微波烧结陶瓷结合剂金刚石砂轮的研究
发布时间：2021-06-29 12:18
论文结合微波烧结技术的特点,通过确定陶瓷结合剂金刚石砂轮材料的组分与配比、仿真分析微波烧结过程中的电磁场分布、改进微波烧结工艺参数等手段成功制备出具有良好综合力学性能的陶瓷结合剂金刚石砂轮材料,并对其力学性能、微观组织结构进行了研究。同时,设计了一套平面磨削用试验台,研究了不同径向压力、磨削速度以及磨削时间等工艺参数对金刚石砂轮节块的磨削比、硅片表面粗糙度以及表面形貌的影响,分析了金刚石砂轮节块的磨损机理。将试样置于高度为150mm的位置烧结时,过试样中心的三个截面的电磁场分布最均匀,电磁场强度梯度较小,有利于均匀加热以及烧结出性能最佳的陶瓷结合剂金刚石砂轮材料。当烧结温度为800℃,保温时间为30min时,金刚石砂轮节块力学性能最佳,洛氏硬度为62.9HRB,抗弯强度为50MPa,SEM图中陶瓷结合剂对金刚石磨粒的润湿包裹情况也最好,气孔数量与尺寸适当。研究了平面磨削工艺对硅片的表面粗糙度以及砂轮节块的磨削比的影响。结果表明,硅片的表面粗糙度值随径向压力的增大而逐渐减小,随磨削速度的增大而先减小后增大,随磨削时间的增大而先减小后趋于平稳。当径向压力为22N,磨削速度为200r/min...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
同轴整体
1绪论硕士学位论文4德国G＆N公司[20]研发了一种伸缩式组合砂轮结构，其中粗磨块的排列与齿轮排列相似，如图1.2所示，精粗磨的切换是通过砂轮块的伸缩来实现的。图1.2伸缩式组合结构砂轮郑州磨料磨具磨削研究所的李克华团队[21]研究制备出精密磨削硅片用金刚石砂轮的树脂结合剂，改变了其原有的合成方式，使结合剂磨损的速度与金刚石磨粒脱落的速度相近。用这种树脂结合剂研制的金刚石砂轮磨削硅片，硅片的表面去除率达到10.236mm3/s，表面粗糙度Ra为5.122nm。虽然金刚石砂轮磨削技术得到了极大的发展，但在其研究领域还有一些不足之处，例如砂轮基体材料及制造技术的开发、设计及其优化，以及砂轮新型粘结剂，特别是适用于制造微细磨料磨具的粘结剂的研究[22]。关于砂轮制备方面的研究主要集中在砂轮结合剂的组分配方研究、新型砂轮结构研究以及通过磨削试验来评价砂轮的磨削性能，砂轮烧结方式这方面的内容较少，而国外的研究和技术成果大多都有专利保护。此外，具有新型组合结构的砂轮虽然在磨削效率、加工精度等方面有很大的优势，但是他们的结构大多都比较复杂，制造比较困难，故制造成本也比较高。1.2.1超硬材料砂轮的研究现状超硬材料砂轮是以人造金刚石或CBN为主磨料，以SiC或刚玉为辅助磨料，再利用结合剂的粘合作用以及其他辅助材料，在一定的条件下制成的具有一定的形状、性能和用途的产品，是应用最为广泛的超硬材料工具。金刚石、CBN与其他磨料相比，有许多优异的性能，如表1-1所示。与普通磨料相比，金刚石与CBN磨料的磨粒强度、硬度、耐用度、导热率都较高，且磨削温度与膨胀系数都比较小，使用寿命也较长。因此用金刚石或CBN制成的磨具比普通磨料制成的磨具的磨削性能高得多[23]，而且它们的磨粒磨削刃很尖锐，磨?
