金刚石工加工硬脆材料的磨损因素分

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CVD金刚石刀具的研究与应用

CVD金刚石刀具的研究与应用CVD金刚石（Chemical Vapor Deposition Diamond）是一种利用化学气相沉积技术合成的人工金刚石材料。

与天然金刚石相比，CVD金刚石具有独特的优势和广泛的应用领域。

本文将重点介绍CVD金刚石刀具的研究与应用。

CVD金刚石刀具具有极高的硬度、耐磨性和化学惰性。

这些特性使其在各种切削、磨削和打磨应用中具有优势。

其强大的切削能力可以在高速切削工况下实现高效率的加工。

与传统硬质合金和陶瓷刀具相比，CVD金刚石刀具的寿命更长，切削性能更稳定。

首先，CVD金刚石刀具在加工硬脆材料方面具有独特的应用优势。

硬脆材料如陶瓷、玻璃和石英等在传统切削方法下容易引起破碎和损伤。

而CVD金刚石刀具的高硬度和尖端设计可以降低加工过程中的切削力，减小材料的损伤风险。

此外，CVD金刚石刀具还可以实现微米级甚至纳米级的精确加工，适用于高精度的制造领域。

其次，CVD金刚石刀具在高温、高速加工领域具有广泛应用。

由于CVD金刚石的热导率高，热膨胀系数小，能够在高温工况下保持较好的切削性能。

因此，CVD金刚石刀具常用于高速铣削、高温磨削和高温腰切等加工领域。

其优秀的热稳定性使其可以在高温合金、陶瓷复合材料和石墨等高温材料的加工中发挥优势。

此外，CVD金刚石刀具还具有较高的化学惰性。

在加工工艺中，有些材料容易粘附在刀具表面，降低切削质量和效率。

而CVD金刚石刀具具有良好的抗粘附性，能够有效降低切削力，延长工具寿命。

CVD金刚石刀具的研究主要包括材料制备技术、切削工艺优化和刀具设计等方面。

材料制备技术包括CVD方法和热压合成等。

CVD方法是目前主流的CVD金刚石刀具制备技术，能够在大面积基底上均匀生长金刚石薄膜。

切削工艺优化包括切削参数的优化和切削液的选择等，通过合理的工艺参数和润滑措施，可以更好地发挥CVD金刚石刀具的性能。

刀具设计方面，可以通过改变刀具几何形状和刀具涂层结构等，进一步提高刀具的性能。

钎焊金刚石磨粒工艺及耐磨性

浅议钎焊金刚石磨粒工艺及耐磨性摘要：与原始金刚石相比，钎焊处理后的金刚石静压强度和抗冲击强度都有不同程度的下降，其中真空热处理金刚石下降少，而钎焊金刚石下降程度较大，这说明钎焊过程中会刚石的确受到了热损伤。

关键词：钎焊金刚石磨粒工艺1 金刚石强度分析当环境温度超过金刚石的热稳定性温度时，金刚石的强度明显下降。

单晶金刚石在单纯高温下会发生氧化和石墨化，金刚石强度会受到影响。

在钎焊环境下金刚石所受热损伤要复杂一些，因为钎焊环境下不仅要考虑高温石墨化，还要考虑钎料与金刚石线膨胀系数不同所导致的热应力及钎料在高温下对金刚石的侵蚀作用等，因而金刚石强度所受影响要大一些。

目前金刚石强度测定方法有两种。

一是金刚石受静力作用下的静压强度：二是金刚石受冲击力作用下的抗冲击强度。

通过对原始金刚石、真空热处理金刚石和钎焊后金刚石强度的测定，可以反映出金刚石在不同工艺下受热损伤的程度。

1.1金刚石的静压强度金刚石静压强度的测定有一定的局限性，(1)金刚石单颗粒本身强度值的分散性。

加热后此因素对测量结果的影响更大。

在显微镜下观察加热后的金刚石可明显看出，有些金刚石中有黑点出现，而有的金刚石无明显变化，而且静压强度的测量仅测定40个颗粒，使得其代表性较差，(2)在静压强度测量中，数据处理是先求平均值，高于平均值2倍的测量值予以剔除，这种数据处理也带来了一定的测量误差。

另外，金刚石工具在使用过程中，金刚石所承受的是冲击力和摩擦力，而非静压力，这使得用冲击强度表征金刚石的性能比用静压强度更具优越性。

从测试结果的方差值看，各种工艺下金刚石静压强度数值的分散性没有很大的变化。

1.2金刚石的抗冲击强度高频感应钎焊与真空炉中钎焊金刚石的抗冲击强度结果相近，强度下降程度都很大，这可能跟抗冲击强度试验本身有关，冲击强度的测定对磨粒试样的准备很严格，试验前要保证试样表面的光洁，无杂质。

而钎焊腐蚀后的金刚石表面有可能同时存在石墨和碳化物，其表面与原始金刚石相比要粗糙，这就会造成冲击过程中磨粒试样间的摩擦、粘附，从而导致实验结果数据偏低，另外，高频感应钎焊测温和温控方面还不能做到完全的精确统一，这也给试验结果造成了一定程度的误差。

四大材料刀具的性能与选择

四大材料刀具的性能与选择刀具材料的发展对切削技术的进步起着决定性的作用。

本文介绍了切削中所使用的金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、硬质合金、高速钢等刀具材料的性能及适用范围。

刀具损坏机理是刀具材料合理选用的理论基础，刀具材料与工件材料的性能匹配合理是切削刀具材料选择的关键依据，要根据刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能选择刀具材料，才能获得良好的切削效果。

就活塞在切削加工时的刀具材料选用作了阐述。

高速钢：活塞加工中铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀，钻油孔用钻头等都为高速钢材料。

硬质合金：YG、YD系列硬质合金刀具被广泛应用于铝活塞加工的各个工序中，特别是活塞粗加工和半精加工工序。

立方氮化硼：立方氮化硼刀具被用于镶铸铁环活塞的车削铸铁环槽工序中。

同时也应用于活塞立体靠模的加工中。

金刚石：金刚石刀具可利用金刚石材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。

在切削铝合金时，PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍，是目前铝活塞精密加工的理想刀具，已经应用于精车活塞环槽、精镗活塞销孔、精车活塞外圆、精车活塞顶面及精车活塞燃烧室等精加工工序中。

刀具材料性能的优劣是影响加工表面质量、切削加工效率、刀具寿命的基本因素。

切削加工时，直接担负切削工作的是刀具的切削部分。

刀具切削性能的好坏大多取决于构成刀具切削部分的材料、切削部分的几何参数及刀具结构的选择和设计是否合理。

切削加工生产率和刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少、加工精度和表面质量的优劣等等，在很大程度上都取决于刀具材料的合理选择。

正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。

每一品种刀具材料都有其特定的加工范围，只能适用于一定的工件材料和切削速度范围。

不同的刀具材料和同种刀具加工不同的工件材料时刀具寿命往往存在很大的差别，例如：加工铝活塞时，金刚石刀具的寿命是YG类硬质合金刀具寿命的几倍到几十倍；YG类硬质合金刀具加工含硅量高、中、低的铝合金时其寿命也有很大的差别。

