工業(yè)陶瓷的游離磨料研磨工藝

一、工業(yè)陶瓷實驗

工業(yè)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(yè)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(yè)陶瓷工件并烘干，在萬分之一精度的精密天平上稱出工業(yè)陶瓷工件研磨重量，由此換算出工業(yè)陶瓷研磨體積(研磨量)。測量研磨前后工業(yè)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(yè)陶瓷實驗結果與分析

1.研磨工藝對工業(yè)陶瓷磨削效果的影響

由圖1可見，對于兩種工業(yè)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(yè)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(yè)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(yè)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(yè)陶瓷研磨時間的延長，工業(yè)陶瓷研磨表面粗糙度趨于平穩(wěn)，達到可實現的最佳值(見圖2a)。

工業(yè)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(yè)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(yè)陶瓷研磨表面粗糙度增大，而且會在工業(yè)陶瓷研磨表面產生表面微裂紋損傷層，既會影響工業(yè)陶瓷工件的使用性能，又會導致工業(yè)陶瓷工件在研磨過程和后續(xù)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(guī)則的，工業(yè)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(yè)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(guī)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(xù)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??；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(yè)陶瓷研磨表面形貌

工業(yè)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(yè)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(yè)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(yè)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(yè)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(yè)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(yè)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(xù)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(yè)陶瓷表面質量。

三、工業(yè)陶瓷結論

1.以提高工業(yè)陶瓷研磨效率為目的，可采用鑄鐵盤對工業(yè)陶瓷工件進行研磨。工業(yè)陶瓷工件研磨表面表現為脆性斷裂。而以提高工業(yè)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(yè)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(yè)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(yè)陶瓷。

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