高精度陶瓷球高效低损伤全球面包络磁流变抛光加工研究
发布时间：2021-11-29 01:38
高精度陶瓷球轴承是高端机床、高速列车、风电机组等重大装备的关键基础元件,由于其需在高温高压、高速重载及有腐蚀的条件下工作,陶瓷球表面层的任何缺陷都可能影响轴承的使用性能和寿命。为适应恶劣的工作环境,要求加工后的陶瓷球具有纳米级的表面粗糙度和亚微米级的球形误差,并且加工表面不出现微裂纹、划擦伤痕、微观组织变化以及残余应力等。由于目前我国相关加工及装备技术尚未完全解决陶瓷球抛光效率低、表面完整性差的难题,高精度陶瓷球的制造成本一直居高不下。本文在分析比较国内外高精度球的抛光方法和磁流变抛光技术的基础上,提出一种高精度陶瓷球高效低损伤全球面包络磁流变抛光方法。通过构造三维结构的磁流变抛光垫,实现一种抛光力可控的全球面包络磁流变抛光球体模式,有效提高抛光加工效率和球体表面完整性。本文围绕全球面包络磁流变柔性可控化成球机理和材料塑性域去除机理展开研究,分析了加工过程中的磁流变抛光垫动态微观结构变化规律和抛光力阈值、磨粒运动轨迹及其切深等参数对抛光效果的影响规律,揭示了陶瓷球的几何精度变化机制和材料微观去除机制,建立了基于柔性可控加工过程的陶瓷球高效低损伤加工策略和磁流变抛光加工陶瓷球实验平台,优...
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３?ａ相晶胞［１７】??Ｆｉｇ．?１－２?Ｏｕｔｌｉｎｅ?ｏｆ?ＳｉｓＮ４?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｆｉｇ．?１－３?ａ－ＳｂｌＳＵ?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ??
Ｆｉｇ．?１－４?ｐ－ＳｂＮ４?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ?Ｆｉｇ．?１－５?ｙ－Ｓｉ．５Ｎ４?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ??图１－６所示为氮化硅晶体三维结构图，其中蓝色圆球是氮原子，灰色圆球是硅??原子。利用反应烧结法得到的氮化硅密度在１．８？２．７ｇ／ｃｍ３区间内，而利用热压法得??到的材料密度在３．１２？３．２２ｇ／ｃｍ３区间内。检测其莫氏硬度在９？９．５之间，维氏硬度??为２２００，检测得到的显微硬度是丨８Ｇｐａ，弹性模量为２８４？４６０Ｇｐａ。一般情况下氮??化硅不溶于水，但是可以和氢氟酸相溶｜２Ｑ１。??六方?ａ－ＳｂＮｉ?六方?Ｐ－ＳｂＮ４?、＇／：方?Ｙ－ＳｂＮ＜ｉ??图１－６氮化娃晶体的三维结构图??Ｆｉｇ．?１－６?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｓｉｌｉｃｏｎ?ｎｉｔｒｉｄｅ?ｃｒ＞?ｓｌａｌ??人们发现，通过让稀土元素固溶在氮化硅陶瓷中，控制ａ相和ｐ相含量，可以??使氮化硅陶瓷获得高硬度和断裂韧性［２１１。晶界相特征对氮化硅陶瓷的物理性能（热??导率，热膨胀系数）和力学性能（硬度，强度，軔性）有一定影响。通过在材料中??添加Ｌｕ，?Ｌａ，Ｇｄ，?Ｅｒ等多元稀土结合ＭｇＯ或ＳｒＯ，并进行多元掺杂氮化硅基陶瓷球??材料的原子尺度理论研究
加工工艺的适应性、稳定性及一致性仍然存在很多问题。??１．２．２氮化硅陶瓷球的制备过程??氮化硅陶瓷球制备过程如图１－７所示。经粉体制备、配料、混合和造粒、烧结??成型、研磨、抛光等加工过程获得陶瓷球成品。由于氮化硅是一种强共价键化合物，??一般采取液相烧结。液相烧结是指在初始粉体里存在低熔点成分或者发生反应形成??液相，促进材料烧结致密。在氮化硅初始粉体中，一般添加烧结助剂，在高温烧结??时，烧结助剂与氮化硅表面的ＳｉｘＯｙ反应，生成液相；液相流动，产生颗粒滑移、??旋转和重排，快速致密形成陶瓷样品１１２］。??「??ＨＩＰ??，??Ｉ??Ｉ??Ｉ???Ｉ?「■■■??「■??＂｜???????—??ｒ．?ｋ?成，ｎ?—？?？热?＊？；：靜丨丨‘：ｆ且研??＿＿，?．?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单转盘变曲率沟槽研磨方法的球体加工试验研究[J]. 郭伟刚,袁巨龙,项震,周芬芬,吕冰海,赵萍. 表面技术. 2018(07)
