陶瓷结合剂金刚石磨具的应用

陶瓷结合剂金刚石磨具具有金刚石和陶瓷结合剂的共同特点，与普通刚玉、碳化硅磨具相比，它的磨削力强，磨削时温度比较低，磨具磨损比较小；可以适应各种冷却液的作用；磨削时磨具的形状保持性好，磨出工件的精度高；磨具内有较多的气孔，磨削时有利于排屑和散热，不易堵塞、不易烧伤工件；磨具的自锐性比较好，修整间隔的时间长，修整比较容易。因此陶瓷结合剂金刚石磨具在国外一些发达国家的使用日益增多。     

陶瓷空心球对金属结合剂金刚石砂轮性能的影响

通过添加陶瓷空心球并采用普通热压烧结法制备金属结合剂试样和金刚石砂轮,探讨了陶瓷空心球的形状、粒度及添加量对金属结合剂和砂轮性能的影响。结果表明:添加陶瓷空心球后,金属结合剂胎体试样的抗弯强度和硬度均有所下降,但其受陶瓷空心球粒度的影响很小;含金刚石的胎体试样与金属结合剂胎体试样相比,抗弯强度降低了0.84～7.01 MPa,约为1%～8%。胎体试样的断口形貌显示陶瓷空心球体形状规则,均为圆形,能较均匀的分布在金属结合剂胎体之中,可以为金属结合剂胎体提供一定的孔隙空间;添加适量的陶瓷空心球能提高砂轮的磨削效率,磨削YG8硬质合金工件时能提高8%～43%,其中含质量分数3.75%陶瓷空心球的砂轮磨削效率最高,相比于致密砂轮提高了43%。     

成孔剂对陶瓷结合剂CBN磨具结构与性能影响的研究

主要研究成孔剂对陶瓷结合剂CBN磨具结构与性能的影响。在陶瓷结合剂CBN磨具中添加不同类型和含量的成孔剂,通过对磨具试样气孔率、抗弯强度、冲击韧性、微观形貌等检测分析,结果表明:添加成孔剂A1和C1的磨具试样气孔分布均匀,且与未添加成孔剂的磨具试样相比,抗弯强度降低不明显,成孔剂A1的造孔效果比C1的明显,但加入成孔剂C1能够增大试样的冲击韧性。当C1的加入质量分数为8%时,气孔分布均匀,气孔率为30.82%,抗弯强度为49.89MPa,冲击韧性为1.73kJ/m2,综合性能最好。     

烧结温度对玻璃/金属复合结合剂金刚石磨具磨削性能的影响

在不同温度下,采用热压烧结法制备了含3%(质量分数,下同)Na_2O-B_2O_3-SiO_2-Al_2O_3-Li_2O脆性玻璃结合剂的玻璃/金属复合结合剂金刚石磨具,通过扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、XPS、洛氏硬度计、抗折强度试验机、气动圆度测试仪等研究了烧结温度对复合结合剂微观结构、力学及磨削性能的影响。结果表明:随着烧结温度提高,玻璃相发生球形—椭球形—长条状—片层状的形状变化。烧结温度为850℃时,金属与玻璃间出现10~20 nm FeAl_2O_4过渡层,强化了两者界面结合,复合结合剂抗折强度达到最大值826 MPa,硬度为94 HRB。烧结温度为900℃时,脆性FeAl_2O_4过渡层增厚导致抗折强度下降。烧结温度为850℃时,金属结合剂磨具与添加3%玻璃结合剂的金刚石磨具相比,加工气缸圆度和直线度平均值分别由3.1μm和2.5μm降低至2.7μm和2.1μm。     