精磨高硬脆材料表面形貌分析及工具浓度的选择

（ｕｌｓａｃｎｔｕｅｏｏｏｙｆｒＭｉｅａｓｕｃｓＧｉｉＲｅｅｒｈＩｓｉｔｆＧｅｌｇｏｎｒｌＲｅｏｒｅ，Ｇｕｌｎ５１０）ｎｔｉｉ４０４
Ａｂｔａｔｎｈｉｐｐｅｓｒｃ：Ｉｔｓａｒ，ｔｅａａｔｒｏｗｏｒｉｃｓｒａｅｈｐｐｒｍｅｅｓｆｋｐｅｅｕｆｃｗｅｅｏｐｒｄｒｃｍａｅｗｈｅｎ
第２２卷第５期
２１００年ｌＯ月
超硬
材料工程
Ｖｏ．２Ｉ２ｏｃ．２０ｔ０１
ＳＵＰＥＲＨＡＲＤＡＴＥＲＩＥＮＧＩＭＡＩＮＥＥＲＩＧＮ
精磨高硬脆材料表面形貌分析及工具浓度的选择 ①
Ｋｅｗｏｄｓ：ｉｍｏｌ；ｄｉｍｏｏｅｔａｉｎ；ｐｒｃｓｏｉｉｇｅｉｉｎｇｒｎｄｎ
１引言
对于莫氏硬度７级以上高硬脆性材料表面的磨削加工，往除了要求达到一定的磨削效率外，要往还求在最短的时间内达到更好的表面光洁度，对加工这工具的设计和磨削工艺的优化提出了更高的要求。本
文分别采用Ｗ４、１、０Ｗ４ｗ７金刚石砂带磨削玛瑙石，
通过观测工件与工具表面形貌变化、测试分析表面粗糙度曲线，究金刚石砂带磨削加工玛瑙石每种粒度研能够达到的最小表面粗糙度及所用时间，析每种粒分

磨料的种类简介

磨料的种类磨料可以分为天然磨料和人造磨料两大类。

一、天然磨料自然界一切可以用于磨削或研磨的材料统称为天然磨料。

常用的天然磨料有以下几种：1．金刚石金刚石是目前已知最硬的物质，其显微硬度为98.59Gpa。

金刚石是碳的同素异型体，主要成份是碳，另外还含有0.02~4.8%的杂质，比重为3.15~3.53g/cm3。

其产地非常有限，不但价格昂贵，而且极为缺乏。

金刚石因含杂质的不同而呈黑色、黑褐色、灰黑色等，脆性较大，易沿结晶面裂开，结晶越大抵抗外力的作用越强，金刚石的计量单位是克拉，1克拉=0.2g。

天然金刚石作为磨料主要用途有两个方面：（1）用于修整砂轮；（2）磨削和研磨难加工材料（如硬质合金、宝石、玻璃、石料等）。

2．天然刚玉天然刚玉的主要矿物成份为α——Al2O3,其显微硬度为20.58Gpa，比重为3.93~4.00g/cm3。

自然界存在的天然刚玉主要有以下三种：（1）优质刚玉（俗称宝石）有蓝宝石（含钛）、红宝石（含铬）等；（2）普通刚玉，呈黑色或棕红色；（3）金刚砂，可分为绿宝石金刚砂和褐铁矿金刚砂，它是一种集合晶体，硬度较低。

在上述三种天然刚玉中，第一种主要用于首饰，而后二种可以作为磨料，用来制造砂轮、油石、砂纸、砂布或微粉、研磨膏等。

3．石榴石石榴石的晶形较好，显微硬度为13.33Gpa。

属于石榴石的矿物种类很多，但适合于作磨料的仅有铁铝石榴石一种，其矿物组成这：3FeO.Al2O3.3SiO2,含量不低于85~90%。

4。

石英石英的化学成份为SiO2，常夹杂有Al2O3、Fe2O3、 CaO MgO Fe2O3等。

显微硬度为8.04 Gpa，可用作磨料的石英矿有脉石英、石英岩及石英砂等。

随着科学技术的发展，人造磨料的品种已达几十种之多，天然磨料由于自身的缺陷，已被越来越多的人造磨料所取代，目前除了天然金刚石、石榴石外，其它种类的天然磨料用量甚微。

二、人造磨料人造磨料分刚玉系列、碳化物系列、超硬系列等几大类。

磨料种类

磨料的种类磨料可以分为天然磨料和人造磨料两大类。

一、天然磨料自然界一切可以用于磨削或研磨的材料统称为天然磨料。

常用的天然磨料有以下几种：1．金刚石金刚石是目前已知最硬的物质，其显微硬度为98.59Gpa。

金刚石是碳的同素异型体，主要成份是碳，另外还含有0.02~4.8%的杂质，比重为3.15~3.53g/cm3。

其产地非常有限，不但价格昂贵，而且极为缺乏。

天然金刚石作为磨料主要用途有两个方面：郑州玉发集团是中国最大的白刚玉生产商，专注白刚玉和煅烧α氧化铝近30年，因为专注所以专业，联系QQ2596686490，电话156390七七八八一。

（1）用于修整砂轮；（2）磨削和研磨难加工材料（如硬质合金、宝石、玻璃、石料等）。

2．天然刚玉天然刚玉的主要矿物成份为α——Al2O3,其显微硬度为20.58Gpa，比重为3.93~4.00g/cm3。

在上述三种天然刚玉中，第一种主要用于首饰，而后二种可以作为磨料，用来制造砂轮、油石、砂纸、砂布或微粉、研磨膏等。

3．石榴石石榴石的晶形较好，显微硬度为13.33Gpa。

属于石榴石的矿物种类很多，但适合于作磨料的仅有铁铝石榴石一种，其矿物组成这：3FeO.Al2O3.3SiO2,含量不低于85~90%。

4。

石英石英的化学成份为SiO2，常夹杂有Al2O3、Fe2O3、 CaO MgO Fe2O3等。

显微硬度为8.04 Gpa，可用作磨料的石英矿有脉石英、石英岩及石英砂等。

刀具磨损的几种原因

刀具磨损的几种原因2009-09-10 11:37刀具坚硬，可随着使用时间推迟，刀具也会有一定磨损，影响刀具磨损几种原因有哪些呢？通过汇总得出了几种原因。

1、刀具材料刀具材料决定刀具切削性能根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。

刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。

硬度韧性一对矛盾，也刀具材料所应克服一个关键。

对于石墨刀具，普通TiAlN涂层可选材上适当选择韧性相对较好一点，也就钴含量稍高一点；对于金刚石涂层石墨刀具，可选材上适当选择硬度相对较好一点，也就钴含量稍低一点；2、刀具几何角度石墨刀具选择合适几何角度，有助于减小刀具振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺；（1）前角，采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击摩擦性能好，随着负前角绝对值减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，采用正前角加工时，随着前角增大，刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。

