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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。
正式出版
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    铌酸锂晶体超精密加工技术研究进展

    田业冰魏成伟宋晓梅钱乘...
    695-724页
    查看更多>>摘要：铌酸锂(LiNbO3)晶体光电特性优异,是制造光学调制器、频率倍增器、滤波器等光电子器件的首选材料,在 5G无线通信、微纳/集成光子学和人工智能等前沿领域具有巨大应用价值.然而,铌酸锂晶体硬度低、脆性大、各向异性强,大尺寸高品质晶体的制备方法及其高效高质低/无损伤的超精密加工技术是实现铌酸锂晶体器件广泛应用的重要瓶颈.本文主要介绍超精密加工铌酸锂晶体过程中表面/亚表面损伤的产生机理与演变规律,以及减薄、研磨、抛光、超构表面制备等方面的研究进展.分析铌酸锂加工过程中易出现划痕、裂纹和磨料嵌入的原因,以及目前常用铌酸锂晶体超精密加工方法的特点及局限性,提出未来实现大尺寸铌酸锂高效率高表面质量加工的新技术.研究表明:离子切片和磨削能有效实现铌酸锂晶体减薄,研磨和化学机械抛光是常用的铌酸锂晶体表面超精密加工技术,刻蚀、激光烧蚀、聚焦离子束等技术是制备高质量铌酸锂超构表面的微纳加工技术.同时,高剪低压磨削、磁性剪切增稠抛光等新技术在实现铌酸锂晶体表面高效高质加工方面具有极大潜力,但铌酸锂晶体材料去除机理、弹-塑-脆加工临界条件和表面质量控制等问题还亟待系统研究.

    铌酸锂超精密加工表面/亚表面损伤高剪低压磨削化学机械抛光磁性剪切增稠抛光

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    Ti3AlC2含量对聚晶金刚石性能的影响

    张群飞肖长江汤黎辉郑皓宇...
    725-732页
    查看更多>>摘要：结合剂的类型和含量对聚晶金刚石的性能有很大的影响.以 5 μm金刚石为原材料,选用MAX相中的Ti3AlC2 为结合剂,在 5.5 GPa、1 500℃下制备不同Ti3AlC2 含量的聚晶金刚石,分析了Ti3AlC2 的含量对聚晶金刚石的物相、显微结构及力学性能的影响.结果表明:Ti3AlC2 在高温高压下会完全分解形成TiC和Al-Ti合金,并与金刚石反应生成Al4C3 和TiC等物相,且TiC和Al4C3 均匀分布在金刚石颗粒间并与金刚石紧密黏结在一起,从而提升聚晶金刚石的力学性能.当Ti3AlC2 质量分数为 20%时,聚晶金刚石的相对密度、维氏硬度和磨耗比均达到最大值,分别为 99.3%、54.0 GPa和 5 733.3;当Ti3AlC2 质量分数为 25%时,聚晶金刚石的断裂韧性达到最大值5.23 MPa·m1/2.

    聚晶金刚石Ti3AlC2高温高压力学性能

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    基于小位移旋量理论的六面顶压机顶锤对中精度分析

    王良文董巳洁司亮汪曙光...
    733-743页
    查看更多>>摘要：为了提升金刚石合成装备六面顶压机顶锤的对中精度,开展六面顶压机铰链梁的工作腔体装配误差分析.首先,基于小位移旋量(small displacement torsor,SDT)理论,建立要素采用不同公差原则时的金刚石压机铰链梁装配公差模型;其次,利用空间矢量表示三维尺寸链,基于空间矢量环叠加原理推导出表示铰链梁活塞顶锤运动位姿的封闭环尺寸及其变动计算模型,进而得到其底、左、上顶锤中心轴线与各自顶锤外端面交点可能的误差范围;最后,比较三维公差分析得到的单个铰链梁活塞顶锤位姿累积闭环误差FR与一维尺寸链分析得到的类似误差X.结果表明:由于FR的组成环要多于X的组成环,其结果更能准确地表示铰链梁系统的误差传递结果,且FR[-1.005,1.005]表示的误差范围要大于X[-1.000,0.780]表示的误差范围,验证了该方法对装配公差分析的优越性和准确性.同时,通过筛选试验设计(Plackett-Burman design,PBD)筛选出对单个铰链梁活塞顶锤位姿封闭环影响较显著的变量,为合理分配压机铰链梁的加工精度提供了理论基础,有利于保障金刚石压机顶锤的对中精度,合理分配压机铰链梁相关结构配合公差及各部件的容差,并优化设备的加工成本.

