CSD金刚石树脂结合剂砂轮的研制与应用

CSD是一种金刚石磨料的新品种。它是由多个细小金刚石颗粒构成的磨料，这些小颗粒的粒径尺寸在数微米及数十微米之间，与一般的RVD金刚石磨料的晶体结构不同，近似于DEBEERS公司的CDA金刚石。在磨削过程中呈微刃状破碎，而不是象RVD那样大片的破碎。本文研制的CSD磨料树脂结合剂砂轮．与RVD树脂结合剂砂轮相比．有许多磨削性能的优点，值得推广应用。     

不同结合剂金刚石砂轮在硬质合金刀片磨削中的性能对比

本文采用树脂结合剂金刚石砂轮与金属结合剂金刚石砂轮分别加工WC-10%Co硬质合金数控刀片,研究了这两种结合剂的金刚石砂轮对工件尺寸精度一致性、表面粗糙度和磨削比的影响。实验结果表明相对于树脂结合剂金刚石砂轮,金属结合剂金刚石砂轮磨削的工件能达到同等水平的尺寸一致性、具有更高的表面粗糙度值和更高的磨削比。在尺寸精度一致性、粗糙度达到工件技术要求的基础上,具有更高磨削比的金属结合剂金刚石砂轮磨削硬质合金刀片中具成本优势。     

超硬磨料砂轮的磨粒涂层

在未涂层超硬磨料（金刚石和CBN）砂轮的应用中，存在三个日益突出的问题：磨粒把持力不足、磨粒保护不充分和磨粒与结合剂发生不良化学反应（采用金属和陶瓷结合剂的砂轮只存在后两个问题）。采用超硬磨粒涂层技术则有助于解决这三个问题，从而使砂轮的磨削性能得以提高。该技术就是在磨粒与结合剂材料结合并形成砂轮之前在超硬磨粒上涂覆金属基涂层（图1）。     

微粉金刚石表面镀钛对钎焊磨具性能的影响

在微粉金刚石磨具的制备过程中,金刚石热损伤和磨粒与结合剂间界面特性是影响磨具性能的主要因素。利用电铸与钎焊相结合的工艺把表面镀钛和未镀钛两种微粉金刚石磨料制备成磨具,并将其用于氧化铝陶瓷的磨削试验。通过对钎焊后金刚石磨粒与钎料的界面分析,磨削力、磨粒脱落率以及工件表面粗糙度的比较,探讨磨粒表面镀钛对钎焊微粉金刚石磨具性能的影响。结果表明,镀钛微粉金刚石表面镀层在钎焊过程中对微粉金刚石起到包裹隔离的作用,可以降低微粉金刚石的热损伤和石墨化;在利用两种钎焊微粉金刚石磨具磨削氧化铝陶瓷时,镀钛微粉金刚石磨具的磨削力较小,磨料的脱落率也较少,且工件表面粗糙度值更低。综合比较,磨粒表面镀钛后,可以减弱微粉金刚石的热损伤,提高磨具的磨削性能。     

金刚石砂轮采用砂轮换向磨削法时的磨削性能

提出了在磨削过程中反复每隔一定行程使砂轮顺转和逆转来进行磨削的砂轮换向磨削法。本磨削法由于磨削中砂轮换向旋转，与磨粒尖端磨损部分相对的未使用的锐利磨粒棱角可以得到利用，可望有助于扩大修整间隔和简化磨削过程。经用树脂结合剂金刚石砂轮磨削氮化硅发现，与砂轮仅仅进行顺转的普通磨削相比，采用砂轮换向磨削法时的法向磨削力呈反复增减的锯齿状变化，大约降低了25％。另外，利用金属结合剂金刚石砂轮在各种磨削条件下加工硬质合金的结果表明，砂轮换向磨削对磨削力的影响在每个磨料受到高负荷作用的磨削条件下表现明显。     