烧结温度对玻璃/金属复合结合剂金刚石磨具微观结构、力学及磨削性能的影响

在不同温度下,采用热压烧结法制备了含3wt% Na2O-B2O3-SiO2-Al2O3-Li2O脆性玻璃结合剂的玻璃/金属复合结合剂金刚石磨具,通过扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、XPS、洛氏硬度计、抗折强度试验机、气动圆度测试仪等研究了烧结温度对复合结合剂微观结构、力学及磨削性能的影响。结果表明：随着烧结温度提高,玻璃相发生球形-椭球形-长条状-片层状的形状变化。烧结温度为850℃时,金属与玻璃间出现10-20 nm FeAl2O4过渡层强化了两者界面结合,复合结合剂抗折强度达到最大值826 MPa,硬度为HRB94。烧结温度为900℃时,脆性FeAl2O4过渡层增厚导致抗折强度下降。烧结温度为850℃时,金属结合剂磨具与添加3wt%玻璃结合剂的金刚石磨具相比,加工气缸圆度和直线度平均值分别由3.1μm和2.5μm降低至2.7μm和2.1μm。     

水溶性造孔剂在超薄树脂切割砂轮中的应用

为进一步提升超薄树脂切割砂轮的自锐性能和排屑容屑能力,在切割砂轮中加入水溶性造孔剂NaCl,研究其含量对超薄树脂切割砂轮的微观形貌、力学性能及切割性能的影响。结果表明:当造孔剂添加体积分数为10%时,砂轮中的孔隙均匀适中,其切割效率最高,进给速度最高可达20 mm/s。但加入造孔剂会对砂轮的抗折性能和切割寿命产生一定影响,造孔剂含量越高,抗折性能越低,切割寿命越短。      

合金粉对低温陶瓷结合剂及CBN磨具性能的影响

本文研究了添加不同种类、不同含量的合金粉末对陶瓷结合剂的耐火度、强度、热膨胀系数、硬度及磨具的强度、韧性、硬度等的影响。试验结果表明:加入合金粉对结合剂和对磨具的影响不同。①加入低熔点合金粉,陶瓷结合剂的耐火度降低,由700℃降至650℃;②加入合金粉后,磨具的硬度和冲击强度均有较大的提高,磨具硬度测定值最大为112,冲击强度值最大为931.40kg·m／m2;③加入合金粉后,磨具的抗折强度提高,采用纯玻璃料为结合剂时,磨具的抗折强度为45.5 MPa,结合剂中加入合金粉2(8％)时,抗折强度为76 MPa。     

不同无机铵盐对陶瓷结合剂CBN砂轮造孔的应用研究

分别研究了无机铵盐NH4F、NH4Cl、（NH4）2SO4和NH4HCO3的不同添加量对低温陶瓷结合剂CBN砂轮造孔的影响,采用气孔率、抗折强度以及试样SEM断口形貌对造孔效果进行了评价。结果表明：NH4Cl使砂轮开裂,不能作为低温陶瓷结合剂CBN造孔剂。NH4F造孔效果不明显,不适合造孔。（NH4）2SO4造孔剂的质量分数应控制在5％以内,质量分数达到5％时,砂轮孔隙率为36．14％,抗折强度为29．03MPa,气孔皆为小孔,气孔可调性差。NH。HCO,造孔剂质量分数应控制在15％以内,质量分数为5％时,砂轮孔隙率为34．19％,抗折强度为40．32MPa;质量分数增加到15％时,孔隙率达到42．5％,抗折强度为29．16MPa,且大孔径气孔比例随质量分数的提高而提高,气孔可调性好。     

造孔剂含量对树脂结合剂硅片减薄砂轮磨削性能的影响

为改善硅片背面减薄效果,在树脂结合剂硅片减薄砂轮里添加造孔剂。通过体积密度测试、扫描电镜观察和磨削实验,研究造孔剂含量对树脂结合剂砂轮结构和磨削性能的影响。结果表明:随着造孔剂体积分数增加、投料比降低,砂轮内部孔隙率增大;且磨削实验证明造孔剂可以提高硅片的表面质量。当造孔剂添加体积分数在10%、体积密度投料比控制在75%时,树脂结合剂硅片减薄砂轮在磨削过程中具有较好的综合磨削性能,磨削出来的硅片表面粗糙度R_a、R_z、R_y值波动范围小,与其他条件下的砂轮磨削的硅片相比,表面一致性好。      

