工程陶瓷材料磨削加工技术研究

陶瓷材料的性能取决于晶体点阵结构。 陶瓷材料
的原子间结合力主要为离子键 、 共价键或离子共价混 合键。 不同陶瓷材料的共价键和离子键所占的比例不
同， 性能也有所差异。 共价键的主要特点是它的方向
的“ 第三代结构材料”在国防、 ， 航空航天 、 电子、 汽车
性 ， 晶体拥有较高的抗晶格畸变和阻碍位错运动发 使
究 的热 点［ ４ １ 。
热导率和质量轻等。
２ 磨 削加 工机 理
１ 工程 陶 瓷的特 性 【 】 ５ ＿ ７
磨削加工是 目前陶瓷材料 已有加工方法 中应用
陶瓷材料是典型的硬脆材料 ， 是指 由金属和非金 属元素的氧化物 、 碳化物 、 氨化物 、 硼化物、 硫化物 、 硅 化物及复合化合物所构成的材料。 工程陶瓷主要指可 最多的一种 ， 特别适用于加工平面及柱形工件， 所选 用的砂轮一般是金刚石砂轮 。 对金刚石砂轮磨削工程 陶瓷的磨削机理有不同ຫໍສະໝຸດ Baidu解释 ， 有学者采用瞬间微观
膨胀系数低 ， 导热率高， 更适合做高温结构材料。 陶瓷
材料结构决定了其具有其他材料所不具备的特殊性 能： 耐高温 、 高硬度 、 耐磨损 、 耐腐蚀 、 低膨胀系数 、 高
了其广泛应用 。 当前 ， 传统的加工方法 已经不能满 足现代科技的需要 ， 有关工程陶瓷精密超精密磨削加 工技术和材料表面成形技术 已成为当今世界各国研
《 陶瓷学报｝ ０ ２年第 １期 ２１
１１ ０
模 型近 似［等理 论对 工程 陶瓷材 料磨 削机理 进行 １ 】 １
解释。
精 度和 加工 质量 嘲 。 ３２ Ｅ Ｉ 削加 工 ． ＬＤ磨
对工程陶瓷材料磨削机理的解释还有很多 ， 但有
—
１９ 年 ， 本理化院 Ｈ ｔ ｈ Ｏ ｍ ｒ成功的开发 ９０ 日 ｉ ｓｉ ｈ ｏｉ ｏ 了Ｅ Ｉ ＬＤ新工艺 ， 采用微细磨粒铸铁纤维基金刚石砂 轮 ，采用普通机床在磨 削过程中进行砂轮的在线修 整， 实现了对硅片的镜面磨 削㈣。 后来 ，ｉ ｓｉ ｈ ｏｉ Ｈｔ ｈＯ ｍ ｒ ｏ 又对 Ｅ Ｉ ＬＤ进行了改进 ， 用几微米甚至亚微米的金刚
关键词 工程陶瓷 ； 磨削机理 ； 削方式 ； 面损伤 磨 表
中 图分 类 号 ：Ｑ１ ４７ 文 献标 识 码 ： Ｔ ７． ５ Ａ
氧、 、 、 碳 硅 硼等材料烧结而成的陶瓷材料。
０ 引 言
工程陶瓷具有硬度高 、 耐高温 、 耐磨损、 耐腐蚀以
及质 量轻 、 性 能好 等优 点 ， 导热 是继 金 属和 塑 料 之后
展的能力， 陶瓷呈现出较高的硬度和弹性模量 ； 使 离
子键晶体的方向性不明显 ， 主要表现为静 电作用力，
它是决定离子键陶瓷结构的主要因素。 主要由离子键 构成的陶瓷材料在静电作用下呈现出较高的强度 ， 且 强度受温度影响较大 ； 而主要由共价键构成的陶瓷材
料则受温度的影响不大 ， 所以共价键比例大的陶瓷热
第３ ３卷第 １ 期 ２ １ 年 ３月 ０２
《 陶瓷学报》