[2]磁流变抛光技术发展[J]. 沙树静,胡锦飞,张和权. 机械工程师. 2018(07)
[3]用于蓝宝石材料加工的新型超精密抛光技术及复合抛光技术研究进展[J]. 胡扬轩,邓朝晖,万林林,李敏. 材料导报. 2018(09)
[4]多孔质气体静压径向轴承的Fluent仿真与实验研究[J]. 张卫艳,林彬,张晓峰. 润滑与密封. 2018(03)
[5]集群磁流变抛光参数对亚表面损伤深度的影响[J]. 肖强,陈刚. 光子学报. 2018(01)
[6]动磁场磁流变效应抛光垫抛光力特性试验研究[J]. 潘继生,于鹏,阎秋生. 机械工程学报. 2018(06)
[7]氮化硅陶瓷球材料性能参数测试及其相关性分析研究[J]. 周芬芬,袁巨龙,赵萍,李帆,彭岩,郑斌. 机电工程. 2016(06)
[8]氮化硅陶瓷球面磨削亚表面损伤研究[J]. 万林林,邓朝晖,李声超,刘志坚. 中国陶瓷. 2016(05)
[9]一种快速检测单晶硅亚表面损伤层厚度的方法[J]. 徐乐,郭剑,余丙军,钱林茂. 机械工程学报. 2016(11)
[10]导电Si3N4基复相陶瓷研究进展[J]. 郭伟明,古尚贤,苏国康,李景曦,林华泰,伍尚华. 现代技术陶瓷. 2016(02)
博士论文
[1]大抛光模磁流变超光滑平面抛光技术研究[D]. 王永强.湖南大学 2016
[2]含三元烧结助剂氮化硅陶瓷的制备、微观结构及性能研究[D]. 蒋强国.广东工业大学 2015
[3]单晶SiC基片超精密磨粒加工机理研究[D]. 潘继生.广东工业大学 2015
[4]电磁流变协同效应微磨头加工机理研究[D]. 路家斌.广东工业大学 2011
[5]磁流变弹性体的研制及其力学行为的表征[D]. 陈琳.中国科学技术大学 2009
[6]超声波磁流变复合抛光关键技术研究[D]. 王慧军.哈尔滨工业大学 2007
[7]稀土添加剂的类型对α-sialon陶瓷组织与性能的影响[D]. 刘春凤.哈尔滨工业大学 2007
[8]基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷自动检测技术研究[D]. 杨铁滨.哈尔滨工业大学 2007
[9]陶瓷球双转盘研磨方式及成球机理的研究[D]. 吕冰海.哈尔滨工业大学 2007
[10]确定性磁流变抛光的关键技术研究[D]. 彭小强.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]钛酸锶电瓷基片动态磁场磁流变抛光研究[D]. 于鹏.广东工业大学 2017
[2]高精度陶瓷球的性能评价方法及其应用研究[D]. 陈微.浙江工业大学 2015
[3]高精度陶瓷球材料性能及加工表面质量评价方法的研究[D]. 彭岩.浙江工业大学 2013
[4]SiC晶片精密研磨工艺及其表面损伤研究[D]. 李伟.广东工业大学 2013
[5]磁流变超声波复合抛光陶瓷滚子技术的研究[D]. 郭士军.河南科技大学 2012
[6]保形光学头罩磨削抛光设备研制及其磁流变抛光基础研究[D]. 袁征.国防科学技术大学 2008
[7]硬质材料精密球的高效研磨技术研究[D]. 许秦.浙江工业大学 2008
[8]精密陶瓷球双自转研磨方式下表面质量的研究[D]. 黄建平.浙江工业大学 2008
[9]超声波磁流变复合抛光实验装置研制及工艺研究[D]. 陈亚春.哈尔滨工业大学 2007
[10]船舶柴油机缸套材料磨合磨损表面质量综合评价方法的研究[D]. 何鸿.大连海事大学 2007
本文编号：3525578
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３?ａ相晶胞［１７】??Ｆｉｇ．?１－２?Ｏｕｔｌｉｎｅ?ｏｆ?ＳｉｓＮ４?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｆｉｇ．?１－３?ａ－ＳｂｌＳＵ?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ??