负前角加工时，切削阻力大，增大了切削振动，采用大正前角加工时，刀具磨损严重，切削振动也较大。

（2）后角，如果后角增大，则刀具刃口强度降低，后刀面磨损面积逐渐增大。

刀具后角过大后，切削振动加强。

（3）螺旋角，螺旋角较小时，同一切削刃上同时切入石墨工件刃长最长，切削阻力最大，刀具承受切削冲击力最大，因而刀具磨损、铣削力切削振动都最大。

当螺旋角去较大时，铣削合力方向偏离工件表面程度大，石墨材料因崩碎而造成切削冲击加剧，因而刀具磨损、铣削力切削振动也都有所增大。

因此，刀具角度变化对刀具磨损、铣削力切削振动影响前角、后角及螺旋角综合产生，所以选择方面一定要多加注意。

通过对石墨材料加工特性做了大量科学测试，PARA刀具优化了相关刀具几何角度，从而使得刀具整体切削性能大大提高。

3、刀具涂层金刚石涂层刀具硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点，现阶段金刚石涂层石墨加工刀具最佳选择，也最能体现石墨刀具优越使用性能；金刚石涂层硬质合金刀具优点综合了天然金刚石硬度硬质合金强度及断裂韧性；但国内金刚石涂层技术还处于起步阶段，还有成本投入都很大，所以金刚石涂层近期不会有太大发展，不过我们可以普通刀具基础上，优化刀具角度，选材等方面改善普通涂层结构，某种程度上可以石墨加工当应用。

磨料磨具专业词汇名词解释

磨料磨具专业词汇名词解释1.磨料：具有颗粒形状的和切削能力的天然或人造材料。

磨具：凡是用结合剂将磨料粘结成不同的形状，用于磨削、研磨和抛光作用的工具同称为磨具。

2. 棕刚玉（A）：由矾土冶炼而成，主要成份是α-Al 2 O 3 。

外观为棕褐色，韧性好，能承受很大压力，还具有耐高温、抗氧化性、抗腐蚀及化学稳定性等特点。

被广泛应用与普通磨具制造。

3 .白刚玉（WA）：由铝氧粉冶炼而成，成份与A相同。

外观为白色晶体，性脆，硬度略高于棕刚玉，具有良好的切削能力。

4 .黑刚玉（BA）：由矾土冶炼而成，主要成份除了Al 2 O 3 外还有一定量的FeO 3 。

外观为黑褐色，纯度低，韧性特别好，但硬度较差。

5 .锆刚玉（ZA）：分两种，一种是熔融锆刚玉，是现有磨料中最韧的磨料，在重负荷粗磨涂附磨具中，其他磨料都不能与性能耐磨的锆刚玉相比。

主要成份40%ZrO 2 ,Al 2 O 3 60%,锆刚玉的小结晶强度高于大结晶。

另一种是烧结锆刚玉，主要成份除ZrO 2 和Al 2 O 3 外，还有MgO，其韧性是刚玉的2.3倍，磨削能力比普通刚玉高1—3倍。

6 . 单晶刚玉：具有良好的多棱切削刃，硬度高、韧性值高，磨削力强，磨削热小，磨粒切削寿命长，可加工较硬且较韧的钢材，如不锈钢、高钒高速钢等，还特别适用于变形、易烧伤工件的磨削加工和大进给磨削加工。

7 . 微晶刚玉：晶体尺寸小，强度高，自锐性好，可作深度磨削。

在磨削过程中，微晶刚玉磨料呈现微破碎状态，又有良好的自锐性，所以适宜用于磨削深度大的重负荷缓进给磨削。

8. 铬刚玉：玫瑰色，因此有人称之为玫瑰色刚玉。

它的脆性适中，切削性能良好，适合于各种高光洁度的表面加工或成型磨削。

9 . 碳化硅：是用高纯度的石英砂及优质精洗无烟煤经过电阻炉还原反应而生成的碳硅结晶体化合物。

其特点化学性能稳定.硬度高.耐高温，是磨料及耐火材料等行业优质原料。

1 0 .黑碳化硅（C）：黑碳化硅是以石英砂（SiO2 ）和石油焦为主要原料，加锯末作为辅料，在电阻炉内冶炼而成的。

金刚石刀具知识点

⾦刚⽯⼑具知识点⼑具基础知识⼀、⼑具材料应具备的性能；A，⾼的硬度和⾼耐磨性1.硬度是⼑具材料应具备的基本特性2.耐磨性是指材料抵抗磨损的能⼒。

B，⾜够的强度和韧性1.强度是⼑具材料抵抗破坏的能⼒2，韧性是指材料发⽣断裂时外界做功的⼤⼩。

3.⾼的耐热性和热传性4.良好的⼯艺性和经济性1）切削性能⽬前⼑具材料分四⼤类：⼯具钢、硬质合⾦、陶瓷及超硬⼑具材料等。

常⽤的⼑具材料⼀、⼯具钢1. 碳素⼯具钢碳素⼯具钢是含碳量为0.65％～1.3％的优质碳素钢。

常⽤的钢号有T7A、T8A等。

耐热温度：200℃～300℃。

2. 合⾦⼯具钢1868年，英国的穆舍特制成含钨的合⾦⼯具钢。

在碳素⼯具钢中加⼊适当的元素铬（Cr）、硅常⽤的合⾦⼯具钢有9CrSi，CrWMn等（Si）、锰（Mn）、钒（V）、钨（W）等炼成的。

耐热温度：325℃～400℃。

主要⽤于制造细长的或截⾯积⼤、刃形复杂的⼑具。

⼆，⾼速钢⾼速钢是⼀种富含钨（W）、铬（Cr）、钼（Mo）、钒（V）等元素的⾼合⾦⼯具钢。

美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。

含碳量⼀般在0.70～1.65％之间。

耐热温度：500℃～650℃。

⾼速钢的抗弯强度是硬质合⾦的3～5倍，冲击韧性是硬质合⾦的6～10倍1.普通⾼速钢（HSS）2.钨系⾼速钢：W18Cr4V (W18)3.具有较好的综合性能，可制造复杂刃型的⼑具。

但由于钨是稀有⾦属，现在很少使⽤。

4.钨钼系⾼速钢：W6Mo5Cr4V2 (M2)5.M2的碳化物颗粒⼩，分布均匀，具有较⾼的抗弯强度、塑性、韧性和耐磨性。

⼜因为钼的存在，使其热塑性⾮常好。

2. ⾼性能⾼速钢（HSS-E）⾼性能⾼速钢是在普通⾼速钢中增加⼀些碳、钒及添加钴（Co）、铝等元素的新钢种。

钴⾼速钢：W2Mo9Cr4VCo8 (M42)⼀种含钴的超硬⾼速钢，常温硬度67HRC-69HRC，具有良好的综合性能。

铝⾼速钢：W6Mo5Cr4V2Al在M2的基础上加Al、增C，提⾼了钢的耐热性和耐磨性。

砂轮的规格与选择(砂轮的选择方法)

