聚晶金刚石研磨工艺研究新突破介绍

聚晶金刚石（PCD）具有接近天然金刚石的硬度、耐磨性以及与硬质合金相当的抗冲击性，是一种被广泛应用于有色金属和非金属材料精密加工的新型刀具材料。为充分发挥PCD刀具的优良性能，提高加工零件的表面质量，刀具前刀面（PCD表面）需加工成镜面。目前，PCD镜面通常采用树脂基金刚石砂轮进行研磨加工，但由于PCD与所用的金刚石磨料硬度、性质相近，因而与传统的研磨加工有着很大的不同，     

纳米磨削过程中加工表面形成与材料去除机理的分子动力学仿真

目前，以线性断裂力学为基础的加工理论对解释微切削加工机理还存在不足．分子动力学分析的方法在研究纳米尺度或原子尺度下的固体变形方面具有独特的优势；辅以压痕挤压机理分析，解释纳米磨真削过程中加工表面形成和材料去除机理．研究表明：静水压力对非结晶变形程度影响很大；晶格重构原子与一部分非晶层原子堆积在磨粒的前上方。由于磨粒不断前移，最终形成磨屑而实现材料去除，处在磨粒前下方的非晶层原子在压应力的作用下与已加工表层断裂的原子键结合重构形成已加工表面变质层；变质层由内外两层组成，外层是非晶层，内层是晶格变形层。     

单晶金刚石机械研磨与化学机械抛光工艺

单晶金刚石在工业、国防等领域的应用日益广泛,对其加工表面质量的要求不断提高,使用常温低压的化学机械抛光可实现金刚石的超光滑低损伤表面加工.通过理论分析及实验研究得出,使用硅酸盐玻璃材质研磨盘进行研磨加工,可以将金刚石表面粗糙度Ra降至15~25 nm,且无明显机械划痕;在2 MPa压力及室温环境下进行单晶金刚石化学机械抛光实验,优选出Fenton试剂酸性水基抛光液,使用该抛光液抛光单晶金刚石可获得粗糙度Ra值4 nm以下的光滑表面.     

金刚石薄膜涂怪刀具基底材料的选择

金刚石薄膜涂层刀具的应用取决于基底材料的选择。讨论了基底材料的特征：（１）基底应是一种常用刀具材料，且其切削条件能为金刚石所适应；（２）成本较低；（３）沉积金刚石膜具有良好的粘着性。     

评价金刚石刀具各向异性的周期键链模型

金刚石刀具机械研磨时会表现出很强的各向异性,因此寻找合适的模型来定量地描述该各向异性成为亟待解决的问题.通过深入分析金刚石刀具机械研磨的材料去除机理,使用周期键链(PBC)理论建立了定量描述金刚石刀具机械研磨各向异性的PBC模型.然后使用该模型对金刚石晶体的典型单形进行了晶面及其"好磨"和"难磨"方向的判定.在圆弧刃金刚石刀具研磨机上对{100}和{110}晶面进行了研磨实验,{110}晶面沿<100>方向研磨时最大塑性沟槽深度为19.8 nm,<110>方向为5.1 nm;{100}晶面<100>方向为9.8 nm,<110>方向为3.5 nm,与PBC模型的结论完全一致.最后,根据该模型和金刚石刀具使用中的磨损情况得到了优选的刀具晶面组合:前刀面和后刀面均选用{110}晶面.该PBC模型将为金刚石刀具的机械研磨提供有力的技术支持.     

CVD金刚石膜刀具材料研究进展

本文对CVD金刚石厚膜刀具材料的制备技术及后加工工艺，VCD金刚石厚膜刀具材料的研究现状和发展前景进行了简要的综述。     

固结磨料化学机械研抛K9玻璃的材料去除机理

采用失重法对固结磨料研抛K9玻璃材料去除过程中的机械与化学作用进行了分离,采用显微硬度方法分析了研抛液对K9玻璃工件表层硬度的影响.研究结果表明:研抛液能与K9玻璃发生化学反应并在其表面形成一层较基质材料软的变质层,变质层厚度随浸泡时间的延长而增加;单纯研抛液的化学作用对K9玻璃的材料去除作用有限,固结磨料研抛垫对K9玻璃的机械去除作用主要以脆性去除为主,化学与机械的交互作用是K9玻璃影响材料去除的主要方式:当研抛盘转速为200r/min时,化学作用与机械作用达到平衡,交互作用最为强烈,材料去除率达到最大值.     

金刚石薄膜涂层刀具基底材料的选择

金刚石薄膜涂层刀具的应用取决于基底材料的选择。讨论了基底材料的特征:①基底应是一种常用刀具材料,且其切削条件能为金刚石所适应;②成本较低;③沉积金刚石膜具有良好的粘着性。比较分析了Si_3N_4陶瓷和硬质合金作为基底材料的优缺点及其发展趋势。     

单晶金刚石机械研磨结合化学辅助机械抛光组合加工工艺

单晶金刚石因具有最高的硬度和最低的摩擦系数常被用来制备超精密刀具,而表面粗糙度是影响刀具寿命的重要指标.提出采用机械研磨结合化学辅助机械抛光的组合工艺抛光单晶金刚石.实验优化并确定的加工工艺如下:先用5μm和2μm金刚石粉研磨单晶金刚石表面,然后采用化学机械的方法去除机械研磨带来的损伤.用该工艺抛光单晶金刚石,表面粗糙度Ra可达0.8 nm(测量区域70μm×53μm).表面拉曼光谱分析表明化学机械抛光的表面只有1 332 cm-1拉曼峰.     

