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期刊信息/Journal information
金刚石与磨料磨具工程
郑州磨料磨具磨削研究所
金刚石与磨料磨具工程

郑州磨料磨具磨削研究所

王琴

双月刊

1006-852X

smzzgj@126.com

0371-67661785

450001

郑州市高新区梧桐街121号

金刚石与磨料磨具工程/Journal Diamond & Abrasives Engineering北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是行业中唯一国内外公开发行中央级刊物。本刊为全国中文核心期刊，美国Ei数据库收录用刊，美国化学文摘（CA）收录用刊，中国学术期刊（光盘版）全文入编期刊。主要报道内容为超硬材料（金刚石、立方氮化硼）合成、制品制造与应用、专用设备、普通磨料磨具、磨削与修整技术等领域的科研成果、最新进展。
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    热丝化学气相沉积法制备单晶金刚石的试验研究

    张川刘栋栋陆明孙方宏...
    279-285页
    查看更多>>摘要：热丝化学气相沉积法沉积区域可达12英寸(30.48 cm),其具备大批量生产单晶金刚石的潜力.采用尺寸为3 mm×3 mm×1 mm,(100)取向的单晶金刚石为基体,利用热丝化学气相沉积法以甲烷和氢气为前驱体,同时通入少量氮气进行同质外延生长.结果表明,在热丝温度为 2 200℃、碳源浓度为 4%、腔体气压为 4 kPa的条件下,单晶金刚石以 3.41 μm/h的速度生长,表面无多晶、破口、孔洞等缺陷;外延层X射线衍射光谱在(400)面处峰值的半高宽为 0.11°,低于基体的半高宽 0.16°,证明外延层具有较高的晶体质量;氮气的引入可以提升单晶金刚石的生长速度,同时降低外延层的晶体质量,较高的氮气浓度还会使得单晶金刚石的生长模式转为岛状生长.

    热丝化学气相沉积法单晶金刚石工艺参数优化氮气掺杂

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    金刚石基材料及其表面微通道制备技术在高效散热中的应用

    邓世博夏永琪吴明涛岳晓斌...
    286-296页
    查看更多>>摘要：随着第三代半导体材料的兴起,电子器件逐渐向着高功率、小型化、集成化方向发展.传统散热技术已难以满足第三代半导体器件高热流的散热要求,由此带来的温度堆积问题成为器件失效的主要原因.金刚石基材料具有优异的散热性能,基于此材料的高效散热技术有望解决高热流散热难题.总结了金刚石基材料的发展及其表面微通道制备的主要方法,综述了金刚石基材料在高效散热领域中的应用和未来的发展方向.金刚石基材料高效散热技术的发展及应用能够为高热流密度散热难题的解决提供技术支撑.

    金刚石微通道加工高效散热

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    激光选区熔化成形金刚石复合材料特征几何结构的工艺约束研究

    谢志平何艺强徐仰立黄国钦...
    297-303页
    查看更多>>摘要：多孔金刚石磨具是一种能在磨削加工过程中提供容屑和冷却液流通空间的新型工具,激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成形技术是制造多孔金刚石磨具的有效手段.受激光增材制造的光斑尺寸约束、逐层成形等技术特征的影响,所设计的多孔金刚石磨具难以精准成形,因此有必要对金刚石复合材料特征几何结构的可成形性进行研究.基于SLM125HL设备,以CuSn20/金刚石复合材料为研究对象,采用SLM成形技术成形了不同成形方向、不同尺寸的悬垂结构、薄壁、圆孔和尖角等特征几何结构,并对其可成形性、成形误差及产生原因进行分析.结果表明:金刚石复合材料悬垂结构的最佳可成形尺寸为1.00～2.00 mm,薄壁结构的最小可成形尺寸为 0.70 mm;垂直于成形方向的圆孔结构的最小可成形直径尺寸为 0.50 mm,平行于成形方向的圆孔结构的最佳成形直径尺寸为 1.00～4.00 mm;尖角结构的可成形角度需＞10°.这些特征几何结构的成形误差主要受激光对复合粉末的热吸附、激光光斑热影响区扩散以及复合粉末的弱支撑等作用影响.