砂轮的种类与性能一、砂轮的种类与性能（一）、概况砂轮是磨削加工中最主要的一类磨具。

砂轮是在磨料中加入结合剂，经压坯、干燥和焙烧而制成的多孔体。

由于磨料、结合剂及制造工艺不同，砂轮的特性差别很大，因此对磨削的加工质量、生产率和经济性有着重要影响。

砂轮的特性主要是由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定。

（二）、砂轮的分类砂轮种类繁多，按所用磨料可分为普通磨料（刚玉（Al2O3）和碳化硅等）砂轮和超硬磨料（金刚石和立方氮化硼）砂轮；按砂轮形状可分为平形砂轮、斜边砂轮、筒形砂轮、杯形砂轮、碟形砂轮等；按结合剂可分为瓷砂轮、树脂砂轮、橡胶砂轮、金属砂轮等。

先有个感性认识，砂轮示例：白刚玉砂轮棕刚玉砂轮绿碳化硅砂轮金刚石砂轮（三）、砂轮的属性砂轮是用磨料和结合剂等制成的中央有通孔的圆形固结磨具。

砂轮的特性由磨料、粒度、硬度、结合剂、形状及尺寸等因素来决定，现分别介绍如下。

1、磨料及其选择磨料是制造砂轮的主要原料，它担负着切削工作。

因此，磨料必须锋利，并具备高的硬度、良好的耐热性和一定的韧性。

常用磨料的名称、代号、特性和用途见表1。

类别名称代号特性用途氧化物系棕刚玉A(GZ)含91~96%氧化铝。

棕色，硬度高，韧性好，价格便宜磨削碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜等白刚玉WA(GB)含97~99%的氧化铝。

白色，比棕刚玉硬度高、韧性低，自锐性好，磨削时发热少精磨淬火钢、高碳钢、高速钢及薄壁零件碳化物系黑色碳化硅C(TH)含95%以上的碳化硅。

呈黑色或深蓝色，有光泽。

硬度比白刚玉高，性脆而锋利，导热性和导电性良好磨削铸铁。

黄铜、铝、耐火材料及非金属材料3、结合剂及其选择结合剂的作用是将磨粒粘合在一起，使砂轮具有必要的形状和强度。

（1）、瓷结合剂（V）：化学稳定性好、耐热、耐腐蚀、价廉，占90%，但性脆，不宜制成薄片，不宜高速，线速度一般为35m/s。

（2）、树脂结合剂（B）：强度高弹性好，耐冲击，适于高速磨或切槽切断等工作，但耐腐蚀耐热性差(300℃)，自锐性好。

硬脆材料磨削加工机理的理论分析

ｔｒｓｓｂｉｈｄ，ａｄｔｅｐａｔｅｒｔｎａｄｆｃｕｅｂｈｖｏｆｈｇｄｂｉｅｍｔｒｕｙａｒｓｅｇａｌａｅｄｓｕｓｄ．ｅｉｉｔｌｅｌａｅａｓｎｈｌｓｃｄｆｍａｏｎｉｔｒｅａｉｒｏｔｅｒｉｒｄａｅａｃｔｂａｉｒｉｒｉｓｅｉｏｉａｉ．ｔｉｌｂｖ１ｃＫｅｗｏｔ：ｇｄｂｔｅｍｔｒ，ｙｔｌｒｉ－ｒｔｅａｓｉｉｌａｉｌｎｉｇｄｎ，ｐａｔｅｏｍａｏ，ｌｓｃｄｆｒｔｎｉｉｆｃｕｅｒｔｒａ
性变形和断裂行为。关键词：脆材料，磨削，塑性变形，断裂硬
ＴｈｏｅｉａｌＡｎｌｓｓｏｒｉｇＭｅｈｎｃｆＲｉｉｂｉｌａｅａｓｅｒｔｃａｙｉｆＧ】ＩＩｃａｉｓｏｇｄ－ｒｔｅＭｔｒｌｉｌｔｉ
２ＫＭ￣ｓｒ，Ｍｍｍｅ，ＡＢｋｅｔ．Ｍｏｅｉｇｆｃｕｅ５ＭｅｔＪｎａｋｒｅｄｌｒｔｒｎａ
ｉｎｎａ０３ｐｒｉｅｅｎｏｃｄａ０ａｌｙｕｉｅｂｌａｔｌｒｉｆｒｅａ６６１ｌｓｎＷｉｕｌｃｏｇ
ｌ引言
随着科技与生产的发展，硬脆材料（如工程陶瓷、光学玻璃等）的应用日趋广泛。由于硬脆材料的脆性较大，加工时在磨粒作用下易发生断裂，此其加工因
机理比金属材料加工更为复杂。目前对硬脆材料加工机理的理论研究尚不够深入与成熟，极开展这方积面的研究对于指导生产实践具有重要意义。本文通

硬脆材料的磨削特点

磊晶：在半导体器件制造过程中在原有晶片上长出新结晶，以制成新半导体层的技术。
蓝宝石外延层上表面制作的n型和p型电极
三.硅片的磨削
1单晶硅的材料特性
2单晶硅片磨削特点
3.单晶硅片磨削技术
5硅片表面 4.超精密磨削硅 2单晶硅片的磨削纹片的材料去除机理磨削特点理
制造工程研究院
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2.4磨削的两个物理模型
（1）压痕断裂力学模型：通常认为工程陶瓷等硬脆材料在机械加工和使用中产生的表面缺陷与压痕有着极强的相似性。中央/径向裂纹通常会导致材料强度降低，横向裂纹引起材料的去除。
（2）磨粒切削加工模型：从陶瓷加工中产生的磨屑形态看，材料主要以脆性断裂的方式被去除，但脆性断裂所消耗的能量不足实测总磨削能的1%，而工件已磨削表面存在大量磨粒耕犁留下的纹路，纹路两侧有明显的塑性变形凸起和撕裂涂覆物。该模型证实：虽然陶瓷材料去除由脆性断裂的实现，但磨削中能量主要消耗于耕犁中的塑性变形
•
4、磨削的单晶硅片易产生变形和碎裂
在磨削加工过程中单晶硅片亚表面会产生残余应力，易引起大直径薄硅片的翘曲或弯曲变形，尤其是引起背面减薄硅片的严重变形，使硅片自动输运困难，很容易产生破碎。
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3.3单晶硅片的磨削技术
• 1、转台式磨削硅片分别固定于旋转台的吸盘上，在转台的带动下同步旋转，硅片本身并不绕其轴心转动;砂轮高速旋转的同时沿轴向进给，砂轮直径大于硅片直径。 • 不足：磨削加工中实际磨削区面积B和切入角θ均随着砂轮切入位置的变化而变化，导致磨削力不恒定，难以获得理想的面型精度，并容易产生塌边、崩边等缺陷
3.3单晶硅片的磨削技术
• 2、硅片旋转磨削原理：吸附在工作台上的单晶硅片和杯型金刚石砂轮绕各自轴线旋转，砂轮同时沿轴向连续进给。其中，砂轮直径大于被加工硅片直径，其圆周经过硅片中心。为了减小磨削力和减少磨削热，通常把真空吸盘修整成中凸或中凹形状或调整砂轮主轴与吸盘主轴轴线的夹角，保证砂轮和硅片之间实现半接触磨削。

