不同品种立方氮化硼热稳定性能的研究

为研究立方氮化硼(CBN)的品种对其热稳定性的影响,选用不同品种、同一粒度的CBN晶体,观察其形貌并进行TG-DTA测试,分析不同颜色CBN晶体和相同颜色、不同品种CBN晶体的热稳定性并探讨CBN晶体的耐热机制。结果表明:随CBN晶体颜色的加深,其热稳定性提高;随CBN晶体规则程度和TI/TTI值提高,其热稳定性也升高。     

完整晶面金刚石的粒度极限研究

本文以SPD6×1200型六面顶压机为金刚石的合成设备,分别采用常规及特殊工艺进行金刚石的合成。为了表征不同粒度金刚石的形貌特征,本文利用光学显微镜及扫描电子显微镜对单晶形貌进行了观察。结果表明：常规粒度金刚石晶面平滑度基本不随粒度变化,超细颗粒金刚石在8～10μm以上具有与常规粒度金刚石相同的特点,而当粒度降至5μm以下时合成的金刚石不再具有完整的晶形,且随粒度降低晶形变差的趋势加剧,从而得出高温高压法合成的完整晶面金刚石的粒度极限在5μm左右的重要结论。我们认为这一现象的主要原因是由于碳原子或其团簇在金刚石表面上各点的沉积,时间先后不同,从而导致了某一时刻晶体表面各点的厚度不同,对5μm以下的超细颗粒金刚石来讲晶面上不同点的相对差别较大,宏观体现为晶面残缺。     

准八面体CBN单晶的合成研究

通过对原料、触媒及合成工艺的研究，采用国产DS-029B型六面顶压机在4．2—5．3GPa，1350。1470℃的范围内，从hBN-单质触媒体系中合成出近乎完美的黑色八面体和截角八面体立方氮化硼单晶体。确定了该种形态的CBN晶体的生长区域。CBN晶体的尺寸在100—400μm，峰值粒度为125—150μm。对所得的晶体进行考察，发现这种CBN晶体结晶形貌发育比较完整、棱角尖锐、晶粒饱满，并且有较高的抗压强度。上述结果表明所用的单质触媒具有使CBN晶体均匀生长的能力，是一种合成CBN晶体的有效触媒，该种CBN晶体具有较好的破碎强度。     

FeNi-Si-C体系金刚石的成核特性

本文利用掺硅FeNi粉末触媒，在国产六面顶压机上进行了金刚石单晶的合成实验，研究了高温高压条件下，Fe—Ni—Si—C体系合成金刚石单晶的成核特性。结果表明，由于掺Si量的不同，合成金刚石的最低生长条件（压力和温度）并没有太大的改变；但随着触媒中掺Sj量的增加，其成核量也随之增加；通过光学成像显微镜观测发现，合成出的金刚石晶体同FeNi—C体系合成的晶体的颜色和形貌具有较大的区别，出现了“两极分化”现象，主要表现为部分晶体质量好，而部分晶体则质量很差（晶体呈浅黑色，晶形不完整等），且随触媒中掺甄量的增加，质量差的晶体比率增高。对不同合成条件的棒料进行X—ray检测发现，在金刚石合成条件下有FeSi和Fe，si的生成，台阶压力时间的长短直接影响FeSi、Fe3si的粒度。我们推测，难熔化合物FeSi和Fe3si参与成核，导致金刚石成核量增加，而这种金刚石的“异形核”存在，会导致晶形不够完整和包裹体的产生。     

不同温度条件下连铸保护渣矿相结构的研究

采用矿相显微镜及XRD研究了不同温度条件下连铸保护渣矿相结构的变化。结果表明，在本实验条件下的降温和升温过程中，连铸保护渣的结晶化率均随实验温度的升高而下降，结晶矿相主要为枪晶石、硅灰石、黄长石。枪晶石在1000 ℃和1200 ℃时结晶能力最强，1300 ℃时无枪晶石析出。硅灰石只在1000 ℃时析出，晶体发育程度很高。黄长石晶体在1300 ℃时发育良好且光学性质明显，1000 ℃和1200 ℃时生长缓慢，为细小的颗粒状雏晶。在相同的实验温度条件下，连铸保护渣在升温过程中结晶化率高、晶体细小、结构致密，降温过程中其晶体发育程度良好、晶体粗大     