Ｆｉｇ．?１－４?ｐ－ＳｂＮ４?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ?Ｆｉｇ．?１－５?ｙ－Ｓｉ．５Ｎ４?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ??图１－６所示为氮化硅晶体三维结构图，其中蓝色圆球是氮原子，灰色圆球是硅??原子。利用反应烧结法得到的氮化硅密度在１．８？２．７ｇ／ｃｍ３区间内，而利用热压法得??到的材料密度在３．１２？３．２２ｇ／ｃｍ３区间内。检测其莫氏硬度在９？９．５之间，维氏硬度??为２２００，检测得到的显微硬度是丨８Ｇｐａ，弹性模量为２８４？４６０Ｇｐａ。一般情况下氮??化硅不溶于水，但是可以和氢氟酸相溶｜２Ｑ１。??六方?ａ－ＳｂＮｉ?六方?Ｐ－ＳｂＮ４?、＇／：方?Ｙ－ＳｂＮ＜ｉ??图１－６氮化娃晶体的三维结构图??Ｆｉｇ．?１－６?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｓｉｌｉｃｏｎ?ｎｉｔｒｉｄｅ?ｃｒ＞?ｓｌａｌ??人们发现，通过让稀土元素固溶在氮化硅陶瓷中，控制ａ相和ｐ相含量，可以??使氮化硅陶瓷获得高硬度和断裂韧性［２１１。晶界相特征对氮化硅陶瓷的物理性能（热??导率，热膨胀系数）和力学性能（硬度，强度，軔性）有一定影响。通过在材料中??添加Ｌｕ，?Ｌａ，Ｇｄ，?Ｅｒ等多元稀土结合ＭｇＯ或ＳｒＯ，并进行多元掺杂氮化硅基陶瓷球??材料的原子尺度理论研究
加工工艺的适应性、稳定性及一致性仍然存在很多问题。??１．２．２氮化硅陶瓷球的制备过程??氮化硅陶瓷球制备过程如图１－７所示。经粉体制备、配料、混合和造粒、烧结??成型、研磨、抛光等加工过程获得陶瓷球成品。由于氮化硅是一种强共价键化合物，??一般采取液相烧结。液相烧结是指在初始粉体里存在低熔点成分或者发生反应形成??液相，促进材料烧结致密。在氮化硅初始粉体中，一般添加烧结助剂，在高温烧结??时，烧结助剂与氮化硅表面的ＳｉｘＯｙ反应，生成液相；液相流动，产生颗粒滑移、??旋转和重排，快速致密形成陶瓷样品１１２］。??「??ＨＩＰ??，??Ｉ??Ｉ??Ｉ???Ｉ?「■■■??「■??＂｜???????—??ｒ．?ｋ?成，ｎ?—？?？热?＊？；：靜丨丨‘：ｆ且研??＿＿，?．?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单转盘变曲率沟槽研磨方法的球体加工试验研究[J]. 郭伟刚,袁巨龙,项震,周芬芬,吕冰海,赵萍. 表面技术. 2018(07)
[2]磁流变抛光技术发展[J]. 沙树静,胡锦飞,张和权. 机械工程师. 2018(07)
[3]用于蓝宝石材料加工的新型超精密抛光技术及复合抛光技术研究进展[J]. 胡扬轩,邓朝晖,万林林,李敏. 材料导报. 2018(09)
[4]多孔质气体静压径向轴承的Fluent仿真与实验研究[J]. 张卫艳,林彬,张晓峰. 润滑与密封. 2018(03)
[5]集群磁流变抛光参数对亚表面损伤深度的影响[J]. 肖强,陈刚. 光子学报. 2018(01)
