高精度氮化硅陶瓷球批量加工研磨工艺研究

为解决高精度氮化硅陶瓷球批量研磨加工的问题,将超精密研磨技术应用到氮化硅陶瓷球的加工实验中.开展了研磨过程的分析,建立了不同研磨阶段陶瓷球球度、表面质量及材料去除率与所选不同大小粒度磨料之间的关系,并提出了对比分析的方法,在通过专业设备检测的基础上对成品球球度、表面粗糙度和振动值进行了评价.研究结果表明,氮化硅陶瓷球能够批量生产且球度达到0.062μm以下,表面粗糙度达到1.48 nm以下,振动值达到24 dB以下,实现了批量生产G3级氮化硅陶瓷球的目的.     

基于不同磨料的氮化硅陶瓷球精研工艺研究

为探究磨料对氮化硅陶瓷球精研加工的影响,从而提高氮化硅陶瓷球的表面质量和材料去除率,以基液种类、磨料种类和研磨盘转速为主要影响因素设计正交试验,并分析各因素对表面粗糙度Ra的影响程度。以表面粗糙度Ra和材料去除率为评价指标,通过单因素试验优化研磨参数。根据正交试验结果,得到精研加工过程中各影响因素对于表面粗糙度Ra的影响程度,从大到小排列依次为:磨料种类>基液种类>研磨盘转速。综合考虑陶瓷球精研加工的要求,确定最佳的研磨参数组合为:煤油基液、碳化硅磨料以及150 r/min的研磨盘转速。在金刚石、碳化硅、氮化硼、氧化铬和氧化铁这5种磨料中,氧化铁磨料修复粗研过后的氮化硅陶瓷球表面缺陷的效果最好。     

陶瓷球毛坯摇摆式精整技术的研究

为了提高陶瓷球的加工效率,提出了一种陶瓷球预烧结毛坯的摇摆式精整加工技术,该技术通过下盘旋转运动及上盘左右摆动来主动驱动陶瓷球毛坯,使之获得均匀研磨,旨在快速消除预烧结毛坯球圆度误差,提高烧结后毛坯球的精度,从而减小烧结后毛坯球的加工余量。运动分析和仿真结果表明,预烧结毛坯球表面上每一点都能被均匀研磨,具有较好的研磨等概率性。对氮化硅预烧结毛坯球进行了加工实验,结果表明该方式下预烧结毛坯球材料去除率达到0.69mm/h,可在1h内将毛坯球圆度误差从196μm迅速修正到6μm以下,并且具有良好的直径和圆度一致性,偏差分别不超过19μm和4μm。     

氮化硅陶瓷球研磨去除机制试验与仿真研究

为研究研磨过程中氮化硅陶瓷球的材料去除形式及磨损行为,结合陶瓷材料动态压痕断裂力学理论,进行陶瓷球研磨加工试验,采用超景深三维显微镜和扫描电镜对研磨后陶瓷球表面进行观察,同时建立单颗金刚石磨粒冲击作用有限元模型并进行仿真研究。试验结果表明:氮化硅陶瓷球表面材料去除以脆性断裂去除和粉末化去除为主,陶瓷球表面残留有大量贝壳状缺陷和呈簇状随机分布的粉末化材料区域;研磨过程中,陶瓷球表面存在擦伤、划伤和凹坑等缺陷;磨粒冲击作用时,表面材料会受微切削作用产生破碎去除,同时也会受挤压作用产生脆性断裂去除,当磨粒以滚动方式作用在陶瓷球表面时,陶瓷球表面更容易形成粉末化去除,且材料去除率更高。仿真结果表明:各磨粒冲击作用方式产生的最大等效应力由大到小的顺序为滚动磨粒变切深、滚动磨粒定切深、磨粒挤压、滑动磨粒定切深,其中,滚动磨粒变切深产生的亚表面裂纹最深。     

氮化硅陶瓷球研磨液的机理研究

氮化硅陶瓷球是混合轴承中的关键元件，对于氮化硅陶瓷球的研磨加工，研磨液的选用是获得高质量加工表面的关键因素之一。文中简述了陶瓷球的特性和成球原理，理论分析了陶瓷球在研磨加工过程中的材料去除理论。对研磨液的成分及作用进行分析，对研磨液的作用机理进行分类，为配制氮化硅陶瓷球专用研磨液提供理论基础。     

工程陶瓷主轴沟道表面磨削加工的实验研究

基于实验室自主设计研发的全陶瓷电主轴,利用曲线磨床对工程陶瓷主轴沟道进行磨削加工以及运用手工研磨的方法进行研磨。研究砂轮转速、工件转速、进给量、横向进给速度等磨削工艺参数对沟道表面粗糙度的影响,以及研磨工艺参数、磨料粒度、研磨时间、主轴转速对沟道表面轮廓度的影响。揭示了磨削参数与研磨参数对氧化锆陶瓷主轴沟道表面质量的影响,为硬脆材料高效的成型磨削加工提供参考依据。     