树脂结合剂金刚石堆积磨料砂轮磨削YG8硬质合金

为探究金刚石堆积磨料在树脂结合剂砂轮中的磨削性能，采用ZLB-60旋转式制粒机制备了金刚石浓度为150%、200%、250%的陶瓷结合剂金刚石堆积磨料，其单颗粒静压强度分别为61 N、65 N、36 N。选用金刚石浓度为200%的金刚石堆积磨料与相同原始粒度的单颗粒金刚石配比制备金刚石浓度为100%的树脂结合剂金刚石砂轮，在自制磨削平台上对YG8硬质合金进行磨削性能测试。磨削结果显示:当金刚石堆积磨料体积分数为30%时，树脂结合剂金刚石砂轮的磨削性能最佳，磨削比为145.11，磨削效率为13.64 g/h，较相同原始粒度单颗粒金刚石砂轮的分别提高了152%和40%。      

钎焊金刚石砂轮修整实验研究

单层钎焊金刚石砂轮的圆度轮廓精度由于受磨料粒径和钎焊结合剂层高度不均匀等因素的影响而使其难以在工程陶瓷等硬脆材料精密磨削中应用.然而单层钎焊金刚石砂轮的修整是直接对金刚石磨粒进行微量的磨损,修整难度大、效率低,因此,探讨快捷且精密的整形方法就成了解决其应用问题的关键技术之一.在本文研究中,分别采用铁基金刚石烧结磨块、钎焊细粒度金刚石板和氧化铝磨块三种整形工具对钎焊金刚石砂轮进行了磨削法整形实验研究,实验结果表明利用氧化铝磨块进行磨削修整效率极低;钎焊金刚石板磨削修整虽然效率高,但是对砂轮表面金刚石磨粒造成大量破碎磨损;铁基金刚石烧结磨块在整形过程中可稳定地以磨平方式磨损砂轮表面金刚石磨粒,经精密整形后的砂轮圆度轮廓精度较高,用其磨削工程陶瓷时工件表面的犁沟和裂纹明显减少.     

电镀金刚石砂轮

发明简介 本发明为用电化学法即电镀法制作金刚石砂轮，包括金刚石修整砂轮，磨削或切削用金刚石砂轮。砂轮制作过程如下：砂轮工作层含有金刚石磨料和填料，金刚石磨料和填料被金属结合剂粘结在基体上，金属结合剂的厚度低于金刚石磨粒高度的1／2；用机械法去掉填料；再次用金属结合剂把金刚石磨粒粘结，粘结厚度如要求所示。发明中所用填料尺寸是金刚石磨粒尺寸的1．5～5.0倍。本发明简化了电镀金刚石砂轮的制作过程，并且使金刚石浓度可以调节。     

偶联剂处理对金刚石树脂砂轮磨削性能的影响

本实验采用NaOH溶液对金刚石磨料进行了预处理,并用硅烷偶联剂进行表面改性,对改性后的金刚石磨料制造的树脂砂轮的磨削比和磨削效率进行了研究。结果表明,在干磨的条件下,改性后的金刚石磨料对砂轮磨削比的提高显著,磨削效率基本不变。通过显微镜观察磨削后的砂轮表面形貌,发现树脂对改性后的金刚石颗粒把持力增大,磨粒脱落减少,与仅用硅烷偶联剂处理的金刚石砂轮相比,其磨削比提高了50%。     

TiO_2薄膜对金刚石磨削性能的影响

采用溶胶-凝胶法在金刚石表面涂覆TiO_2薄膜.利用扫描电镜、能谱以及红外光谱等手段对涂膜后金刚石磨料表面形貌、结构和成键情况进行分析,研究在不同进刀量时TiO_2薄膜对金刚石磨削性能的影响.结果表明:磨料表面的TiO_2薄膜可以保护金刚石磨料在烧结过程中不受结合剂中碱金属氧化物的侵蚀,提高结合剂对金刚石的润湿性;在进刀量为5 μm/s时,与未涂膜金刚石砂轮相比,涂膜金刚石砂轮对硬质合金(WC,6%(质量分数)Co)的磨耗比提高121%.     