[6]动磁场磁流变效应抛光垫抛光力特性试验研究[J]. 潘继生,于鹏,阎秋生. 机械工程学报. 2018(06)
[7]氮化硅陶瓷球材料性能参数测试及其相关性分析研究[J]. 周芬芬,袁巨龙,赵萍,李帆,彭岩,郑斌. 机电工程. 2016(06)
[8]氮化硅陶瓷球面磨削亚表面损伤研究[J]. 万林林,邓朝晖,李声超,刘志坚. 中国陶瓷. 2016(05)
[9]一种快速检测单晶硅亚表面损伤层厚度的方法[J]. 徐乐,郭剑,余丙军,钱林茂. 机械工程学报. 2016(11)
[10]导电Si3N4基复相陶瓷研究进展[J]. 郭伟明,古尚贤,苏国康,李景曦,林华泰,伍尚华. 现代技术陶瓷. 2016(02)
博士论文
[1]大抛光模磁流变超光滑平面抛光技术研究[D]. 王永强.湖南大学 2016
[2]含三元烧结助剂氮化硅陶瓷的制备、微观结构及性能研究[D]. 蒋强国.广东工业大学 2015
[3]单晶SiC基片超精密磨粒加工机理研究[D]. 潘继生.广东工业大学 2015
[4]电磁流变协同效应微磨头加工机理研究[D]. 路家斌.广东工业大学 2011
[5]磁流变弹性体的研制及其力学行为的表征[D]. 陈琳.中国科学技术大学 2009
[6]超声波磁流变复合抛光关键技术研究[D]. 王慧军.哈尔滨工业大学 2007
[7]稀土添加剂的类型对α-sialon陶瓷组织与性能的影响[D]. 刘春凤.哈尔滨工业大学 2007
[8]基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷自动检测技术研究[D]. 杨铁滨.哈尔滨工业大学 2007
[9]陶瓷球双转盘研磨方式及成球机理的研究[D]. 吕冰海.哈尔滨工业大学 2007
[10]确定性磁流变抛光的关键技术研究[D]. 彭小强.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]钛酸锶电瓷基片动态磁场磁流变抛光研究[D]. 于鹏.广东工业大学 2017
[2]高精度陶瓷球的性能评价方法及其应用研究[D]. 陈微.浙江工业大学 2015
[3]高精度陶瓷球材料性能及加工表面质量评价方法的研究[D]. 彭岩.浙江工业大学 2013
[4]SiC晶片精密研磨工艺及其表面损伤研究[D]. 李伟.广东工业大学 2013
[5]磁流变超声波复合抛光陶瓷滚子技术的研究[D]. 郭士军.河南科技大学 2012
[6]保形光学头罩磨削抛光设备研制及其磁流变抛光基础研究[D]. 袁征.国防科学技术大学 2008
[7]硬质材料精密球的高效研磨技术研究[D]. 许秦.浙江工业大学 2008
[8]精密陶瓷球双自转研磨方式下表面质量的研究[D]. 黄建平.浙江工业大学 2008
[9]超声波磁流变复合抛光实验装置研制及工艺研究[D]. 陈亚春.哈尔滨工业大学 2007
[10]船舶柴油机缸套材料磨合磨损表面质量综合评价方法的研究[D]. 何鸿.大连海事大学 2007
本文编号：3525578
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