工程陶瓷镜面加工工艺

用工程陶瓷材料制造机器结构零件已经在越来越多的领域得到应用，其精密加工技术也随之迅速发展。在加工过程中，陶瓷已加工表面质量的提高，不仅可使零件的耐磨性得到改善，而且其使用的可靠性也显著提高，因此一些陶瓷零件如喷咀、针问、精密快规和密封件等已要求表面粗糙度值不应大于Rao．05μm。本文针对ZrO2、Si3N4扣Sialon陶瓷进行了摩削、研磨和抛光等工序的实验研究，探索了陶瓷外圆表面和平面的精加工工艺，并成功地实现了表面粗糙度Ra0．011～0．016μm的镜面加工。一、外圆表面的研磨抛光1．实验装置图1所示为陶瓷件外圆研磨…     

氮化硅陶瓷球精加工表面缺陷的研究

将3种不同直径的氮化硅球坯采用循环加工方法研磨成G5级轴承用陶瓷球。研究了研磨过程中陶瓷球的磨损行为并将磨损缺陷按光学显微镜下的形貌分成5类。采用扫描电子显微镜观察分析各种缺陷并用陶瓷材料断裂力学解释凹坑与裂纹缺陷的形成。研究结果表明，异常的磨粒作为尖锐压头产生凹坑。各种裂纹主要是由起钝压头作用的上研磨盘产生的。材料的晶体结构变化产生雪花缺陷，雪花缺陷抵抗磨粒磨损的能力较差。精研过程中不正确的加工压力和没有破碎的硬磨粒产生擦伤和划痕缺陷。提高球坯圆度，降低粗研加工的载荷和速度可以减少裂纹缺陷。提高磨粒质量可以减少精研中各种机械加工缺陷。     

陶瓷磨削中砂轮修整的试验研究

介绍了回转金刚石修整装置和陶瓷粘结砂轮的修整,研究了外圆磨削氧化锆时修整进给量、速比和重合比的影响。复杂精确形状的陶瓷发动机零件的应用,和精密金刚石砂轮修整技术的缺乏,迫使研究使用陶瓷粘结CBN和SiC砂轮,进行陶瓷的成形磨削。测量了修整和磨削力,及磨后氧化锆零件的圆度和表面粗糙度。改变修整工艺参数,可得到各种表面粗糙度和圆度。试验结果表明,在速比低于-1．O以下修整后的砂轮,磨后零件的表面粗糙度和圆度良好。修整和磨削结果分析表明,在较高的比修整能下加大磨削力,和在大磨削力下表面粗糙度较好的趋向。评论了直接传动变速修整主轴速度控制的不足,并研究了在正速比下它对修整力相反方向的影响。     

陶瓷球材料去除形式的实验研究

文中探讨了陶瓷球研磨过程中工艺参数对陶瓷球表面材料去除形式的影响,利用球-盘式陶瓷球单球磨损试验装置,对不同研磨液磨料浓度和压力条件下对氮化硅陶瓷球的磨损形式进行了研究,以确定各种加工条件下的材料磨损形式.     

Al_2O_3+TiC+Si_3N_4陶瓷刀具材料的切削性能试验

本文概述了陶瓷刀具材料的类型,并通过对新陶瓷刀具材料Al_2O_3+TiC+Si_3N_4的切削试验表明,其切削性能介于Al_2O_3+TiC与Si_3N_4二者之间,但成本较低,对工件材料适应性较强,是一种有开发及使用价值的新陶瓷刀具材料。     

水润滑陶瓷滑动轴承的研究

通过水润滑陶瓷滑动轴承的台架实验,即分别对Si3N4轴套/SiC轴颈、SiC轴套/SiC轴颈、SiC轴套/Si3N4轴颈组成的滑动轴承,在水润滑条件下的承载情况进行对比和验证得知,Si3N4轴套/SiC轴颈不能进行热匹配,SiC轴套/Si3N4轴颈可以进行热匹配但摩擦副性能一般,SiC轴套/SiC轴颈的热匹配性能最好,且在水润滑条件下体现出最佳的摩擦磨损性能,因此得出在大直径、大功率、高转速的条件下,水润滑陶瓷径向滑动轴承的最佳摩擦副组合是SiC/SiC的结论。此外,为解决结构上应力集中带来的一系列问题,针对陶瓷材料的特性,提出一种全包容陶瓷滑动轴承结构,提高了陶瓷滑动轴承使用的安全性和可靠性。     