不同镀覆工艺金刚石磨料对树脂砂轮磨削性能的影响

在不同条件下镀覆金刚石并以其为磨料制备树脂砂轮,研究镀覆工艺及条件对镀覆金刚石性能的影响,并检测砂轮的平行度、硬度、耐磨性。实验结果表明:以镀覆金刚石为磨料制备的砂轮,与用未镀覆金刚石的砂轮相比,磨损程度最大可降低45.31%。在电镀镍工艺和镀层增重率相近时,用经过真空蒸发镀钛的镀覆磨料制备的砂轮耐磨性更好,磨损程度降低29.77%;使用高电流短时间的电镀工艺制备的镀覆金刚石作为磨料制备的砂轮,其磨损程度下降29.43%。镀层增重率影响镀覆金刚石表面镍刺的生长状态,用镀层增重率过大的镀覆金刚制备的砂轮耐磨性降低。砂轮的平行度、硬度受砂轮磨料镀覆工艺的影响很小。      

A study of grinding silicon nitride and cemented carbide materials with diamond grinding wheels

This paper presents selected results of the grinding of silicon nitride and cemented carbide materials with diamond grinding wheels, which will in later research be extended to the grinding of ceramic-cemented carbide compound drill tools. In these fundamental experiments four different types of diamond grinding wheels were used in face grinding processes. The diamond grinding wheels vary by the grain size, the grain concentration and the bonding material. The relevant influencing variables such as the cutting and feed speed and the coolant supply method were varied to investigate the effect on grinding of the two different workpiece materials, the brittle silicon nitride workpiece material and the ductile cemented carbide workpiece material. Some factors, which have significant effects, like the radial wear of the grinding wheel, the components of the grinding forces, the normal and the tangential grinding force, and the surface quality of the ground workpieces are discussed in detail.     

Application of rare- earth and nano elements on diamond cup wheels

Diamond cup wheel is used widely as an important tool for machining ceramic tile. In this paper, nano rare - earth oxide and nano carbide were added in the segments of seven kinds of diamond cup wheels. The performance of diamond cup wheels were tested on a special designed test machine by grinding two kinds of ceramic tiles. The surface morphology of the segments was examined by Scanning Election Microscopy （SEM） and the micro-hardness of segments was measured. The results showed that nano rare-earth oxide and nano carbide can fine segment micro structure, make grain boundary clear and increase grasping of diamond grits. They can increase also the wear resistance of diamond cup wheels as well as the grinding ratio.     

超精密晶圆减薄砂轮及减薄磨削装备研究进展

在芯片制程的后道阶段,通过超精密晶圆减薄工艺可以有效减小芯片封装体积,导通电阻,改善芯片的热扩散效率,提高其电气性能、力学性能。目前的主流工艺通过超细粒度金刚石砂轮和高稳定性超精密减薄设备对晶圆进行减薄,可实现大尺寸晶圆的高精度、高效率、高稳定性无损伤表面加工。重点综述了目前超精密晶圆减薄砂轮的研究进展,在磨料方面综述了机械磨削用硬磨料和化学机械磨削用软磨料的研究现状,包括泡沫化金刚石、金刚石团聚磨料、表面微刃金刚石的制备方法及磨削性能,同时归纳总结了软磨料砂轮的化学机械磨削机理及材料去除模型。在结合剂研究方面,综述了金属、树脂和陶瓷3种结合剂的优缺点,以及在晶圆减薄砂轮上的应用,重点综述了目前在改善陶瓷结合剂的本征力学强度及与金刚石之间的界面润湿性方面的研究进展。在晶圆减薄超细粒度金刚石砂轮制备方面,由于微纳金刚石的表面能较大,采用传统工艺制备砂轮会导致磨料发生团聚,影响加工质量。在此基础上,总结论述了溶胶–凝胶法、高分子网络凝胶法、电泳沉积法、凝胶注模法、结构化砂轮等新型工艺方法在超细粒度砂轮制备方面的应用研究,同时还综述了目前不同的晶圆减薄工艺及超精密减薄设备的研究进展,并指出未来半导体加工工具及装备的发展方向。     