烧结方式对陶瓷结合剂金刚石磨具性能影响的研究

本文采用低熔点的陶瓷结合剂制备金刚石磨具,研究不同烧结方式及烧成温度对磨具的弯曲强度、硬度及磨削性能等的影响,同时研究不同温度下不被包裹金刚石及被玻璃粉包裹金刚石的热失重率.通过研究发现:725℃时,不被包裹金刚石的热失重率为5.47%,玻璃粉包裹后金刚石的热失重率仅为1.27%;制备的陶瓷结合剂金刚石磨具在725℃下烧成时,埋砂烧成磨具试样的弯曲强度和洛氏硬度值比不埋砂烧成时分别提高了2.7%和1.5%;埋砂烧成比不埋砂烧成磨具的使用寿命延长10.4%～15.9%,但磨具加工一片刀具用时延长约20%,磨削过程需要砂轮修整.     

自锐性金刚石树脂砂轮磨削性能的研究

本文通过对比磨削试验，研究了自锐性金刚石(CSD)树脂砂轮的磨削性能。试验结果表明，由于CSD形状小规则，有许多凹入角和粗糙表面，树脂结合剂对CSD的把持力较普通金刚石强，所以在磨削各参数相同的条件下，自锐性金刚石砂轮与普通金刚石砂轮相比，其磨削比提高60％以上。且由于CSD的内部为许多单个亚晶粒所组成的镶嵌的颗粒，因此在应力作用下，只有很小的不规则的碎片崩掉，从而在每个颗粒的表面上留下许多新的小切削刃，故其加工工件的表面粗糙度值较低。     

CSD金刚石磨料的研制

用于制造树脂结合剂磨具的金刚石磨料，传统产品为单晶颗粒，大多数(70％以上)为针片状，表面光滑，与结合剂结合不牢，磨削过程中过早脱落，使用效果不理想。本文目的就是为了解决这一问题。本项目以粉状石墨为原料，以铁基合金粉末为触媒，对原料的成份和配比、合成块的组装结构、合成工艺参数及调控方式，进行了系统的试验研究，在六面顶压机上，研制出了一种金刚石磨料新产品——CSD(Crumb Structure Diamond)磨料。合成压力和电功率与合成单晶金刚石的工艺参数基本相同，而合成时间较短，不超过5min，石墨转化率达到80％左右。得到的新产品不是针片状单晶颗粒，而是团粒结构的颗粒，颗粒形状为等积形，表面粗糙，凹凸不平。经制作成砂轮使用证明，金刚石与结合剂结合牢固，在磨削过程中呈微刃破碎，自锐性好，磨削锋利，寿命比传统产品成倍提高。CSD磨料可作为RVD金刚石磨料的更新换代产品使用。     

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。     

Effect of hot pressing temperature on microstructure,mechanical properties and grinding performance of vitrified-metal bond diamond wheels

The self-sharpening vitrified-metal bond diamond wheels added with a 3 wt.% brittle Na₂O-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃-Li₂O vitrified bond were fabricated by hot pressed sintering technique. Using the methods of scan-electroscope, energy spectrum analysis, X-diffraction analysis, XPS analysis, Rockwell hardness test and three-point bending test, the effects of hot pressing temperature on the microstructure, hardness and the transverse rupture strength (TRS) of vitrified-metal bond were investigated. Then the grinding performance of cylinder of the diamond wheels was also studied. The results showed that, when the hot pressing temperature was 850 °C, a thin FeAl₂O₄ transition layer formed, which enhanced the interfacial bending strength between metal and glass phase, and the TRS of vitrified-metal bond reached the maximum value 826.54 MPa. Comparing with metal bond diamond wheel's, the average value of the roundness and straightness of the 50 cylinders ground by the vitrified-metal diamond wheel reduced from 3.1 μm and 2.5 μm to 2.7 μm and 2.1 μm.     