硕士学位论文微波烧结陶瓷结合剂金刚石砂轮的研究7更容易脱落，不利于延长砂轮寿命。（a）位于结合剂中的气孔（b）位于磨粒之间的气孔图1.3磨具中气孔的分布陶瓷结合剂金刚石砂轮与其他两种金刚石砂轮相比有较高的磨削精度与磨削效率，但是砂轮寿命一直是软肋所在。这是由于陶瓷结合剂是一种脆性材料，磨削过程中对金刚石磨粒的把持能力会很快降低，金刚石磨粒会很快脱落。近年来，延长陶瓷结合剂金刚石砂轮的使用寿命，提高磨削质量一直是该领域的研究热点[23]。刘小磬等[31]研究了陶瓷结合剂中Na2O的含量对耐火度、抗弯强度以及膨胀系数的影响，实验结果表明：耐火度随Na2O含量的增加而降低，膨胀系数随Na2O含量的增加而增大，在一定范围内，随Na2O含量的增加，抗弯强度提高，Na2O/（Al2O3+B2O3）的摩尔比为0.5时，抗弯强度能达到70MPa。赵玉成等[32]以Li2O-Al2O3-SiO2-B2O3体系作为基础玻璃，通过添加不同的原料制备出两种结合剂（V1和V2），研究了砂轮的抗弯强度与烧结温度、结合剂引入量两者的变化关系，并分别用这两种结合剂制作出砂轮样品进行磨削试验。实验结果表明：V1为玻璃结合剂，V2为微晶玻璃结合剂，采用V1制成的金刚石砂轮比采用V2结合剂制成的金刚石砂轮性能更佳，可用于PCD/PCBN复合片的粗磨加工。陈强等[33]研究了MgO/SiO2摩尔比的大小对Na-B-Al-Si-O系陶瓷结合剂的性能的影响。研究表明：当MgO/SiO2的摩尔比由0.09增加到0.35时，结合剂的耐火度从800℃降低到725℃，而结合剂的膨胀系数呈现先减小后增大的趋势，用此结合剂制备的砂轮试样的抗弯强度最高可达到95MPa，且寿命是市售砂轮的1.25倍。郜永娟等[34]研究了陶瓷金刚石砂轮的物理性能及磨削性能与硼酸铝晶须与铝粉添加量
【参考文献】：
期刊论文
[1]可拆卸电镀金刚石砂轮结构设计[J]. 于爱兵,吴磊,洪鑫,何源,吴毛朝,陈秋洁. 机械设计与研究. 2018(02)
[2]硅片低损伤磨削砂轮及其磨削性能[J]. 王紫光,高尚,朱祥龙,董志刚,康仁科. 光学精密工程. 2017(10)
[3]不同添加剂对陶瓷金刚石砂轮性能的影响[J]. 郜永娟,李克华,苏鸿良,刘权威,史林峰,韩雪,赵秀香. 超硬材料工程. 2017(01)
[4]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)
[5]硅片精密磨削用砂轮的研究综述[J]. 任庆磊,魏昕,谢小柱,胡伟. 广东工业大学学报. 2016(02)
[6]热压烧结工艺参数对超硬磨料砂轮节块性能的影响[J]. 余剑武,文丞,黄帅,龙小兵,吴耀. 金刚石与磨料磨具工程. 2016(06)
[7]微波烧结金刚石-WC硬质合金复合材料研究[J]. 顾全超,彭金辉,许磊,夏仡,张利波. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2015(05)
[8]磨削工艺对晶片表面粗糙度的影响[J]. 张文斌,王仲康. 电子工业专用设备. 2015(03)
[9]MgO/SiO2摩尔比对金刚石砂轮用陶瓷结合剂性能的影响[J]. 陈强,轩敏杰,王恒,栗正新. 金刚石与磨料磨具工程. 2015(01)