热处理条件对钙钛矿相析出行为的影响

通过淬火方法研究了钙钛矿的结晶过程，在光学显微镜以于１４２０℃开始析出钙钛矿晶体，熔化温度及降温速率对钙钛矿结晶量和晶粒度有重要影响，熔化温度高和降温速率低则有助下钛矿结晶量的增加及晶体长大粗化。     

用Ca3N2和Mg3N2合成cBN

分别以Ca3N2和Mg3N2作触媒进行cBN合成实验，对比了这两种触媒合成cBN的温度压力范围的差异，对得到的cBN晶体的形态、颜色和粒度分布等性质作了检测比较。实验结果表明，在Ca3N2-hBN系统中合成cBN的温度和压力条件较低，cBN稳定生长的温度压力范围也较宽（4．5～5．5GPa，1100～1450℃），实验的重复率较高，但得到的cBN晶体杂质较多，晶形不好。在Ca3N2-hBN系统中合成cBN所需的温度和压力条件较高，cBN稳定生长的温度压力范围与Ca3N2-hBN系统相比也很窄（5～5．5GPa，1400～1600℃）。Ca3N2作触媒得到的cBN晶体粒度偏细、晶形完整率高，抗压强度高于用Mg3N2合成得到的cBN晶体。用这两种触媒合成cBN时，添加剂（Li、Mg、Ca等具有触媒性质的物质与B、N、H等的化合物）的加入对合成结果有很大的影响，无添加剂存在时，两种触媒合成的试样中，cBN的转化率都很低，晶体的粒度很小；加入添加剂后，随添加剂加入比例的改变，cBN的转化率、粒度和颜色都有很大的变化，添加剂占实验样品重量百分比为0～4％时，cBN晶体转化率逐渐提高，晶体粒度逐渐增大，晶体颜色变深，当添加剂的重量百分比加大至5％～8％时，出现部分深棕色至黑色的cBN晶体，合成实验重复率降低。     

高品级CBN单晶的生长及合成研究

本文采用三元氮硼化物Ｍ３Ｂ２Ｎ４（Ｍ代表碱土金属）作触媒，通过加入ＶＢ族添加物改善ＣＢＮ生长的动力学条件，在５．０ＧＰａ１４００～１６００℃的压力，温度条件下得到了晶形规则，晶面较完整的ＣＢＮ晶体。讨论了压力，温度及熔体性能等地高品级ＣＢＮ单晶生长的影响。     

高纯无硫天然鳞片石墨制备金刚石试验研究

天然石墨是金刚石合成的主要原料,其质量对合成金刚石的品质有很大影响。采用一种无硫碳石墨的制备方法,用H2O2等除硫剂,制备高纯无硫天然石墨,以其为碳源,采用静压粉末触媒法在中国产六面顶压机上高温高压合成金刚石。利用光学显微镜、扫描电子显微镜等观察合成金刚石的形貌特征,合成金刚石以粒径>0.325 mm的粗粒为主,0.325～0.700 mm的颗粒占80%,但是,粒度超过0.700 mm的颗粒以晶簇为主。结合X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪等手段分析了合成金刚石的微结构,认为合成金刚石结晶度高、结构完整。实验结果表明,高纯无硫高石墨化度的天然石墨用做碳源,有利于金刚石合成,金刚石晶体成核率高、结晶程度高、晶形好、颗粒大。以高纯无硫天然鳞片石墨为碳源,通过调节合成条件,能够有效制备出优质粗粒度金刚石。     

高品级粗颗粒(30/60)CBN的合成技术

采用国产铰链式六面顶压机从HBN原材料、触媒体系及合成工艺等方面对高品级粗颗粒(30/40-50/60)CBN晶体合成技术进行了研究.对HBN原材料进行了高真空度下高温处理,使BN含量达到了99%.对CBN晶体的合成工艺及参数进行了优化设计.生长时间设为1200s～1500s.试验结果表明合成CBN单次产量稳定达到85克拉,30/40-50/60比例达69.20%.光学显微镜观察及扫描电子显微镜(SEM)分析表明,大多数CBN晶体生长发育比较完整,30/40-50/60粒度平均单颗粒静压强度均超过80 N.目前该项技术已成功投入工业生产.     