硬脆材料的磨削特点

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3.2单晶硅片磨削特点
• 1、易产生表面/亚表面损伤
单晶硅片磨削过程中的材料主要以微裂纹扩展和脆性断裂的方式去除，并产生塑性变形和塑性流动。采用金刚石砂轮磨削时，磨削表面易产生划痕和微裂纹等缺陷和损伤，磨削亚表面存在微裂纹、位错、非晶层、多晶层和残余应力等损伤。
•
3、磨削表面质量不易保证
磨削单晶硅片能获得较高的加工精度，但磨削表面会留下明显的“磨纹” （Grinding Marks）。单晶硅片磨削表面的磨纹不仅影响硅片表面的纳米形貌和粗糙度，而且会影响硅片的强度。
2、磨削力比大、砂轮磨削比小
金刚石砂轮磨削单晶硅片时，磨削力比大，要求超精密磨削的砂轮主轴必须具有较高刚度。为了减小单晶硅片磨削亚表面损伤，大多采用硬度较软的树脂结合剂和陶瓷结合剂金刚石砂轮，因而砂轮磨削比小。
3.1单晶硅的材料特性
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单晶硅的晶体结构
金刚石IV型结构，由同种元素的两套面心立方体晶格套构而成。单晶硅片是集成电路（IC）制造中最重要的衬底材料
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单晶硅片最易劈开面
从晶体结构上看，单晶硅表现出各向异性，经常裂开的面称为最易裂开面。 {111}晶面的原子排列最密集，面间距最大，键密度最小，有最小的破裂韧性，面间结合力最弱，受力最容易裂开。
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二.工程陶瓷的磨削
1工程陶瓷概述
2典型的类型点击添加文本
3工程陶瓷的磨削特点
4两个物理模型
点击添加文本
5工程陶瓷磨削材料去除方式
6陶瓷磨削力特点
研究院
2.1.工程陶瓷概述
• 工程陶瓷材料优点：高强度、高硬度、低密度、低膨胀系数、以及耐磨、隔热等。 • 1. 成型工艺（多为热压、烧结）和晶体结构（离子键和共价键）决定了它具有高脆性、低断裂韧性以及弹性极限与强度非常接近的特点 • 2. 显微组织具有不均匀性和复杂性，这是因为热压、烧结过程中，各相的含量、分布不均匀，烧制成型后物理机械性能很难通过加工方法改变。

金刚石砂轮的ECD修锐和整形研磨及其对硬脆材料的加工

2 Laboratoryof MechanicalProcessing KitamiInstituteofTechnology Hokkaido010010 Japan 3 Schoolof MechanicalandAutomotiveEngineering XiamenUniversityofTechnology
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金刚石与磨料磨具工程
总第 243 期
30μm),N 表示砂轮硬度为中度,100表示金刚石浓度为 100% (工作层内磨料所占体积为 25% 时 ,金刚石浓度为 100%),M 表示金属结合剂;整形砂轮型号为 SDC600N100B,SDC 表示镀金属人造金刚石磨料,金刚石磨料粒度代号 M20/30,砂轮硬度为中度 N,金刚石浓度为100%,B 表示树脂结合剂。同时,修锐、整形研磨及加工都使用 PSG52DX 平面磨床,WS90 冷却剂。
2021年6月第3期第41卷总第243期
金刚石与磨料磨具工程 Diamond & AbrasivesEngineering
Jun.2021 No.3 Vol.41 Serial243
金刚石砂轮的 ECD 修锐和整形研磨及其对硬脆材料的加工*
康喜军1,田牧纯一2,久保明彦2,邱亦睿3,黄鹏1
(1.三明学院机电工程学院,福建三明 365004) (2.日本北见工业大学,微纳米加工学研究室,日本北海道 010010)
砂轮磨粒修锐后 ,再对磨粒切削刃进行整形研磨 , 如图 1b 和图 2b 所示 :采用切削刃整形法 ,通过树脂结合剂金刚石砂轮研磨修锐后的金属结合剂金刚石砂轮 ,对其磨粒的切削刃进行整形研磨 ,使金刚石磨粒的切削刃高度在工作面上保持一致,并通过仪器来测量轴方向上的横断面形状。其中 ,图 2b 中的整形研磨深度 Ta 定义为砂轮径向深度的减小量。

金刚石线锯切割硬脆材料的表面形貌仿真和实验

金刚石线锯切割硬脆材料的表面形貌仿真和实验硬脆材料具有高强度、高硬度、隔热性好和化学稳定性好等优点,同时也耐高温和腐蚀,因此它的应用越来越广泛,对脆性材料的晶片表面质量要求也越来越高。

但由于脆性高、塑性和断裂韧性低等原因,导致脆性材料的加工非常困难。

金刚石线锯切割是一种新兴的、能有效切割硬脆材料的加工方法,其具有较低的成本、锯口损耗与环境污染,同时可以获得更窄的切缝,因此已经成为发展最快、被使用最多的一种硬脆材料切割方法。

在金刚石线锯切割加工中,影响脆性材料晶片表面质量的因素很多,如线锯速度、工件的进给即线锯的张力等。

本文以固结金刚石磨粒线锯的往复式切割过程为背景,分析晶片表面形貌的生成,进行仿真和实验研究。

分析了金刚石线锯的往复式切割过程,为了简化仿真过程,将单颗磨粒简化成圆锥体,将在线锯上分布无规律的磨粒简化为磨粒磁盘;分析了晶片表面形貌产生的机理,并建立了相应的数学模型,对线锯换向而导致的晶片表面波纹进行了仿真。

根据线锯换向周期,获得了晶片表面波纹的变化规律;用线锯上最终形成工件表面的微弧来解释表面的成因并预测其形状;结合磨粒磁盘运动特点,推导出磨粒运动的数学表达式,使用Matlab软件模拟线锯上磨粒的运动轨迹,建立切割过程中磨粒轨迹的数学模型。

仿真与实验结果的对比,获得了线锯速度和工件进给速度对工件表面形貌的影响。

在线锯速度不变的情况下,表面的波纹宽度会随着工件进给速度的增大而增加;而波纹的深度会随着线锯速度的增大而增大,并分析了仿真和实验之间的误差。

证明了仿真方法能有效的预测表面形貌随加工参数的变化趋势。

分析了往复式线锯切割硬脆材料时这些因素对成品表面质量和形貌的影响。

再使用响应曲面法(RSM)对多个加工因素建立模型,通过相关试验数据拟合模型系数,得到了响应函数的具体表达式并验证了模型的可靠性。

通过研究与探讨加工参数对表面质量的影响,进一步优化了工艺参数。

金刚石砂轮基础知识

金刚石砂轮基础知识以金刚石磨料为原料，分别用金属粉、树脂粉、陶瓷和电镀金属作结合剂，制成的中央有通孔的圆形固结磨具称作金刚石砂轮。

机械工程（一级学科）；磨料磨具（二级学科）；砂轮（三级学科）金刚石砂轮结构通常由工作层、基体、过渡阶段层三部分共同组成。

工作层又称金刚石层，由磨料、结合剂和填料组成，是砂轮的工作部分。

过渡层又称非金刚石层，由结合剂、金属粉和填料组成，是将金刚石层牢固地连接在基体上的部分。

基体，用作承揽磨料层，并在采用时用法兰盘牢固地滚轮在磨床主轴上。

通常金属融合剂制品采用钢材、合金钢粉作基体；树脂融合剂采用铝合金、电木并作基体。

由铝、钢或电木加工而变成，起至车轴工作层和装卡磨具的促进作用。

砂轮成型质量的优劣和采用精度的多寡都与基体存有非常大关系。

金刚石砂轮的特性包括金刚石磨料的种类、粒度、浓度、结合剂和形状尺寸。

由于金刚石磨料所具备的特性（硬度低、抗压强度低、耐磨性不好），并使金刚石磨具在切削加工中沦为切削硬脆材料及硬质合金的理想工具，不但效率高、精度高，而且粗糙度不好、磨具消耗太少、使用寿命短，同时还可以提升劳动条件。