    激光选区熔化CuSn20/金刚石复合材料特征几何结构工艺约束

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    金刚石颗粒表面镍镀层化学改性研究

    邹余耀田晓庆高传平韩国志...
    304-308页
    查看更多>>摘要：为消除金刚线生产过程中分散剂对工艺的负面影响,探索新的金刚线镀镍工艺.首先,使用H2O2 对镀镍金刚石颗粒表面进行羟基化;然后,将其同二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅)丙基]氯化铵进行反应,制备表面带正电的金刚石颗粒;最后,对金刚线的制备工艺进行优化.研究结果表明:反应后金刚石颗粒的表面电位从-7.50 mV转变至 14.10 mV以上,最高可达 30.68 mV.其最佳制备条件为原砂与H2O2 的质量比为2∶1,处理时间为 1 h;金刚石颗粒与季铵盐的质量比为 1∶2,处理时间为 4 h.在电镀过程中,经表面化学修饰的金刚石颗粒能够在没有分散剂的条件下,均匀地向阴极迁移,其上砂量增多20%以上.

    金刚线镍镀层化学修饰电镀

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    Si调控Cu-20Sn-15Ti钎料显微组织与性能的演变行为

    张黎燕杜全斌毛望军崔冰...
    309-318页
    查看更多>>摘要：为通过成分调控改善Cu-Sn-Ti钎料的显微组织及性能,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及EDS能谱分析等设备,研究了Si对Cu-20Sn-15Ti钎料显微组织与性能的影响规律.结果表明:Cu-20Sn-15Ti钎料的显微组织为大尺寸多边形状CuSn3Ti5 相、共晶组织和α-Cu相.添加少量的Si(质量分数≤2.0%)可细化钎料中多边形状 CuSn3Ti5 相,并生成小尺寸 Si3Ti5 相,较多的 Si(质量分数≥3.0%)会造成多边形状CuSn3Ti5 相分化离散、共晶组织粗化减少,Si3Ti5 相含量增加且粗化,当Si含量增至 5.0%时,钎料不再生成多边形状CuSn3Ti5 相和共晶组织,Ti主要用于生成Ti5Si3 相,显微组织主要为Ti5Si3 相、α-Cu相、Cu41Sn11 相和少量条状CuSn3Ti5 相;与Cu、Sn相比,Si与Ti具有更强的化学亲和力,Si优先与Ti反应生成Ti5Si3 相;Ti5Si3 相的三维组织形貌为棱柱状,且呈团聚附生特征,粗条状Ti5Si3 相具有中心或侧面孔洞缺陷,孔洞的形成主要与其生长机制有关;随着Si含量的增加,钎料的剪切强度呈"升高-降低-升高"的趋势,断口形貌由准解理断裂和解理断裂的混合形态向解理断裂转变;CuSn3Ti5 相易破碎开裂成为起裂源,不同粗大状态CuSn3Ti5 相的存在均在一定程度上恶化钎料剪切强度.

    Cu-Sn-Ti钎料金刚石显微组织CuSn3Ti5相

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    纳米划擦速度对单晶硅去除行为的影响

    田海兰闫少华孙真真王浩昌...
    319-326页
    查看更多>>摘要：单晶硅作为典型的硬脆材料在不同的划擦速度下会有不同的应变率,进而产生不同的材料去除行为,采用分子动力学从应变率角度研究不同划擦速度下材料的变形与去除过程.结果表明:划擦过程中随划擦速度由 25 m/s增加到 250 m/s,单晶硅的应变率从 1.25×1010 s-1 提高至 1.25×1011 s-1,其划擦力、剪切应力和摩擦系数减小,划擦温度升高,且划擦表面的轮廓精度和粗糙度随划擦速度的增大而改善.划擦过程中的非晶化和相变是单晶硅纳米尺度变形的主要发生机制,剪切应力减小造成其亚表面损伤层深度由 2.24 nm减小到1.89 nm,划擦温度升高导致其表面非晶层深度增加.

    单晶硅纳米划擦分子动力学划擦速度应变率

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    基于单颗金刚石划擦的单向Cf/SiC复合材料去除机理

    温家宙王庆霞余爱武吴重军...
    327-334页
    查看更多>>摘要：为研究单向Cf/SiC复合材料划擦去除机理,采用单颗金刚石磨粒开展准静态划擦试验,分析不同压痕载荷下划擦材料的声发射信号变化,结合SEM形貌分析材料的去除行为和划擦去除机理.试验结果表明:声发射信号强度随着压痕载荷增加而增强,相同参数下SB方向信号值更大,信号波动更剧烈.结合声发射信号与SEM形貌分析,得出材料在不同方向的划擦去除行为,材料以脆性去除为主,SA方向纤维以拉伸断裂和纤维拔出为主,SB方向纤维主要断裂方式为弯曲断裂和剪切断裂.根据SEM形貌分析,阐述去除行为的形成过程,即解释材料划擦去除机理.