Low-pressure synthesis of polycrystalline diamond abrasive

Polycrystalline diamond abrasives are used extensively for grinding of cemented tungsten carbide. Although these diamond crystals are somewhat weaker than the well formed cubo-octahedral crystals, they are ideal for grinding cemented carbide without causing surface integrity problems (metallurgical damage and microcraking due to thermal and mechanical stresses). Polycrystalline diamond of this type is currently produced by the high-pressure—high-temperature (HP-HT) technique. In this paper, we report an alternative technique for the production of polycrystalline diamond abrasive, namely combustion synthesis, using a simple oxy-acetylene torch. Although the growth rates by this technique are currently two orders of magnitude lower than the HP-HT technique, in view of the simplicity of this technique, the low cost of equipment as well as the lower running and maintenance costs (compared to the HP-HT presses, dies, power, etc.) activated chemical vapor deposition (CVD) diamond synthesis has potential for becoming an alternative approach to the growth of diamond crystals for abrasive applications. The situation will be more favorable with further advances in the low-pressure, activated CVD processes, which are still in their initial stages of development (similar to the HP-HT situation in the late 1950s), while the HP-HT process is more or less a matured technology.     

刃-孔协同分布钎焊金刚石微结构端面磨头加工氧化铝陶瓷性能的研究

由于高温钎焊金刚石的石墨化以及钎焊工艺等问题的限制，细粒度钎焊金刚石砂轮的制造还存在一定难度。提出一种刃-孔协同分布的钎焊金刚石微结构端面磨头，在粗粒度钎焊金刚石磨头上用脉冲激光刻蚀制备了不同的微结构，研究此钎焊金刚石端面磨头加工氧化铝陶瓷的磨削性能，对比不同微结构下的磨削力、被加工材料的表面质量以及金刚石磨粒的磨损特征。研究表明:与普通钎焊金刚石磨头相比，激光刻蚀的钎焊金刚石微刃磨头的磨削力和表面粗糙度分别降低了37%～51%和18%～25%，其中刃/孔数量比为1∶1的钎焊金刚石磨头的磨削力和表面粗糙度最低。      

有序排布钎焊金刚石磨盘的实验研究

将有序排布理论运用到钎焊技术,成功制备适合黑色金属、钢铁材料磨拋的新型工具—有序排布单层钎焊金刚石磨盘;将平面单颗磨粒有序排布方式与磨料群可控排布方式相结合,设计出一种新型磨盘顶端平面排布方式,并确定排布参数;对船用钢板Q345低合金高强度结构钢进行磨拋试验,对比分析新型钎焊金刚石磨盘与传统树脂砂轮片的磨削性能。结果表明:新型磨盘较树脂砂轮片噪音提高,磨屑规则(主要呈带状),磨粒以磨损失效为主,几乎无整颗磨粒脱落,磨削效率约为树脂砂轮片的1.5倍。     

磨料质量分数对磨硅片用金刚石砂轮磨削性能的影响

采用改进的凝胶注模技术制备多孔陶瓷结合剂超细金刚石砂轮,研究6种不同质量分数磨料(质量分数分别为27%、30%、33%、36%、39%、42%)的多孔金刚石砂轮的显微结构和磨削性能。结果表明:磨料的质量分数直接影响砂轮磨削时的磨削电流、砂轮磨损速率,进而影响硅片磨削后的表面一致性。使用磨料质量分数为39%的砂轮时,硅片磨削后可获得粗糙度为4.8 nm的光滑表面。