加工7075航空铝合金用金刚石涂层刀具的制备及其切削性能

采用热丝化学气相沉积(HFCVD)技术在WC-Co8%硬质合金刀具表面制备金刚石涂层,调节甲烷浓度等沉积工艺制备了单层金刚石涂层刀具和微米金刚石涂层(1.2 μm)、纳米金刚石涂层(200 nm)交替多层金刚石涂层刀具。以7075航空铝合金作为切削工件,在无润滑干切条件下测试了单层金刚石涂层刀具和多层金刚石涂层刀具的切削性能。实验结果表明,切削2 h后单层金刚石涂层刀具涂层脱落宽度达到35 μm,刀刃钝化;有多层金刚石涂层刀具的刃型保持完整,涂层无脱落。对单层金刚石涂层和多层金刚石涂层平面样品进行了洛氏压痕实验。结果表明,多层金刚石涂层的脱落面积约为单层金刚石涂层脱落面积的1/5到1/10,进一步说明多层金刚石涂层有更强的抵抗裂纹产生的能力。这些结果表明,金刚石多层结构能提高涂层与基体的界面结合力,延长金刚石涂层刀具的使用寿命。     

Cutting Performance and Wear Mechanism of Multilayer Diamond-Coated Tools

Monolayer and multilayer diamond films are deposited on WC-Co cemented carbide by hot-filament chemical vapor deposition. The growth characteristics of diamond coatings are analyzed. Cutting performance characteristics such as tool life and the stability of machining process in the machining of presintered ZrO₂ are compared based on the variation of cutting speed and resultant cutting force, and workpiece surface roughness. For the monolayer diamond coatings, as the concentration of CH₄ increases from 1% to 5%, the diamond crystal is transformed from micron columnar crystal to nanocluster crystal. The multilayer diamond coatings combine the advantages of micron- and nanocrystalline structures. The multilayer diamond-coated tool exhibits longer service life and better machining quality. Because of the appearance of the brittle–plastic conversion mechanism, the surface integrity of ZrO₂ processed by multilayer diamond-coated tool is relatively high. As for the uncoated tool, the workpiece is mainly machined by brittle spalling. The interfacial stratified fracture system between the interlayers is proposed to be the toughening mechanism of the multilayer structure.     

Plastic Deformation of Single-Crystal Diamond Nanopillars

Diamond is known to possess a range of extraordinary properties that include exceptional mechanical stability. In this work, it is demonstrated that nanoscale diamond pillars can undergo not only elastic deformation (and brittle fracture), but also a new form of plastic deformation that depends critically on the nanopillar dimensions and crystallographic orientation of the diamond. The plastic deformation can be explained by the emergence of an ordered allotrope of carbon that is termed O8-carbon. The new phase is predicted by simulations of the deformation dynamics, which show how the sp³ bonds of (001)-oriented diamond restructure into O8-carbon in localized regions of deforming diamond nanopillars. The results demonstrate unprecedented mechanical behavior of diamond, and provide important insights into deformation dynamics of nanostructured materials.     

金刚石涂层超精加工车刀的研制

使用热丝ＣＶＤ法研究了金刚石涂层生长速度、晶粒大小和结合强度与生长工艺参数的关系，在此研究基础上，选择氮化硅材料作为刀具基底材料，并优化生长工艺参数，使热丝ＣＶＤ法生长金刚石膜的速度提高到２０μｍ／ｈ，膜层平均晶粒度〈１μｍ，划痕临界载荷达到了５０Ｎ，然后进行内应力消除及机械研磨、抛光，这样制成的超精加工刀具有来加工铝合金部件。被加工件的表面不平度〈０．１μｍ，光洁度达到了△↓１２，加工光洁度与寿     

切削液对光学玻璃SF6在金刚石切削加工中可加工性的影响(英文)

本文研究了切削液对光学玻璃SF6在金刚石切削加工中可加工性的影响.首先对SF6进行了维氏压痕试验,并分析切削液(处理液)浸泡试件前后,SF6材料的硬度及断裂韧性的变化.进而进行了SF6试件的变切深刻划试验,采用共聚焦显微镜检测SF6材料的临界切削深度,试验结果表明,与未采用切削液的刻划相比,以碳酸钠为切削液的刻划使SF6的临界切削深度增加了35.6%;最后以压痕及刻划试验的结果为基础,进行了SF6试件的金刚石切削加工试验,由原子力显微镜(AFM)检测可知有切削液作用的切削试验中获得工件的表面粗糙度值比无切削液作用试验中的粗糙度值降低超过50%.试验结果表明,以碳酸钠溶液为切削液可显著改善光学玻璃SF6的可加工性.     

基于游离磨粒的化学机械抛光材料去除非均匀性形成机制(英文)

本文主要研究硬脆晶体材料化学机械抛光中基片内材料去除非均匀性的形成机理.首先分析了化学机械抛光时抛光机的运动参数对硅片表面上相对速度分布非均匀性、摩擦力分布非均匀性、接触压力分布非均匀性及磨粒运动轨迹密度分布非均匀性的影响规律.然后通过基片内材料去除非均匀性实验,得出了抛光机运动参数对基片表面材料去除非均匀性的影响.通过比较理论分析与实验结果,基片表面上相对速度分布非均匀性、摩擦力分布非均匀性及接触压力分布非均匀性随转速的变化趋势与基片表面材料去除非均匀性的实验结果相差较大,只有磨粒在基片表面上的运动轨迹分布非均匀性与基片表面材料去除非均匀性的实验结果趋势相同.研究结果表明,基片表面材料去除非均匀性是由磨粒在基片表面上的运动轨迹分布非均匀性造成的,充分说明了基片表面材料去除的机械作用主要是磨粒的机械作用.