因此广为用作普通磨具难于加工的低铁含量的金属及非金属硬脆材料，例如硬质合金、低铝瓷、光学玻璃、玛瑙宝石、半导体材料、石材等。

金刚石砂轮按结合剂可分为：树脂结合剂金刚石砂轮；陶瓷结合剂金刚石砂轮；金属结合剂金刚石砂轮（青铜结合剂金刚石砂轮）金刚石砂轮按生产工艺可以分成：热处理式金刚石砂轮（树脂融合剂金刚石砂轮；陶瓷融合剂金刚石砂轮；金属融合剂金刚石砂轮）；电镀金刚石砂轮；钎焊金刚石砂轮。

金刚石砂轮按磨削方式可分为：磨钻石用金刚石砂轮；磨硬质合金用金刚石砂轮（金刚石刀磨砂轮）;磨金刚石复合片用金刚石砂轮；无芯磨床用无心磨金刚石砂轮；磨陶瓷制品用金刚石砂轮；切割用金刚石砂轮（也被称为金刚石切割片）；金刚石锯片。

金刚石砂轮按外观或形状可以分成：平行砂轮；筒形砂轮；杯形砂轮；碗形砂轮；碟形砂轮；磨边砂轮；磨盘等。

金刚石工具加工硬脆材料时的磨损及其影响因素

金刚石工具加工硬脆材料时的磨损及其影响因素1．引言随着科学技术的进步和现代工业的进展，硬脆材料（如激光和红外光学晶体、陶瓷、石英玻璃、硅晶体和石材等）的应用日益广泛。

由于硬脆材料硬度高、脆性大，其物理机械性能尤其是韧性和强度与金属材料相比有很大差异，因此这些材料很难甚至不能采纳一般的加工方法进行加工。

金刚石是自然界已知的硬度最高的物质，其优异的性能使其在硬脆材料加工领域具有广阔的前景。

目前，采纳金刚石工具对硬脆材料进行切割和磨削仍是有效的加工方法，如用金刚石切割工具切割石材、用金刚石砂轮磨削陶瓷等。

加工硬脆材料的金刚石工具重要有各种金刚石锯和金刚石砂轮等，尽管各种工具的应用范围和加工特点不同，但其磨损机理都大致相同。

由于金刚石工具的磨损对工件的加工质量和加工过程的影响很大，工具的磨损性能是反映工具性能、工艺参数是否合理的一个紧要指标，所以对金刚石工具磨损机理的讨论对引导金刚石工具的合理制造和工艺参数的合理选择具有紧要意义。

长期以来，国内外很多学者致力于金刚石工具磨损机理的讨论，并已取得了可喜的成果。

2．金刚石工具磨损机理的讨论用金刚石工具加工硬脆材料时，由于猛烈摩擦、高温等的作用，工具不可避开地会产生磨损，而磨损是一个特别多而杂的过程。

（1）磨损的三个阶段金刚石工具的磨损由三个阶段构成：初始的快速磨损阶段（也称过渡阶段）、磨损率约为常数的稳定磨损阶段以及随后的加速磨损阶段。

加速磨损阶段表明工具不能连续工作，需要重新修整。

（2）磨粒磨损形式磨粒磨损形式可分为：整体磨粒、微碎裂磨粒、宏观碎裂磨粒、磨粒脱落及磨粒磨平。

这几种磨损形式所占的比例决议于不同的磨损阶段、所用工具和被加工材料等。

TWLiao等定量讨论了微进给磨削结构陶瓷时金刚石砂轮的磨损并指出：在过渡阶段和稳定磨损阶段，砂轮的磨损不同。

过渡阶段的磨损不仅决议于砂轮的规格、材料特性和磨削条件，更紧要的决议于砂轮的制备方法。

在过渡阶段，因砂轮刚修整过，磨粒伸出最大，很多磨粒不参加切削，所以整体磨粒的比例比稳定阶段高；同时，修整使很多磨粒伸出过大，把持力不够，磨粒脱落的比例比稳定阶段高；此外，修整会减弱一些磨粒，使微碎裂磨粒的比例比稳定阶段高。

