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。     

烧结制度对陶瓷结合剂金刚石砂轮的蜂窝状组织结构的影响

采用空间占位法和固态粒子烧结法制备具有蜂窝状结构的超细粒度的陶瓷结合剂金刚石砂轮。通过考察砂轮的微观形貌、气孔率和抗折强度等性能,研究烧结制度对制备砂轮蜂窝状结构的影响。结果表明:制备具有蜂窝状结构的砂轮的最佳烧结温度为750 ℃,保温时间为90 min,得到的砂轮的孔隙率约为78%,抗折强度约15 MPa。      

成型助剂添加方式对陶瓷CBN内圆磨砂轮性能的影响

以自制的低温高分子成型助剂为基础,研究未添加、颗粒添加、熔融添加3种不同方式对陶瓷CBN试条抗折强度、砂轮成型料均匀性、砂轮组织均匀性及其显微结构和磨削性能的影响。结果表明:熔融添加高分子成型助剂时,冷却后其能够在CBN砂轮成型料表面形成均匀包裹,成型料的松散性和均匀性均有明显改善;当以颗粒和熔融方式添加成型助剂时,制备的陶瓷CBN试条抗折强度极差值比未添加助剂试条的分别降低了34.02%和73.77%,陶瓷CBN内圆磨砂轮密度极差率较未添加的砂轮降低了56.83%和79.14%,且砂轮组织结构更均匀;当熔融添加成型助剂时,制备的陶瓷CBN内圆磨砂轮磨削叶片泵定子时未出现喇叭口,寿命是未添加高分子成型助剂砂轮的2倍。      

超高速磨削陶瓷CBN砂轮结合剂的实验研究

本文根据陶瓷结合剂在超高速磨削砂轮中的作用，凭借电子万能实验机、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等先进精密仪器对三种结合剂进行了耐火度、抗折强度、膨胀系数、微观形貌、显微硬度和润湿性等性能分析。实验结果表明，1#结合剂的耐火度为890℃；抗折强度达到56．28MPa；膨胀系数在7．0×10^-6／℃左右，其他各项性能也达到相当高的水平；用1#结合剂制备的砂轮条的强度达到63．07MPa，结合剂与磨料结合的微观形貌良好。实验表明，1#结合剂符合低温高强结合剂要求，在陶瓷CBN砂轮制作过程中可以实现低温烧成以减少能耗，降低污染。     

利用铝矾土尾矿制备过滤用多孔陶瓷

以矾土矿尾矿和石英砂为主要原料,添加淀粉作造孔剂,采用压制成型法制备过滤用多孔陶瓷。确定了淀粉的反应温度;探讨了烧成温度和造孔剂添加量对多孔陶瓷气孔率、抗折强度、纯水通量及显微结构的影响。研究结果表明:淀粉在400℃内快速反应;合理的烧成温度为1040℃,此温度下气孔率和抗折强度分别达到30.27%和32.94MPa;合理的造孔剂添加量为20%,其气孔率为45.34%,强度为26.2MPa。     

铝粉改性低温陶瓷结合剂的性能研究

为改善低温陶瓷结合剂的不足,采用粉末冶金的方法将铝粉添加到低温陶瓷结合剂中,使用真空热压烧结炉进行烧结,探究铝粉改性低温陶瓷结合剂的力学性能和显微结构。结果表明:当金属铝粉质量分数为20%时,结合剂的抗折强度达到116.32 MPa,比低温陶瓷结合剂抗折强度提高了42%;结合剂的平均抗冲击强度为13.01 kJ/m2,比低温陶瓷结合剂的提高了414%。铝粉的添加对结合剂的密度影响不明显,但随着铝粉质量分数的增加, 结合剂的硬度整体呈下降趋势。铝粉颗粒在低温陶瓷结合剂中均匀分散,并且以金属铝的形态存在,分散性较好,具有颗粒增韧的作用。结合剂中金属相和低温陶瓷结合剂的界面处元素扩散形成过渡带,两者互相融合,且结合情况良好。      