    金刚石合成压机铰链梁对中精度公差原则三维公差

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    聚晶金刚石层厚度与复合片直径对PDC残余热应力的影响

    杨添添黄凯
    744-751页
    查看更多>>摘要：残余热应力是导致聚晶金刚石复合片(PDC)失效的原因之一.为提升PDC在实际使用过程中的性能,并为PDC的设计提供模拟计算依据,利用ANSYS建立PDC的参数模型,通过"热-结构"耦合法计算PDC的残余热应力值,分析PCD层和硬质合金层的厚度比及PDC直径对残余热应力分布特征的影响规律.结果表明:当PDC直径为 16 mm、总厚度为 13 mm时,其PCD层和硬质合金层的最佳厚度比为 0.180;当PCD层厚度为 2.0 mm时,PDC最佳直径值为 18 mm;当PCD层厚度为 3.0 mm时,应根据实际使用情况确定PDC最佳直径值.

    有限元分析聚晶金刚石复合片残余热应力聚晶金刚石层厚度PDC直径

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    SiC晶片减薄用金属间化合物黏结剂金刚石砂轮制备及性能

    陈帅鹏何珂桥康希越贺跃辉...
    752-760页
    查看更多>>摘要：与Si基材料相比,SiC因其导热性好、击穿电场强度高和禁带宽度大等特性成为芯片制造的理想基底材料.但SiC晶片莫氏硬度高达 9.5,磨削困难.实现SiC晶片的减薄加工,降低加工成本,提高SiC晶片的加工质量,成为半导体行业亟待解决的问题.采用Cu3Sn和Cu6Sn5 金属间化合物为黏结剂,制备面向SiC晶片粗磨和精磨减薄的金刚石砂轮.结果表明:金刚石砂轮能够适用于SiC晶片的减薄加工,制备的M5/10金刚石粗磨砂轮减薄 6英寸(15.24 cm)SiC晶片的磨耗比达 1.0∶5.0,SiC晶片表面粗糙度为 0.011 µm;制备的M1/2金刚石精磨砂轮减薄同种SiC晶片,其磨耗比为 1.0∶0.6,SiC晶片表面粗糙度达 2.076 nm,总厚度变化 RTTV＜3.00 µm.金刚石砂轮的减薄效果良好,可满足工业生产需要.

    金属间化合物金刚石砂轮SiC晶片磨削质量

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    陶瓷结合剂中各组分含量对其性能的影响

    陈棋王春华栗正新张霖...
    761-768页
    查看更多>>摘要：为探究R2O-Al2O3-B2O3-SiO2 体系结合剂中各组分含量变化对其性能的影响,通过改变结合剂中Al2O3、B2O3 和SiO2 的含量,对各组结合剂的耐火度、流动性、热膨胀系数、抗折强度以及显微硬度进行测定.结果表明:当Al2O3 和SiO2 的质量分数分别达到最大 25%和 65%时,结合剂的耐火度最大,可达 815℃;当B2O3的质量分数达到最大 30%、Al2O3 的质量分数达到最小 10%时,结合剂的耐火度最小,为 744℃;不同配方结合剂的流动性均为 95%～135%;结合剂的热膨胀系数和抗折强度都会根据n(Al2O3+B2O3)/n(Na2O)的变化表现出不同的变化;各组分对结合剂显微硬度提高的影响为SiO2>B2O3>Al2O3.