Ｊ ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＥＲＡＭ Ｉ ＣＳ
Ｖ０ ． ３ Ｎｏ １ １ ３ ． ． Ｍ ａ ． ０１ ｒ２ ２
文章 编 号 ：０ ０ ２ ７ （０ ２ ０ － １ ０ ０ １ ０— ２ ８２ １ ） １ ００ － ４
个共同点 ， 即塑性变形和脆性断裂是形成材料去除
的 主要 原 因 。 年随 着 科 学技 术 的进 步 ， 工机 理 研 近 加
究 已经深入到微观乃至纳观领域 ［。 ０２ ， １ ２０ 年 天津大 ２ １ 学林滨Ⅱ以陶瓷材料断裂力学 、 ３ １ 线性断裂力学和微观 断裂物理学为理论基础 ， 采用有限元分析方法 ， 系统 分析了磨Ｉ Ｉ工过程 中微裂纹 的产生机理及其影响 ＩＩ 因素 ， 建立 了裂纹分布模型 ， 确定 了材料脆性去 除和
等领域得到了广泛的应用［ 。 】 但是 ， 翻 工程陶瓷也存在 着某些缺陷 ， 主要表现为它 的脆性 大（ 易产生裂纹） 、
均匀性差 ， 韧性 、 强度不高 ， 可靠性低 ， 可加工性差等。 而工程陶瓷材料的应用需要 高表面完整性和尺寸精
度 而且其对加工表面层特性 的要求也非常苛刻。工 程陶瓷材料加工 占材料的总成本的 ５ ７ ％，高加 ０— ０ 工成本以及难以控测的加工表面损伤层 ， 极大地限制
塑性 去 除转换 的临 界条 件 。 助于 Ｓ Ｍ 技 术 ， 借 Ｐ 国外 学
石磨粒的铸铁基砂轮对单晶硅 ， 光学玻璃和陶瓷进行 ＥＩ ＬＤ磨削， 研究了磨粒尺寸与粗糙度的关系 ， Ｓ Ｍ、 用 Ｅ Ａ Ｍ 分析研究表面廓形获得 了高精度、 Ｆ 低表面粗糙
度的优 质表面 ， 可代替 研磨和抛 光 。 哈尔滨 工业大 学 采 用 Ｅ Ｉ 磨 削 技术 对 硬 质 合 金 、 ＬＤ 陶瓷 、 学 玻璃 等 光
工 程 陶瓷 材料磨 削加 工技 术研 究
邵 水 军 赵 波
（ 南理 工大 学机械 与动 力工程 学院 ， 南 焦作 ４４０ ） 河 河 ５００
摘 要
工程陶瓷材料具有优 良的物理 、 、 化学 力学性能 ， 在许多领域得 到广泛的应用 。目 ， 用金刚石工具（ 前 使 主要是砂轮 ） 的磨削加 工是工程陶瓷去除加工的基本途径 。 本文概述 了陶瓷材料磨削加工技术的进展 ， 磨削后 的陶瓷工件表面 损伤进行了分析。 并对
用于工程方面的具有高强度 、 高耐磨性 、耐高温 、 由
收稿 日 ：０１０—２ 期 ２１— ７２ 基金项 目： 河南理工大学青年基金（ 编号 ：２ ｌ一 ９ ） Ｑ Ｏ ｌ２Ａ
通讯联系人 ： 邵水军 ， － ｉ ｓａ＠＠ｈ ｕｅ ｕ ｎ Ｅ ｍａ ：ｈｏ ｌ ｐ． ． ｄｃ
变形和破碎累计嘲 压痕断裂力学模型近似阻 、 削 、 堋切
者对 超精 密加 工机 理进行 了研究 ： 国俄 亥俄 州立 大 美
学的 Ｂ ａ ｔ ｈｓａ 教授用 Ａ Ｍ 对单 晶硅的 （０ ） ｈｒ ｕｈｎ ａＢ Ｆ １０ 面在室温下进行微切削实验叫； 国布莱梅大学的 Ｅ 德 ．