磨料的种类

磨料的种类一、天然磨料自然界一切可以用于磨削或研磨的材料统称为天然磨料.常用的天然磨料有以下几种：1．金刚石金刚石是目前已知最硬的物质,其显微硬度为98.59Gpa.金刚石是碳的同素异型体,主要成份是碳,另外还含有0.02~4.8%的杂质,比重为 3.15~3.53g/cm3.其产地非常有限,不但价格昂贵,而且极为缺乏.金刚石因含杂质的不同而呈黑色、黑褐色、灰黑色等,脆性较大,易沿结晶面裂开,结晶越大抵抗外力的作用越强,金刚石的计量单位是克拉,1克拉=0.2g.天然金刚石作为磨料主要用途有两个方面：（1）用于修整砂轮；（2）磨削和研磨难加工材料（如硬质合金、宝石、玻璃、石料等）.2．天然刚玉天然刚玉的主要矿物成份为α——Al2O3,其显微硬度为20.58Gpa,比重为3.93~4.00g/cm3.自然界存在的天然刚玉主要有以下三种：（1）优质刚玉（俗称宝石）有蓝宝石（含钛）、红宝石（含铬）等；（2）普通刚玉,呈黑色或棕红色；（3）金刚砂,可分为绿宝石金刚砂和褐铁矿金刚砂,它是一种集合晶体,硬度较低.在上述三种天然刚玉中,第一种主要用于首饰,而后二种可以作为磨料,用来制造砂轮、油石、砂纸、砂布或微粉、研磨膏等.3．石榴石石榴石的晶形较好,显微硬度为13.33Gpa.属于石榴石的矿物种类很多,但适合于作磨料的仅有铁铝石榴石一种,其矿物组成这：3FeO.Al2O3.3SiO2,含量不低于85~90%.4.石英石英的化学成份为SiO2,常夹杂有Al2O3、Fe2O3、 CaO MgO Fe2O3等.显微硬度为8.04 Gpa,可用作磨料的石英矿有脉石英、石英岩及石英砂等.随着科学技术的发展,人造磨料的品种已达几十种之多,天然磨料由于自身的缺陷,已被越来越多的人造磨料所取代,目前除了天然金刚石、石榴石外,其它种类的天然磨料用量甚微.二、人造磨料人造磨料分刚玉系列、碳化物系列、超硬系列等几大类.现将各类磨料的简要制造方法、特性及磨削对象分别叙述如下.1．刚玉系列人造磨料属于刚玉系的人造磨料有棕刚玉、白刚玉、锆刚玉、微晶刚玉、单晶刚玉、铬刚玉、镨钕刚玉、黑刚玉及矾土烧结刚玉等.（1）棕刚玉（A）棕刚玉是以铝矾土、无烟煤和铁屑为原料,在电弧炉内经高温冶炼而成.在冶炼过程中,无烟煤中的碳将矾土中的氧化硅、氧化铁和氧化钛等杂质还原成金属,为些金属结合在一起成为铁合金,由于其比重较刚玉熔液大而沉降至炉底与刚玉熔液分离.仅有少量的杂质夹杂在刚玉熔快中.棕刚玉的主要矿物成份为物理刚玉,三方晶系,少量的矿物杂质有：硅酸钙、钙斜长石、富铝红柱石（又称莫来石）、钛化物、玻璃体及少量铁合金等.棕刚玉的抗破碎能力较强,抗氧化、抗腐蚀,具有良好的化学稳定性,是一种用途广泛的磨料.适用于磨削抗张强度高的金属材料,如普通碳素钢、硬青铜、合金钢的细磨和精磨,磨加工螺纹和齿轮等,白刚玉还可用于精密铸造及高级耐火材料.（3）铬刚玉（PA）铬刚玉中由于引入Cr3+改善了磨料的韧性,其韧性较白刚玉高,而硬度与白刚玉相近,用于加工韧性较大的材料时,其加工效率比白刚玉高,并且工件表面的光洁度也较好,铬刚玉适应于加工韧性高的淬火钢、合金钢、精密量具及仪表零件等光洁度要求较高的工件.（4）微晶刚玉（MA）微晶刚玉所采用的原材料及冶炼方法与棕刚玉基本相同,在停炉后立即把熔液通过流放或倾倒的方法倒入枝模子内急速冷却（一般在30分钏以内）,因而得到微细结晶的集合体.微晶刚玉在冶炼过程中,杂质的还原程度较差,Al2O3含量为94~96%,晶体尺寸一般在80~300微米,晶体占57~85%,最大晶体尺寸不超过400~600微米.它具有强度高,韧性较大的特点.适用于重负荷磨削,可以磨削不锈钢、碳素钢、轴承钢以及特种球墨铸铁等材料,由于磨粒在磨削过程中呈微刃破碎状态,也被用于精密磨削甚至镜面磨削.（5）单晶刚玉（SA）单晶刚玉是以矾土、无烟煤、铁屑和黄铁矿为原材料,在电弧炉内共熔,矾土中的氧化铁、二氧化硅和氧化钛先后被还原并组成铁合金从熔液中沉降至炉底.一小部分氧化铝与碳、硫化亚铁起复分解反应,生成少量的硫化铝填充在单晶颗粒之间,当熔块冷却后放入水中时,硫化铝被溶解,而被硫化铝隔开的单晶刚玉即可分散开成为自然粒度的磨料.单晶刚玉呈灰白色,其颗粒形状多为等积形,晶体内不含杂质,具有多棱角的切削刃,在同样的磨削力作用下,所形成的力矩小于其它磨料,因此它不易折碎,机械强度较高,单颗粒抗压强度为22~38kg,而棕刚玉仅为10~20kg.单晶刚玉由于有较高的硬度和韧性,所以切削能力较强,可用来加工工具钢、合金钢、不锈钢、高钡钢等韧性大、硬度高的难磨材料.(6)锆刚玉（ZA）锆刚玉是以铝氧粉和锆英石为原料,在电弧炉内经高温冶炼而成,整个过程基本上是一个熔化再结晶的过程.它是一种由α——Al2O3,与ZrO2组成的共晶集合体,在冶炼过程中应尽可能使两种结晶相互交错构成微晶型晶体.锆刚玉适用于高速重负荷磨削,可荒磨铸铁、铸钢、合金钢和高速钢等,特别适合于钛合金、耐热合金、高钒钢、不锈钢的磨加工.（7）镨钕刚玉（NA）镨钕刚玉的制造工艺与白刚玉相似,其差异是在冶炼过程中加入约0.175%的镨钕富集物（氧化镨、氧化钕、氧化镧）.大量的磨削试验证明其磨削性能优于白刚玉,适用磨削不锈钢、高速钢、球磨铸铁、高锰铸钢及某些耐热合金等.（8）黑刚玉（BA）黑刚玉的冶炼方法与棕刚玉相同,是以三水铝矾土为原料,加少量还原剂,经溶炼而成,其耗电量约为棕刚玉的三分之二.呈黑色,主要化学成分：Al2O3不低于77%,SiO2含量为10~12%,Fe2O3含量为7~10%,TiO2约为3%,比重不小于3.61.黑刚玉具有很好的自锐性,磨削时发热量少,加工件的光洁度较好,适用于零件电镀前底面抛光,铝制品和不锈钢的抛光,也可用于抛光光学玻璃、加工木材等.由于它的亲水性好,可用在制造砂纸、砂布和树脂磨具,还可以作研磨膏和抛光粉.黑刚玉由于铁含量高,因而不宜用于制造陶瓷磨具.（9）矾土烧结刚玉矾土烧结刚玉是唯一不用电炉冶炼的刚玉,它是用优质熟矾土（Al2O3含量85%以上）经湿法球磨至3微米的微粒料浆（球磨时应加粘结剂）,再经压滤成型为各种几何形状的磨粒,在1500℃下烧结.矾土烧结刚玉的主要化学成份是：Al2O3（85~88%）、SiO2（3~4%）、TiO2（3.5~4.5%）、Fe2O3（5.6~6.5%）.它具有α——Al2O3微晶结构,韧性高,可承受较大的磨削压力而不至于破碎,并能切削较厚的金属层,横向进给可高达6mm以上.磨料的形状可制成各种柱形体,这是所有磨料中唯一的特例,适用于重负荷荒磨.2．碳化物系列人造磨料（1）碳化桂碳化硅是以石英、石油焦炭为主料,水粉、食盐为辅料按一定比例混匀后装入电阻炉内,通过高温冶炼而制成的人造磨料.碳化硅分黑绿两种：黑碳化硅呈黑色或蓝黑色,绿碳化硅呈绿色或蓝绿色.在制造过程中,生产绿色碳化硅的特点在于采用较纯的原材料,炉料中加入食盐,它可促进产品呈绿色.绿色碳化硅的纯度要高于黑色碳化硅.碳化硅不与任何酸起反应,但碱性氧化物的熔体能促使碳化硅的分解.黑色碳化硅与刚玉系人造磨料相比,硬度较高、脆性较大,适用于加工抗张强度较低的金属及非金属材料,如灰铸铁、黄铜、铅等有色金属,以及陶瓷、玻璃厂料等硬质脆性材料.绿色碳化硅与黑色碳化硅相比,其纯度、硬度、脆性稍大,适用于加工硬而脆的材料,如硬质合金、玻璃、玛瑙等,也广泛用于量具、刃具、模具的精磨及飞机、汽车、船舶等发动机气缸的珩磨.随着工业的发展和科学技术的进步,碳化硅的非磨削用途在不断扩大,在耐炎材料方面用于制作各种高级耐炎制品,如垫板、出铁槽、坩锅熔池等；在冶金工业上作为炼钢脱氧剂,可以节电,缩短冶炼时间,改善操作环境；在电气工业方面利用碳化硅导电、导热及抗氧化性来制造发热元件——硅碳棒.碳化硅的烧结制品可作固定电阻器,在工程上还可作防滑防腐蚀剂.碳化硅与环氧树脂混合可涂在耐酸容器中、蜗轮机叶片上起防腐耐磨作用.（2）铈碳化硅（CC）铈碳化硅是在碳化硅的炉料内不加食盐而添加微量的氧化铈（CeO2）冶炼出来的,其外观和绿碳化硅相似,显微硬度为36.29Gpa.与绿碳化硅相比,其铈碳化硅的显微硬度、单颗粒抗压强度、韧性等均比绿碳化硅高.由于铈碳化硅的物理性能有所改弯,因此,其磨削效果也得到了一定的改善.试验证明磨钛合金时,铈碳化硅与绿碳化硅相比,切削效率提高近一倍,并且火花较小；磨铸铁时,当进刀量为0.01mm时,铈碳化硅的耐用度比绿碳化硅砂轮提高18.9%,磨削比提高9.6%,当进刀量为0.02mm时,其耐用度提高27.4%,磨削比提高74.1%.由此可见,用铈碳化硅磨削铸铁进刀量时,其效果比绿碳化硅提高的更显著.磨硬质合金的效果与绿碳化硅相近,磨削CO5Si M5Al 5F-6等难磨高速钢,其效果与单晶刚玉相似.（3）碳化硼（BC）碳化硼（B4C）是以硼酸（H3BO3）和炭素材料为原料,在电弧炉内经1700~2300℃的高温冶炼,由碳直接还原熔融的硼酐（B2O3）而制得.碳化硼是一种具有金属光泽的灰黑色粉末,是一种超硬材料.在空气中加热至500℃时,碳化硼开始氧化当温度达到800~900℃时,其氧化作用更为显著.碳化硼曾用来代替金刚石研磨硬质合金刀具.其烧结制品可以代替金刚石作为砂轮的修整工具,适用于精磨碳钨合金、碳钛合金、烧结刚玉、人造宝石和特殊陶瓷等硬质材料制品.（4）碳硅硼碳硅硼是以硼酸、石英砂、石墨为原料,在电弧炉内经高温冶炼而成,呈灰黑色,其硬度次于氮化硼高于碳化硼,脆性大,适用于硬质合金、半导师体、人造宝石和特殊陶瓷等硬质材料的加工.3．超硬系列人造磨料（1）金刚石（JR）金刚石是以石黑为原料,以某些金属或合金为触媒,在高温（1000~2000℃）、高压（557~608Mpa）下,使石墨结构转变为金刚石结构而成.金刚石是已知的最硬物质,具有较高的抗压强度、良好的导热性、化学稳定性、耐磨性,以及较强的切削能力.金刚石可分为JR1、JR2、JR3、JR4、JR5五个牌号,其特点和用途如下：1．JR1型：晶体多为针片状,晶面粗糙,用于制造树脂结合剂金刚石磨具,主要用于硬质合金、陶瓷、玻璃及难磨材料的精磨工序,加工效果好,表面光漫无边际度高,有时也用于半精磨,但不适于重负荷磨削.2．JR2型：晶体大部分为等积形,适于制造金属结合剂及陶瓷结合剂金刚石磨具.它可承受较大的负荷,用于粗磨、半精磨硬质合金及非金属材料,也可切割光学玻璃、宝石、高硬岩石等.3．JR3型：晶体较完整,晶面光滑,抗压强度高,用于制造金属结合剂地质钻头、修整工具和切割工具等.4．JR4型：晶体完整,抗压强度高于JR3,用于制造地质钻头、修整工具和切割工具等.5．JR5型：颗粒为浅黄或淡黄绿色,多为透明无杂质的完整八面晶体,强度高,适于制造切割锯片,钻头及修整工具等,用于加工硬脆非金属材料.（2）立方氮化硼立方氮化硼是以六方氮化硼为原料,减金属或碱土金属或它们的氮化物作触媒,在高压高温下转变为立方晶体的氮化硼.这一转变与石墨转变为金刚石相似.立方氮化硼是一种新型的超硬磨料,其硬度仅次于金刚石,而热稳定性、化学稳定性均优于金刚石,特别是对铁族金属的化学惰性好,不易与钢材起反应,磨既硬又韧的钢材时具有独特的优点,耐磨性比普通磨料高30~40倍,在加工高速钢、合金钢、耐热钢时,其工作能力在大超过金刚石磨具的工作能力.亦可作为磨加工硬质合金及非金属材料使用.。

