压头在热等静压氮化硅陶瓷表面产生这样大的拉应力时,陶瓷球表面就会产生环状裂纹[23]。

在尖锐压头作用下,Lawn和Wilshaw对脆性材料压痕断裂建立了模型[24]。

根据这个模型,材料断裂分为6个步骤:压头下区域的塑性变形;加载过程中产生中位球穴;中位球穴扩展为中位裂纹;卸载过程中中位裂纹闭合;塑性区产生侧向裂纹;较大的侧向裂纹导致破碎。