[10]磨PCD刀具用陶瓷结合剂金刚石砂轮的研制[J]. 赵玉成,王明智,王蕾,王盼盼,李亮,胡志敏,孙秋晚,张贝贝. 金刚石与磨料磨具工程. 2014(06)
博士论文
[1]深孔钻探金刚石钻头用FeCoCu预合金粉的制备及性能研究[D]. 谢德龙.湖南大学 2016
[2]陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备及磨削性能研究[D]. 刘小磐.湖南大学 2012
硕士论文
[1]陶瓷结合剂金刚石磨具的组织结构调控[D]. 郑璐.燕山大学 2016
[2]金属基金刚石磨具节块微波烧结基础研究[D]. 黄帅.湖南大学 2016
[3]金刚石碟轮成型修整陶瓷结合剂CBN砂轮的试验研究[D]. 黄武.南京航空航天大学 2016
[4]微波烧结氧化铝基陶瓷刀具的研究[D]. 孙士帅.南京理工大学 2015
[5]金刚石砂轮用陶瓷结合剂制备以及结构与性能的研究[D]. 周琪.武汉理工大学 2014
[6]基于垂直扫描白光干涉测量法的砂轮磨粒测量及评定[D]. 周丽君.华侨大学 2013
[7]树脂基金刚石微粉砂轮修整及磨削性能实验研究[D]. 宋庆彬.湖南大学 2013
本文编号：3256431
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
同轴整体
1绪论硕士学位论文4德国G＆N公司[20]研发了一种伸缩式组合砂轮结构，其中粗磨块的排列与齿轮排列相似，如图1.2所示，精粗磨的切换是通过砂轮块的伸缩来实现的。图1.2伸缩式组合结构砂轮郑州磨料磨具磨削研究所的李克华团队[21]研究制备出精密磨削硅片用金刚石砂轮的树脂结合剂，改变了其原有的合成方式，使结合剂磨损的速度与金刚石磨粒脱落的速度相近。用这种树脂结合剂研制的金刚石砂轮磨削硅片，硅片的表面去除率达到10.236mm3/s，表面粗糙度Ra为5.122nm。虽然金刚石砂轮磨削技术得到了极大的发展，但在其研究领域还有一些不足之处，例如砂轮基体材料及制造技术的开发、设计及其优化，以及砂轮新型粘结剂，特别是适用于制造微细磨料磨具的粘结剂的研究[22]。关于砂轮制备方面的研究主要集中在砂轮结合剂的组分配方研究、新型砂轮结构研究以及通过磨削试验来评价砂轮的磨削性能，砂轮烧结方式这方面的内容较少，而国外的研究和技术成果大多都有专利保护。此外，具有新型组合结构的砂轮虽然在磨削效率、加工精度等方面有很大的优势，但是他们的结构大多都比较复杂，制造比较困难，故制造成本也比较高。1.2.1超硬材料砂轮的研究现状超硬材料砂轮是以人造金刚石或CBN为主磨料，以SiC或刚玉为辅助磨料，再利用结合剂的粘合作用以及其他辅助材料，在一定的条件下制成的具有一定的形状、性能和用途的产品，是应用最为广泛的超硬材料工具。金刚石、CBN与其他磨料相比，有许多优异的性能，如表1-1所示。与普通磨料相比，金刚石与CBN磨料的磨粒强度、硬度、耐用度、导热率都较高，且磨削温度与膨胀系数都比较小，使用寿命也较长。因此用金刚石或CBN制成的磨具比普通磨料制成的磨具的磨削性能高得多[23]，而且它们的磨粒磨削刃很尖锐，磨?