化学成分对立方氮化硼合成的影响

本文就结晶介质的化学成分和合成参数,对立方氮化硼晶体生长特性的影响进行了阐述,研究表明结晶介质成分和合成参数一样,对立方氮化硼结晶的完整性,杂质成分对晶体特性的影响起着重要的作用,指出,往BN-Mg体系中,引入P可培育出不含游离硼的晶体,而往Li3N-NB体系中引入LiH和NH4Cl时,所得到的立方氮化硼具有高的强度和热稳定性。同时还探讨了立方氮化硼在不同体系中的合成及其结晶过程的一般动力学规律,形核速度和生长速度动力学关系的最普遍的特征表明,立方氮化硼的自发成核速度及其生产速度与结晶介质的过饱和和粘度有关。     

CBN陶瓷磨具性能的计算机调控

本文论述了在钢铁加工行业中非常有效的加工工具－陶瓷结合的CBN磨具的性能调控技术，特别指出利用计算机程序设计可实现陶瓷结合剂性能的准确预测，配合CBN的表面镀覆技术以及工艺参数的调整，可对陶瓷结合剂CBN砂轮实现性能调控。     

单次冲击六方氮化硼向立方型转化的研究

在70～95GPa的高压下,对低密相六方氮化硼进行冲击处理;实验结果发现,普通低密相六方氮化硼在单次冲击下部分转化为纤锌矿型和立方型氮化硼的混合物.根据晶体结构之间的对应性,文中对相变过程进行了探讨,认为六方氮化硼向纤锌矿型的转化其晶体结构无须发生切变;而向立方型氮化硼的转变其晶体的切变是必不可少的,这种相变主要依靠高压下位错运动而产生.     

棕色高韧性立方氮化硼合成技术的研究

通过以原材料、触煤及高压合成系统工艺的研究,采用φ32－40mm腔体在新型复合触煤体系下合成出棕色立方氮化硼单晶。对所得立方氮化硼单晶体的性能考察表明：这种立方氮化硼晶体具有较高的冲击韧性。     

A hybrid process of raining co-deposition and rotary wire spark erosion in the development of a custom CBN tool for making a biochip injection mold

This study examines a hybrid process combining raining co-deposition and rotary wire spark erosion with one-off grinding to generate an array of microgrooves in the fabrication of biochip injection molds on NAK80 steel. A precision composite electroforming device that can create a rain like co-deposition effect to uniformly grow a Ni-based Cubic Boron Nitride (CBN) abrasive layer onto a wheel-blank substrate is proposed and employed. Slicing and dressing are conducted by using rotary wire spark erosion to make the co-deposited wheel-blank into a thin CBN wheel-tool with a grinding edge array that alternates between coarse and detailed. A multiple microgroove array on NAK80 steel is one-off generated by using the developed CBN wheel-tool array, swiftly creating a superior surface finish for biochip injection molding. A comprehensive examination of the quantitative and qualitative properties of the CBN wheel-tool was undertaken. Experimental results have been evaluated in terms of CBN grit content, accuracy of co-shaft machining, influence of grinding depth, shape of microgroove and tool wear as well as an estimation criterion for the CBN wheel-tool array.     