纳米陶瓷结合剂超硬磨具的制造工艺

纳米陶瓷结合剂是一种新型的超硬磨具结合剂,它显著降低了磨具烧结温度,大幅度提高了制品强度、韧性和耐磨性,且气孔可控,为陶瓷结合剂的应用开拓了一个崭新的领域.本文阐述了纳米陶瓷的性能及关键方法,特别对纳米陶瓷结合剂超硬工具的成型工艺方法进行了研究.结果表明,在纳米陶瓷结合剂中加入20%～30%的水和适量的表面活性剂,可以提高成型密度、毛坯强度和制品的抗折强度,抗折强度高于100MPa.经过烧结,纳米陶瓷结合剂与金刚石和CBN超硬磨料润湿性良好、结合力大,在烧结过程中与超硬磨料不发生反应、不腐蚀损伤超硬磨料.成功用于磨削PCD复合片的金刚石陶瓷砂轮.     

纳米氧化物对CBN磨具陶瓷结合剂性能的影响

采用Na2O-Al2O3-SiO2-B2O3系统为基础陶瓷结合剂,研究了添加纳米ZnO、纳米TiO2和纳米Al2O3对CBN磨具陶瓷结合剂性能的影响,对抗折强度、耐火度、流动性、微观结构进行了测试。实验结果表明：添加纳米氧化物后,陶瓷结合剂的耐火度和流动性均得到明显改善,其中加入纳米ZnO的陶瓷结合剂耐火度降低了20℃,流动性最大,达到119．9％;添加纳米Al2O3的抗折强度最高,达到36．51MPa;陶瓷结合剂CBN磨具微观结构中气孔率数量明显减少,添加纳米Al2O3的CBN磨具试样的结构最致密,气孔最少。     

P-G法制备纳米金刚石低温陶瓷结合剂复合烧结体

使用高分子网络凝胶法（polyacrylamide-gel method,简称P-G法）制备纳米金刚石（nano-diamond,ND）-低温陶瓷结合剂复合烧结体,并设计4种不同金刚石添加量来制备试样条,然后考察二氧化硅包覆纳米金刚石（ND@SiO₂）在陶瓷结合剂中分散的均匀性,并对比分析试样的物相、抗弯强度和显气孔率。实验结果表明:利用P-G法制备的试样中的金刚石浓度从25%增加到100%时,ND@SiO₂在凝胶体中分散均匀,无明显团聚现象;其烧结温度范围为670~720℃,抗折强度达到66.4~87.6 MPa,气孔率为10.2%~22.4%。      

结合剂粒度对低温陶瓷结合剂SG砂轮性能的影响

研究了结合剂粒度对低温陶瓷结合剂SG砂轮性能的影响。实验结果表明,在传统生产工艺和生产成本基本不变的情况下,采取以下措施,砂轮性能可得到不同程度的提高:(1)结合剂过120目筛与400目筛相比,抗折强度由19.85MPa提高到21.62MPa,提高了8.92%;抗拉强度由38.7MPa提高到54.8MPa,提高了41.6%;硬度平均提高近一级;(2)黏土、长石等结合剂原材料球磨并过120目筛后,炼制的结合剂过180目筛、320目筛、400目筛后所得的结合剂相比,结合剂自身性能有很大的变化,主要表现在:①结合剂的耐火度由768℃降低到680℃,②烧结范围由70℃降低到40℃,③结合剂的流动性由145%增加到210%;(3)在一定烧成制度下,结合剂粒度控制在180~320目范围内,有利于低温陶瓷结合剂砂轮磨削性能的提高。     