    陶瓷结合剂组分三元相图热膨胀系数力学性能

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    切削参数对ZrO2陶瓷切削过程影响的数值模拟

    吕世聪刘寅孙兴伟董祉序...
    769-780页
    查看更多>>摘要：采用有限元仿真方法对ZrO2 陶瓷工件进行三维切削过程的数值模拟,探讨工件材料切削过程中切屑去除机理、应力动态变化与分布规律以及切削力的演变规律等.结果表明:切削过程中刀具的硬接触行为显著影响材料去除,导致切屑崩落、材料开裂和裂纹扩展等失效形式出现.在切削深度分别为 200和250 μm时,工件末端边缘出现大量裂纹,并朝垂直切削方向扩展,导致工件边缘出现大尺寸碎裂.增大切削速度可引起应力和切削力的上下波动,但在整体上没有明显变化.刀具刃圆半径影响切入初期裂纹的形成,随着刃圆半径增大,刀具前端的裂纹长度逐渐缩短,但其对切削力的影响不明显.负的刀具前角切削不会使工件内部产生裂纹,可获得较好的加工质量;此外,在刀具前角为 0°时,其最大切削力最大,但随着刀具前角增加,其平均切削力变化不明显.

    ZrO2陶瓷有限元仿真切削深度刃圆半径刀具前角切削速度

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    细径金刚石线锯锯缝内切削液流场仿真研究

    陈佳虎葛培琪
    781-788页
    查看更多>>摘要：随着工件大尺寸化及锯丝细线化,锯切加工过程中的锯缝越来越深且窄,切削液在锯切过程中无法充分发挥作用,对切片质量影响较大.基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟,通过建立CFD锯缝模型,对金刚石线锯锯切加工材料时锯缝内切削液流场进行分析研究.仿真分析发现:在小尺寸锯缝内,随着走丝速度增大至 25 m/s,切削液更能充分进入锯缝,在锯丝与工件接触区域及非接触区域充满液体后,接触区域流体压力在 0.179 0 MPa左右,非接触区域流体压力在 0.159 0 MPa左右;切削液黏度和表面张力在一定范围内的降低,有利于保证锯缝内切削液的相对饱和与稳定,同时可以使锯缝内切削液压力分布更为稳定.

    金刚石线锯计算流体力学小尺寸锯缝切削液流场

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    PDC磨损齿切削破岩数值模拟研究

    蔡茂盛王红波张春江李赛...
    789-797页
    查看更多>>摘要：现有文献针对切削齿的数值模拟研究较少考虑磨损高度对切削齿温度、切削载荷的影响,然而聚晶金刚石复合片(PDC)切削齿磨损后受力恶化、热磨损加剧会导致其快速失效.为探讨这一问题,基于弹塑性力学和岩石力学,以Drucker-Prager准则为岩石的本构模型建立磨损齿的三维动态旋切仿真模型,运用数值模拟的方法分析在不同磨损高度、切削深度、前倾角的条件下切削齿的受力状态以及温升幅度.结果表明:与未磨损齿相比,磨损齿的切削载荷随磨损高度的增加而变大,且切削齿(直径 13.4 mm、总高 8 mm)磨损高度为 1.5 mm时达到最大;切削齿磨损越严重,吃入到同一深度所需的力越大;前倾角增加,导致切削载荷也会变大.因此磨损齿在切削钻进过程中,磨损高度越高、前倾角越大,切削齿的失效风险越高;随着切削齿磨损高度增加,切削齿温升显著增加,在模拟条件下可提高54%～103%.

    PDC切削齿Drucker-Prager准则单齿切削切削载荷切削热

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    低温喷雾冷却下骨组织磨削温度和磨削力的实验研究

    张丽慧谢硕罗明发王旭东...
    798-806页
    查看更多>>摘要：为提高骨磨削手术的安全性,提出采用低温喷雾冷却对骨磨削过程进行热控制.搭建可三维运动的骨磨削实验平台,采用直径为 4 mm的医用金刚石球状磨头以 20 000 r/min高转速在骨表面磨削加工.磨具前、后进给方式下磨削力值相近,当磨削深度为 0.5 mm时磨削平均功率约为 1.75 W.为降低磨削热引起的热损伤影响,将低温生理盐水喷雾(13℃,400 mL/h)输送到磨削区,并考察喷雾射流方向和磨头进给方向对磨削温度的共同影响.研究结果表明:低温喷雾冷却能使骨磨削温升低于 4.0℃,低于神经组织热损伤温升阈值 6.0℃,但喷雾的射流方向对温度场有较大的影响.当喷嘴位于磨具上方时,有利于向后进给;位于磨具前方时,有利于向前进给;位于磨具侧面时,对进给方向的影响较小.

    骨磨削喷雾冷却喷射方向磨削温度磨削力

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