CBN磨削和车削淬硬轴承钢的表面完整性

介绍了超硬材料CBN加工淬硬轴承钢的磨削和车削形式,对比了这两种加工过程的特点,综述了CBN磨削和车削淬硬轴承钢时白层的形成、残余应力的大小和分布等差异,零件的工作寿命表明CBN刀具硬态车削淬硬轴承后零件的性能优于CBN磨料磨削,分析表明采用CBN刀具硬态切削淬硬轴承钢可以实现以车代磨。     

Design and application of CBN shape grinding wheel for gears

In the field of gear precision manufacturing, the CBN shape grinding technique is of great importance. In this research, a mathematical model for the profile of CBN grinding wheel base body has been developed based on the theory of gear engagement; the modification of the gear shape is introduced into the design of the CBN grinding wheel. Biarc segments are used to approximate the theoretical profile. Approximation deviation can be controlled within prescribed tolerance under optimized conditions. A series of wheels were made to ascertain the validity and effectiveness of the presented method, the final gear precision reaches the fifth class of GB10095-88 (China).     

Factors Affecting Grinding Performance with Electroplated CBN Wheels

An experimental investigation was conducted to evaluate the effect of CBN crystal characteristics and plating thickness on the performance of electroplated CBN wheels. Wheels containing tougher CBN crystals generally exhibited less wear and a higher G-ratio, and also required less power. Furthermore, contrary to expectations, less wear and higher G-ratio were also obtained for wheels with a thinner layer of nickel plating despite an increased tendency for large-scale crystal loss. This would indicate that the overall wheel wear depends more on crystal exposure than on active grain density, which could facilitate chip removal and grinding fluid access. Extended grinding tests up to wheel failure ascertain the improved grinding performance with tougher crystals and thinner electroplated layers.     

NH4F对Li3N-hBN体系中合成CBN晶体的影响

本文研究了在Li3N—hBN体系中加入不同量的NH4F后，对CBN晶体的合成的影响。结果表明，加入NH4F后，合成压力降低了约20％。分析以NH4F和Li3N混合粉末为原料的实验结果后推测：在高温高压条件下NH4F首先会分解为NH3和HF,HF进一步和Li3N反应生成更加稳定的LiF和NH3，其化学反应式可以写成：3NH4F＋Li3N=3LiF＋4NH3，这一过程通过X光衍射分析实验产物得到证实。为了考察LiF在合成立方氮化硼过程中的作用，我们用Li3N和NH4F反应所制得的LiF单独作触媒，在LiF—hBN体系中进行了CBN晶体的合成实验，结果表明在上述压力温度条件下，没有CBN晶体生成，即LiF不宜单独做触媒。尽管在NH4F与Li3N反应消中耗了Li3N—hBN体系中的作为触媒的Li3N，但是，合成压力仍有较大幅度的降低，表明少量氨的存在，使CBN晶体的形成更加容易。     

钎焊CBN砂轮与陶瓷CBN砂轮磨削粉末冶金高温合金的加工性能对比研究

采用钎焊CBN砂轮和陶瓷CBN砂轮进行FGH96粉末冶金高温合金磨削对比试验,从磨削力与温度、表面粗糙度以及砂轮磨损等方面对CBN砂轮磨削性能进行评价。结果表明:钎焊CBN砂轮磨削力接近或低于陶瓷CBN砂轮的; 在较低进给速度下(≤360 mm/min),钎焊CBN砂轮磨削温度与陶瓷CBN砂轮的相近,在较高进给速度下(≥540 mm/min),陶瓷CBN砂轮的磨削温度明显高于钎焊CBN砂轮的; 在正常磨削条件下,钎焊CBN砂轮磨削后工件的表面粗糙度低于陶瓷CBN砂轮的,且表面粗糙度R_a均在0.800 μm以下,平均表面粗糙度R_a分别为0.508 μm和0.529 μm。钎焊CBN砂轮工作面磨粒发生材料黏附、磨耗磨损,磨削表面出现材料涂覆等现象;除磨耗磨损、黏附和砂轮堵塞外,由于磨粒破碎和脱落,陶瓷CBN砂轮易在其磨削表面形成深沟槽,降低磨削表面质量。综合分析发现,钎焊CBN砂轮磨削FGH96的性能要优于陶瓷CBN砂轮的。