高速陶瓷CBN砂轮贴片的实验研究

本文从影响高速CBN砂轮陶瓷贴片性能的因素入手,凭借扫描电镜、差热分析仪等先进精密仪器对磨料进行了常温性能、差热分析、焙烧处理（870℃）分析;同时对陶瓷结合剂配成原理、比例和性能进行了试验探讨;利用ANSYS软件对陶瓷砂轮贴片的尺寸大小进行了优化分析;最后,利用超高速点磨削试验台对焙烧好的砂轮贴片进行了磨削性能实验。实验表明：研发的低温高强陶瓷结合剂,该配方结合剂的耐火度890℃,抗折强度达到了60.13 MPa;烧制的陶瓷贴片在小进给、小切深、超高速磨削下,表面粗糙度Ra值为0.002 mm左右。     

cBN陶瓷结合剂磨盘的研究

本文通过差示扫描量热分析、X衍射分析、线膨胀测试仪、扫描电镜等测试手段对四种不同组份的结合剂性能及磨盘显微结构进行分析,结果发现:2#结合剂的耐火度为770℃,相对较低,可以实现磨具的低温烧成,防止cBN磨料的高温侵蚀,提高磨削效率和耐用度;2#结合剂中出现细小的片状微晶,起到了弥散强化的作用,增强了结合剂的强度;用2#结合剂所制的cBN磨盘,结合剂熔化完全,流动性好,对cBN磨粒的包裹性好,提高了磨盘强度和硬度,其抗弯曲强度达到62.37MPa,洛氏硬度HRB达到85。     

cBN砂轮在低速磨削中的应用

cBN砂轮在高速设备上使用非常广泛,但在老式低速磨床上采用cBN砂轮的非常少。我们在这方面做了大胆的尝试,就是在老式磨床上不做任何改进,直接更换相同直径的陶瓷cBN砂轮,通过更换皮带轮改变传动比,把砂轮速度从51.4 m/s提升到64.8 m/s,增大冷却液流量、压力,确定冷却液冲刷位置,改变切削的进给量,使cBN砂轮的一个修整频次内寿命大幅提升。最后证明陶瓷cBN砂轮在低速磨床中一样可以替代刚玉砂轮,并且不需要大的改造投资,可以获得非常好的综合经济效益。     

多孔CBN/Cu-Sn-Zn堆积磨料在钢轨打磨砂轮中的应用

为提高钢轨打磨砂轮的磨削效率和使用寿命,制备一种表面多孔但内部紧实的CBN/Cu-Sn-Zn堆积磨料。讨论Cu-Sn-Zn结合剂的性能、孔隙结构对CBN堆积磨料的影响以及堆积磨料对砂轮结构强度的影响,并通过钢轨被动打磨试验,对堆积磨料添加前后砂轮的磨削效果进行评价。试验结果表明:最佳的多孔CBN堆积磨料试样弯曲强度为78.5?MPa,抗冲击强度为5.5?kJ/m2,表面孔隙率在30%～40%。磨料的复合使用可以有效地结合CBN高硬度与锆刚玉良好的冲击韧性的特点,添加体积分数为20%的堆积磨料提高钢轨打磨砂轮的打磨效率及打磨质量。      

磨喷油嘴陶瓷结合剂CBN砂轮的研制及应用

本文对磨喷油嘴陶瓷结合剂CBN砂轮的制备及应用进行了研究,制定了适宜的陶瓷结合剂CBN砂轮的制备条件。所研制的陶瓷结合剂CBN砂轮磨削性能好,生产效率高,使用寿命长,加工工件质量高,能很好地满足喷油嘴的加工要求,且性能价格比优于普通砂轮和进口陶瓷结合剂CBN砂轮。     

高速立方氮化硼砂轮与绿色制造

以磨削加工汽车发动机凸轮轴、曲轴为例,对陶瓷CBN砂轮与普通刚玉砂轮进行了加工效果对比。结果表明:高速陶瓷CBN砂轮的耐用度是普通陶瓷刚玉砂轮的100倍,寿命是普通砂轮的的44.4倍,而原材料消耗仅为其1/56;加工相同的工件数量,使用刚玉砂轮进行加工,磨料消耗是高速CBN砂轮的400余倍;采用高速陶瓷CBN砂轮代替刚玉砂轮可提高生产效率30%以上,综合生产成本比刚玉砂轮磨削降低60%。高速CBN砂轮具有高效率、高精度、低磨削成本,低环境污染的技术优势,其代表了当今世界磨具产品发展的一个主要方向,是实现绿色加工目标的有效手段。     

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。