工業陶瓷的游離磨料研磨工藝

一、工業陶瓷實驗

工業陶瓷實驗在行星式硅片研磨機上進行。氧化鋁和鈦酸鋇的顯微硬度值分別為1507.44HV0.1和623.9HV0.1。試件厚度為2mm。研磨轉速為80、120、160、200(r/min)，拋光盤直徑為350mm，行星輪自轉速度為120r/min。工業陶瓷所用磨料為CW63、GCW28和W1.5金剛石微粉。研磨盤材料分別采用鑄鐵和絨布。磨削壓力為24.5N。在研磨前后，用超聲波清洗機清洗工業陶瓷工件并烘干，在萬分之一精度的精密天平上稱出工業陶瓷工件研磨重量，由此換算出工業陶瓷研磨體積(研磨量)。測量研磨前后工業陶瓷工件的表面粗糙度值，在掃描電鏡上觀察其研磨表面形貌。

二、工業陶瓷實驗結果與分析

1.研磨工藝對工業陶瓷磨削效果的影響

由圖1可見，對于兩種工業陶瓷工件材料，研磨量均隨著研磨時間的延長而呈線性增加。PTC的硬度不及Al2O3硬度的一半，Al2O3的研磨量遠小于PTC的研磨量，即PTC相對于Al2O3陶瓷是易于被切除的。

圖1研磨工藝參數與研磨量的關系

  
工業陶瓷隨著研磨轉速的提高，由于工件與磨盤上磨料的相對切削運動次數增加，研磨量也有所提高，磨料粒度則對研磨量有決定性的影響，磨料越粗，磨料滾動嵌入工件并切削的能力越強，對PTC和Al2O3均在使用CW63、200r/min時，工業陶瓷獲得最大切除量。對于硬度高、組織致密的Al2O3材料，磨料壓入工件、滾動破碎切削的能力低，研磨轉速和磨料粉粒度對切除量的影響程度，低于PTC。

工業陶瓷研磨時，磨料隨著磨削過程的沖擊作用，碾壓破碎成細小顆粒，磨削能力下降。不斷加入的磨料則有較好的切削作用，而破碎后的磨料則起到研磨拋光作用，兩者的有機結合在一定的研磨時間內達到平衡。因此，隨著工業陶瓷研磨時間的延長，工業陶瓷研磨表面粗糙度趨于平穩，達到可實現的最佳值(見圖2a)。

工業陶瓷研磨時間和轉速

b)磨料粒度圖2研磨工藝參數與表面粗糙度的關系

工業陶瓷研磨表面粗糙度主要與工件初始磨削表面質量、磨料粒度和磨料性質等有關。大顆粒的磨料會在工件表面產生較深的劃痕，如果磨料不易于被破碎，磨料產生的劃痕，不僅會導致工業陶瓷研磨表面粗糙度增大，而且會在工業陶瓷研磨表面產生表面微裂紋損傷層，既會影響工業陶瓷工件的使用性能，又會導致工業陶瓷工件在研磨過程和后續加工中產生破損。游離磨料研磨時磨料的切削運動是瞬時不規則的，工業陶瓷工件的受力不均勻和游離磨料的深度嵌入是導致工業陶瓷工件易碎的重要原因。

研磨材質較軟的PTC時，由于磨料劃痕的作用，使表面呈不規則的脆性斷裂，有時甚至會導致研磨后局部表面粗糙度比研磨前的要大，這些斷裂是PTC后續加工和包裝運輸時破碎的裂紋源。鑄鐵盤的研磨速度對磨削質量的影響不明顯(見圖2a)；磨料越細，磨削質量越好。Al2O3比PTC組織致密、硬度高，所以研磨表面粗糙度隨磨料粒度變細而下降的程度較小；PTC表面質量提高較快，而在實驗條件下最終達到的表面粗糙度低于Al2O3(見圖2b)。

從實驗結果(見圖3)來看，磨盤材料對加工表面粗糙度有明顯的影響。使用絨布時，由于絨布的彈性拋光作用，表面粗糙度明顯低于使用鑄鐵盤。隨著轉速的提高，表面粗糙度下降。

圖3磨盤材料與研磨表面粗糙度值的關系在采用金剛石磨料研磨時，由于金剛石磨粒嵌入纖維后，難以破碎，導致磨削質量下降。

2.工業陶瓷研磨表面形貌

工業陶瓷在SEM下觀察一組不同研磨條件下的PTC研磨表面形貌圖得知，采用鑄鐵盤低速研磨時，工業陶瓷工件表面的晶粒和晶界十分清晰，同時可見組織結構中的氣孔。工業陶瓷工件表面是由磨粒滾壓破碎而成的，表現為明顯的脆性斷裂形貌。部分晶粒產生穿晶斷裂，沒有明顯塑性變形特征。研磨速度對表面形貌即表面粗糙度的影響不明顯。

坦面殘留在工業陶瓷工件表面的斷裂裂紋使工件強度明顯下降。磨料變細時，工業陶瓷表面出現了一些平坦，晶界趨于模糊，即表面質量變好。工業陶瓷采用絨布研磨時，研磨表面顯現為若干條深淺方向不一的劃痕、氣孔和凹坑，存在不同方向上微切削作用下產生的淺溝槽、溝邊緣隆起及細長切屑現象。由于絨布的彈性拋光和對磨料的把持作用，研磨加工中的塑性切削明顯。隨著工業陶瓷磨料變細和研磨速度的提高，塑性流動槽變淺，表面趨于更加平坦。粉屑對填平工件凹坑也有一定作用。

實驗條件表明，采用鑄鐵盤難以獲得PTC平坦光滑表面。有時PTC需要后續涂銀電工序，凹凸晶體結構對于提高涂覆電極效果是十分有效的。研磨效果顯然與工件材料的晶體結構等有關。氧化鋁的研磨表面也出現凹坑和溝槽組合，但塑性變形不十分明顯。由于PTC的塑性變形比Al2O3強，因此，在實驗條件下最終也易達到較好的工業陶瓷表面質量。

三、工業陶瓷結論

1.以提高工業陶瓷研磨效率為目的，可采用鑄鐵盤對工業陶瓷工件進行研磨。工業陶瓷工件研磨表面表現為脆性斷裂。而以提高工業陶瓷表面質量為目的，應采用絨布盤等具有彈性的研磨盤，工件研磨表面表現為塑性溝槽、凹坑和磨平平面。

2.隨著工業陶瓷研磨轉速、磨削時間和磨粒粒度的增大，研磨量提高。磨削質量主要受到磨粒粒度的影響。

3.為了既提工業陶瓷高研磨效率，同時保證表面質量，減少游離磨料對工件脆性斷裂破壞，可采用固著磨料彈性研磨具進行研磨工業陶瓷。

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