硕士学位论文微波烧结陶瓷结合剂金刚石砂轮的研究7更容易脱落，不利于延长砂轮寿命。（a）位于结合剂中的气孔（b）位于磨粒之间的气孔图1.3磨具中气孔的分布陶瓷结合剂金刚石砂轮与其他两种金刚石砂轮相比有较高的磨削精度与磨削效率，但是砂轮寿命一直是软肋所在。这是由于陶瓷结合剂是一种脆性材料，磨削过程中对金刚石磨粒的把持能力会很快降低，金刚石磨粒会很快脱落。近年来，延长陶瓷结合剂金刚石砂轮的使用寿命，提高磨削质量一直是该领域的研究热点[23]。刘小磬等[31]研究了陶瓷结合剂中Na2O的含量对耐火度、抗弯强度以及膨胀系数的影响，实验结果表明：耐火度随Na2O含量的增加而降低，膨胀系数随Na2O含量的增加而增大，在一定范围内，随Na2O含量的增加，抗弯强度提高，Na2O/（Al2O3+B2O3）的摩尔比为0.5时，抗弯强度能达到70MPa。赵玉成等[32]以Li2O-Al2O3-SiO2-B2O3体系作为基础玻璃，通过添加不同的原料制备出两种结合剂（V1和V2），研究了砂轮的抗弯强度与烧结温度、结合剂引入量两者的变化关系，并分别用这两种结合剂制作出砂轮样品进行磨削试验。实验结果表明：V1为玻璃结合剂，V2为微晶玻璃结合剂，采用V1制成的金刚石砂轮比采用V2结合剂制成的金刚石砂轮性能更佳，可用于PCD/PCBN复合片的粗磨加工。陈强等[33]研究了MgO/SiO2摩尔比的大小对Na-B-Al-Si-O系陶瓷结合剂的性能的影响。研究表明：当MgO/SiO2的摩尔比由0.09增加到0.35时，结合剂的耐火度从800℃降低到725℃，而结合剂的膨胀系数呈现先减小后增大的趋势，用此结合剂制备的砂轮试样的抗弯强度最高可达到95MPa，且寿命是市售砂轮的1.25倍。郜永娟等[34]研究了陶瓷金刚石砂轮的物理性能及磨削性能与硼酸铝晶须与铝粉添加量
【参考文献】：
期刊论文
[1]可拆卸电镀金刚石砂轮结构设计[J]. 于爱兵,吴磊,洪鑫,何源,吴毛朝,陈秋洁. 机械设计与研究. 2018(02)
[2]硅片低损伤磨削砂轮及其磨削性能[J]. 王紫光,高尚,朱祥龙,董志刚,康仁科. 光学精密工程. 2017(10)
[3]不同添加剂对陶瓷金刚石砂轮性能的影响[J]. 郜永娟,李克华,苏鸿良,刘权威,史林峰,韩雪,赵秀香. 超硬材料工程. 2017(01)
[4]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)
[5]硅片精密磨削用砂轮的研究综述[J]. 任庆磊,魏昕,谢小柱,胡伟. 广东工业大学学报. 2016(02)
[6]热压烧结工艺参数对超硬磨料砂轮节块性能的影响[J]. 余剑武,文丞,黄帅,龙小兵,吴耀. 金刚石与磨料磨具工程. 2016(06)
[7]微波烧结金刚石-WC硬质合金复合材料研究[J]. 顾全超,彭金辉,许磊,夏仡,张利波. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2015(05)
[8]磨削工艺对晶片表面粗糙度的影响[J]. 张文斌,王仲康. 电子工业专用设备. 2015(03)
[9]MgO/SiO2摩尔比对金刚石砂轮用陶瓷结合剂性能的影响[J]. 陈强,轩敏杰,王恒,栗正新. 金刚石与磨料磨具工程. 2015(01)
[10]磨PCD刀具用陶瓷结合剂金刚石砂轮的研制[J]. 赵玉成,王明智,王蕾,王盼盼,李亮,胡志敏,孙秋晚,张贝贝. 金刚石与磨料磨具工程. 2014(06)
博士论文
[1]深孔钻探金刚石钻头用FeCoCu预合金粉的制备及性能研究[D]. 谢德龙.湖南大学 2016
[2]陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备及磨削性能研究[D]. 刘小磐.湖南大学 2012
硕士论文
[1]陶瓷结合剂金刚石磨具的组织结构调控[D]. 郑璐.燕山大学 2016
[2]金属基金刚石磨具节块微波烧结基础研究[D]. 黄帅.湖南大学 2016
[3]金刚石碟轮成型修整陶瓷结合剂CBN砂轮的试验研究[D]. 黄武.南京航空航天大学 2016
[4]微波烧结氧化铝基陶瓷刀具的研究[D]. 孙士帅.南京理工大学 2015
[5]金刚石砂轮用陶瓷结合剂制备以及结构与性能的研究[D]. 周琪.武汉理工大学 2014
[6]基于垂直扫描白光干涉测量法的砂轮磨粒测量及评定[D]. 周丽君.华侨大学 2013
[7]树脂基金刚石微粉砂轮修整及磨削性能实验研究[D]. 宋庆彬.湖南大学 2013
本文编号：3256431
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