摩擦偶件对PDDA/PSS分子沉积膜摩擦磨损行为的影响

利用分子沉积技术在单晶硅基底上制备了PDDA/PSS分子沉积膜。采用UV-vis吸收光谱对沉积过程进行了跟踪检测,用原子力显微镜观察了分子沉积膜的表面形貌,考察了摩擦偶件材料对PDDA/PSS分子沉积膜摩擦学行为的影响,并探讨了其磨损机制。实验结果表明,薄膜与较硬的偶件材料对摩时,剪切应力较大,薄膜很容易被磨穿,抗磨寿命极短;在相同实验条件下,薄膜与Cu球对摩时,薄膜的耐磨寿命最长,不锈钢球次之,与Si3N4球和WC球对摩时,薄膜的耐磨寿命较短。     

氮化硅基陶瓷刀具材料力学性能和显微结构的研究

研究了混料介质、超声分散、烧结助剂以及纳米第二相颗粒对自增韧氮化硅陶瓷刀具材料的显微结构和力学性能的影响。结果发现:加入5%Y_2O_3+5%La_2O_3+5%CeO_2烧结助剂的Si_3N_4粉体,以水作为混料介质并对混合浆料进行超声分散处理后,在温度为1700~1800℃下、保温40min、压力30MPa条件下热压烧结,材料的综合力学性能较好,抗弯强度可达1002·1Mpa,断裂韧性达8·2MPa·m1/2,硬度13·56GPa。SEM试验表明材料的显微组织结构均匀,β-Si_3N_4呈现长棒状交错排列;添加纳米TiC7N3第二相颗粒的氮化硅基陶瓷刀具材料后,β-Si_3N_4的长径比明显减小,晶界中嵌入了第二相粒子,材料的抗弯强度有所降低,但硬度和韧性则有所升高。     

旋转超声磨削装置的研制

在叙述旋转超声磨削技术的基本原理及其工艺特点的基础上,较系统地介绍了旋转超声磨削装置的设计。设计出的旋转超声磨削装置可通过其底座安装在适合的机床上,配合一定的控制设备,即可对ZrO_2、AL_2O_3等难加工材料进行旋转超声磨削加工。     

Si_3N_4陶瓷材料的磨削试验研究

通过用树脂结合剂金刚石砂轮对Si3 N4陶瓷进行磨削试验 ,从磨削过程中的磨削力、磨削比能、磨削温度及磨削表面的微观形貌变化等方面 ,综合探讨Si3 N4材料的磨削加工机理。研究结果表明 :Si3 N4在磨削加工中在磨粒切深较大时主要以脆性断裂方式去除 ,其磨削温度与材料去除机理有着密切联系。     

复合钝化多晶硅纳米膜应力分布仿真分析

多晶硅纳米薄膜具有优良的压阻特性,为提高其在传感器应用中的稳定性和可靠性,对这种薄膜的钝化层结构进行了研究.基于压力传感芯片的结构特点,建立了钝化层结构的有限元分析分析模型,给出了应力分布与SiO_2和Si_3N_4钝化层结构之间关系.结果表明:采用Si_3N_4-SiO_2-Si_3N_4复合钝化结构,适当控制各结构层厚度可有效降低热失配引起的内应力.从而给出了降低薄膜内应力的钝化方法,为多晶硅纳米薄膜在压阻式传感器上的应用提供了必要的技术支持.     

几种金属氧化物纳米粒子作润滑脂添加剂的试验研究

用Falex四球摩擦磨损试验机考察了金红石相与锐钛矿相TiO2、α-Al2O3和γ-Al2O3、钇稳四方相和单斜相ZrO2纳米粒子作为润滑脂添加剂的摩擦学行为。试验结果表明，这些纳米粒子均具有较好的减摩抗磨性能和较高的承载能力(pB值)，其润滑性能与纳米粒子的结构和大小都有一定的关系，而且在添加浓度3％左右时具有最佳的效果。     

基于FEA的螺旋式氮化硅陶瓷柱塞偶件精密加工技术研究

陶瓷柱塞偶件由于其耐腐蚀、耐磨损等优异性能受到发动机设计人员的青睐,但由于其工艺复杂、加工困难等原因严重束缚了其应用。本文在分析12150L柴油机柱塞偶件在额定工况下材料为氮化硅时应力和位移变化规律的基础上,着重研究了氮化硅陶瓷柱塞偶件的精密加工技术。针对较难加工的螺旋线和出油槽等难加工部位,设计并研制了专用工装夹具,并取得了满意的加工效果。台架试验结果表明:在相同试验条件下,与金属相比其磨损量降低了82%~91%,使用寿命提高了8~11倍。