基于开放孔隙的钎焊CBN多孔砂轮研制与磨削加工性能

为解决钛合金磨削过程中存在的加工效率低、工具寿命短、加工表面质量差等问题，采用冷压成型和高温钎焊技术研制集孔隙率高、耐磨性好和自锐性能优异等特点于一体，基于开放孔隙的钎焊CBN多孔超硬磨料砂轮。完成该砂轮的开放孔隙结构设计与制备，开展钛合金磨削加工性能和磨损试验研究，分析磨削用量参数对钛合金加工性能的影响规律，揭示其自锐性能以及其对工件表面质量的影响。结果表明:当CBN砂轮孔隙尺寸和孔隙率分别为0.6～0.8 mm和40%时，砂轮工作层节块能获得较优的力学性能和较大的容屑空间；与磨削速度30 m/s相比，当磨削速度为80 m/s时，多孔CBN砂轮拥有更为稳定的磨削力比，处于1.5～2.2；随着累计材料去除体积的增大，砂轮表面动态有效磨刃数趋于一致，加工表面粗糙度快速降低并逐渐稳定。      

钎焊金刚石砂轮磨削硬质合金温度的试验研究

根据半人工热电偶测温原理制备了磨削测温试样,利用感应钎焊金刚石砂轮和电镀金刚石砂轮进行硬质合金YG6的磨削试验,研究了磨削深度、工件进给速度对工件表面磨削温度的影响。试验结果表明:在相同的磨削参数下感应钎焊金刚石砂轮的磨削温度要远低于电镀金刚石砂轮,且随着磨削深度和工件进给速度的增大磨削温度上升较为平缓,钎焊金刚石砂轮磨粒出露高度高、容屑空间大,磨粒呈有序排布是磨削温度较低的主要原因。     

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。      

空心球造孔制备的多孔金属结合剂金刚石砂轮的磨削性能研究

本实验采用青铜结合剂为胎体,通过添加氧化铝空心球并采用热压烧结法,制备出多孔金属结合剂金刚石砂轮,并采用所制备的砂轮对工程陶瓷和铸铁材料进行磨削加工试验.实验结果表明:随着孔隙率的增加,含空心球的多孔金属结合剂金刚石砂轮的磨削阻力减小,砂轮的锋利性、磨削比和被加工工件的表面质量均得到提高;当孔隙率超过30%时,随着孔隙...     

金刚石磨料表面多孔结构的制备

采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线能谱仪（EDS）对高温高压（HPHT）合成的一种金刚石磨料的成分与结构进行分析。结果表明:微米尺寸的Ti的化合物颗粒分散在金刚石颗粒表面与内部;金刚石颗粒表面的颗粒夹杂物经过氧化处理与酸处理后被去除,形成了金刚石表面的多孔结构;表面多孔结构的金刚石磨料被推荐用于对砂轮锋利性要求较高的磨削过程,以保持砂轮的自锐性并提高磨削效率。      

金属结合剂金刚石多孔砂轮的试验研究(Ⅰ)——造孔剂添加量的优化设计

本文以两种廉价无毒物质为主要造孔材料，通过正交试验设计，研究得到不同孔隙率的金属结合剂金刚石节块所需造孔剂的添加量，并分析孔隙率对力学性能的影响。试验结果表明：通过在青铜基结合剂中加入适量的造孔剂材料，金属结合剂金刚石节块中的孔隙率可高达46％，孔隙率与造孔剂添加量之间以及孔隙率与抗弯强度之间存在一定的对应关系，可为实际生产多孔金属结合剂金刚石砂轮的配方选择提供一定的基础数据和试验经验。