金刚石刻蚀方法范文

金刚石刻蚀方法范文
金刚石刻蚀是一种先进的加工技术，它利用金刚石的硬度和耐腐蚀性来蚀刻材料表面，实现高精度和高效率的加工。

金刚石刻蚀主要用于加工陶瓷、玻璃、硅晶片等硬脆材料，广泛应用于光学、电子、航空航天等领域。

下面将详细介绍金刚石刻蚀的原理、方法和应用。

金刚石是目前已知最硬的材料之一，其硬度可达到10，而硬度最高的矿物石英仅为7、金刚石刻蚀的原理是利用金刚石的硬度将其与被加工材料产生物理摩擦，通过磨削作用去除材料表面的微小颗粒，从而实现刻蚀加工的目的。

1.机械刻蚀法
机械刻蚀法是通过将金刚石刀具与被加工材料表面进行摩擦磨削，使被加工材料的微小颗粒脱落，从而实现加工的目的。

在机械刻蚀中，金刚石刀具的粒度和形状选择非常重要。

一般来说，颗粒度越小、结晶度越高的金刚石刀具，切削效果越好，切削深度则由金刚石刀具的净切削厚度决定。

常见的机械刻蚀设备有金刚石椭圆剖切机、金刚石拉锯机等。

2.化学刻蚀法
化学刻蚀法是通过将含有腐蚀剂的溶液与被加工材料接触，使腐蚀剂与材料发生化学反应，从而刻蚀掉材料的表面。

在金刚石刻蚀中，常用的化学刻蚀方法有氧化铁刻蚀、氮化钪刻蚀等。

化学刻蚀具有加工速度快、加工精度高的特点，但需要严格控制刻蚀液的成分和浓度，以及加工过程中的温度和浸泡时间。

1.光学加工
2.电子加工
3.航空航天加工
总结
金刚石刻蚀是一种先进的加工技术，利用金刚石的硬度和耐腐蚀性实现高精度和高效率的加工。

金刚石刻蚀方法包括机械刻蚀和化学刻蚀，应用于光学、电子、航空航天等领域。

金刚石刻蚀的发展将进一步推动材料加工工艺的进步和应用领域的拓展。