    单向Cf/SiC复合材料单颗磨粒划擦试验声发射信号材料去除机理

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    单颗金刚石磨粒划擦2D SiCf/SiC复合材料实验

    王优哲刘瑶周扬李家豪...
    335-345页
    查看更多>>摘要：为了揭示 2D SiCf/SiC复合材料的磨削去除机理,根据 2D SiCf/SiC复合材料的编织结构特点,分别在2D SiCf/SiC纤维的编织表面(woven surface,WS)和叠加表面(stacking surface,SS)沿 0°、45°和 90°方向开展单颗金刚石磨粒划擦实验,测量其划擦力和划痕深度,并观察划痕表面形貌.结果表明:在WS0(纤维编织表面的 0°方向)上SiCf/SiC材料的去除方式主要为纵向纤维(纤维轴向与进给速度方向一致)的剪切、拉伸、弯曲断裂和横向纤维(纤维轴向与进给速度方向垂直)的剪切、弯曲断裂;在WS45(纤维编织表面的45°方向)上主要为纤维的剪切、弯曲、拉伸断裂;在SS0(纤维叠加表面的 0°方向)上主要为法向纤维(纤维轴向垂直于划擦表面)的延性去除、剪切、弯曲断裂,纵向纤维的剪切、拉伸、弯曲断裂;在SS90(纤维叠加表面的90°方向)上主要为法向纤维的延性去除、剪切、弯曲断裂和横向纤维的剪切、弯曲、拉伸断裂.由于SiC纤维的各向异性,不同方向、不同断裂形式有不同的力学性能,剪切断裂所需要的力最小,拉伸断裂所需要的力最大.在相同划擦深度下,因WS0、WS45、SS0、SS90方向上断裂形式的不同和剪切、弯曲、拉伸断裂所占的比例不同,其划擦力大小依次为FSS0>FWS45>FSS90>FWS0.且磨粒切入复合材料后随着裂纹的扩展和相互贯通,SiC基体会一起被剥离去除,部分基体受到挤压去除后再次被磨粒划擦去除形成延性划痕.2D SiCf/SiC复合材料切削时宜选择WS0方向,而尽量避开SS0方向.

    单颗金刚石磨粒划擦SiCf/SiC复合材料纤维取向划擦力表面形貌

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    轴承表面Al2O3基陶瓷绝缘涂层的粗糙度预测

    徐钰淳朱建辉师超钰王宁昌...
    346-353页
    查看更多>>摘要：为了提升轴承表面Al2O3 基陶瓷绝缘涂层的粗糙度预测精度,提出基于光谱共焦原理的砂轮表面测量及磨粒特征参数量化方法,以砂轮表面的磨粒特征参数K,砂轮线速度vs,工件进给速度f,切削深度ap及法向磨削力F为输入参数,建立能够直接反映砂轮表面时变状态的工件表面粗糙度BP神经网络预测模型,并通过已知磨削样本及砂轮磨损后的 4组未知样本对网络预测模型性能进行验证.结果表明:已知样本的BP网络模型粗糙度预测结果与实际结果的规律及数值较为一致,其网络输出误差均<±0.04 μm;4组未知样本的网络预测精度下降,但其相对误差最大值的绝对值不超过 20.00%.建立的包含砂轮表面磨粒特征参数的神经网络预测模型,可以适应砂轮磨粒磨损时变状态下的轴承表面Al2O3 基陶瓷绝缘涂层的粗糙度预测,且其对未知样本具有一定的泛化能力.

    Al2O3基陶瓷绝缘涂层粗糙度预测BP神经网络磨粒磨损

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    ITO导电玻璃单颗磨粒切削机理仿真试验研究

    邱晓龙孙兴伟刘寅杨赫然...
    354-362页
    查看更多>>摘要：为研究氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)导电玻璃材料的去除机理,采用单磨粒对材料进行切削仿真,建立了ITO导电玻璃的材料模型,根据加工表面形貌、应力和切削力情况分析了材料去除机理,之后研究了切削参数对切削力和残余应力的影响,并与钠钙玻璃进行对比分析.结果表明:在磨粒的切削过程中,材料的去除受ITO薄膜层、玻璃基底和内聚力接触行为的共同影响,会产生分层、通道开裂和层间断裂等失效形式;随着磨粒的进给,切削力在一定范围内波动,且呈现上升、稳定、降低的变化,同时磨粒的切削力与切削速度和切削深度呈正相关;薄膜上残余应力相比玻璃基底,数值更大且波动更剧烈;当切削深度接近ITO薄膜厚度时,薄膜的存在对磨粒切削行为的影响显著.

    ITO导电玻璃材料去除机理切削力残余应力

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