CVD金刚石涂层工具研磨单晶蓝宝石研究

发布时间：2017-10-10 09:05

  本文关键词：CVD金刚石涂层工具研磨单晶蓝宝石研究

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【摘要】：蓝宝石(α-alumina,Al2O3)具有高硬度和强度、可见光与红外光谱的透明性、抗热冲击性能、电绝缘性等特性,被广泛应用于军事电子、航空航天、工业生活等领域。但是传统的蓝宝石研磨方法存在加工效率低问题,这严重影响了蓝宝石在各领域的应用。化学气相沉积(CVD)金刚石涂层工具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定和热导率,其优越的切削性能使其成为高效加工硬脆非金属材料的理想工具。针对蓝宝石研磨加工中存在的问题,本文提出采用热丝化学气相沉积(HFCVD)法制备的不同表面形貌的CVD金刚石涂层工具,利用CVD金刚石涂层工具对蓝宝石晶体进行研磨加工,以提高蓝宝石的加工效率。论文的主要工作与成果如下:(1)开展了CVD金刚石涂层工具制备研究,研究了制备工艺参数对CVD金刚石薄膜表面形貌的影响。通过控制沉积工艺条件,在硬质合金工具基体表面制备出了球状、棱锥形和棱柱形三种典型表面形貌的CVD金刚石涂层。(2)从机械和化学作用对蓝宝石CVD金刚石涂层工具研磨加工机理进行研究,建立了CVD金刚石涂层工具的单颗磨粒微观去除模型,对不同表面形貌的CVD金刚石涂层工具的材料去除率和切向力进行了研究。采用SEM、EDS和拉曼光谱分析测试了研磨后的CVD金刚石涂层,分析了研磨过程中的化学反应机理。(3)通过实验研究了CVD金刚石涂层工具研磨蓝宝石晶体时工艺参数对材料去除率和表面粗糙度的影响。在较高效率的工艺参数组合下得到材料去除率为2.55μm/min,表面粗糙度Ra为0.369μm。在较低的表面粗糙度工艺参数组合下获得材料去除率为1.68μm/min,表面粗糙度Ra为0.271μm。
【关键词】：CVD金刚石 涂层工具 蓝宝石 研磨
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ164.2;TG580.68
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 蓝宝石的材料特性12-14
• 1.2.1 蓝宝石的晶体结构12-13
• 1.2.2 蓝宝石的物理性质13-14
• 1.3 蓝宝石晶体研磨抛光加工的主要方法14-17
• 1.3.1 蓝宝石晶体研抛加工技术14-17
• 1.3.2 固结磨料研磨蓝宝石技术17
• 1.4 CVD金刚石涂层工具加工脆硬材料技术17-19
• 1.5 研究意义和研究内容19-21
• 第二章 CVD金刚石涂层工具制备研究21-34
• 2.1 引言21
• 2.2 CVD金刚石的形核和生长21-22
• 2.3 生长参数对CVD金刚石涂层形貌影响22-29
• 2.3.1 实验设计与检测方法22-24
• 2.3.2 反应气压的影响24-26
• 2.3.3 甲烷浓度的影响26-27
• 2.3.4 衬底温度的影响27-29
• 2.4 CVD金刚石涂层工具制备及其表征29-33
• 2.5 小结33-34
• 第三章 蓝宝石晶体CVD金刚石涂层工具研磨机理研究34-51
• 3.1 引言34
• 3.2 经典机械作用去除模型与机理34-36
• 3.3 单颗CVD金刚石晶粒磨粒材料去除数学模型36-44
• 3.3.1 晶粒磨粒犁削深度的计算36-38
• 3.3.2 单颗晶粒磨粒材料去除率的计算38-40
• 3.3.3 材料去除率与表面粗糙度随时间的变化40-44
• 3.4 CVD金刚石涂层工具研磨蓝宝石机理研究44-50
• 3.4.1 研磨后CVD金刚石涂层工具研究44-47
• 3.4.2 CVD金刚石涂层工具摩擦磨损特性47-49
• 3.4.3 研磨过程中化学反应机理49-50
• 3.5 小结50-51
• 第四章 CVD金刚石涂层工具研磨单晶蓝宝石的实验研究51-67
• 4.1 引言51
• 4.2 CVD金刚石涂层工具研磨蓝宝石研磨效率研究51-59
• 4.2.1 检测设备、实验材料及实验设计51-52
• 4.2.2 参数对材料去除率的影响52-54
• 4.2.3 参数对表面粗糙度的影响54-57
• 4.2.4 参数选择及验证实验57-59
• 4.3 CVD金刚石涂层工具研磨蓝宝石表面粗糙度研究59-66
• 4.3.1 金刚石涂层工具选择与实验设计59-60
• 4.3.2 研磨工艺参数对材料去除率的影响60-62
• 4.3.3 研磨工艺参数对表面粗糙度的影响62-64
• 4.3.4 参数优化及验证实验64-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 5.1 小结67-68
• 5.2 展望68-69
• 参考文献69-74
• 致谢74-75
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文75

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本文编号：1005482