基于Bi_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)体系的陶瓷结合剂金刚石砂轮制备及其对单晶硅的磨削性能

针对陶瓷结合剂烧结温度高的问题,提出一种基于Bi_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)的新型低温陶瓷结合剂。分析添加纳米SiC和纳米ZrO_(2)对结合剂物相组成、流动性和力学性能的影响,并探索添加核桃壳粉造孔剂对金刚石砂轮微观形貌的影响;制备基于Bi_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)体系的陶瓷结合剂金刚石杯形砂轮,测试其对单晶硅晶圆片的磨削性能。结果表明:添加纳米SiC会导致陶瓷结合剂中出现一定量的Bi单质,破坏结合剂的[BiO_(4)]玻璃网络;添加纳米SiC及纳米ZrO_(2)后,结合剂的流动性降低;随烧结温度上升,结合剂的流动性、抗弯强度和硬度有增大的趋势,在560℃烧结时结合剂的抗弯强度和硬度达到最大。随着造孔剂含量的增大,砂轮中大气孔的数量显著增多、尺寸显著增大。在砂轮线速度为12.56 m/s,工件转速为5.23 m/s,进给速度为0.1μm/s条件下,使用以M10/20金刚石(粒度号为800目)制备的砂轮磨削加工单晶硅晶圆片,其磨削比为790,表面粗糙度为0.16μm。

陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削超细晶粒硬质合金的表面粗糙度研究

本文结合单因素实验和正交实验,研究了从低速到高速磨削条件下,砂轮速度、进给速度、磨削深度、最大未变形磨削厚度以及磨削方式(顺磨或逆磨)对陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削超细晶粒硬质合金表面粗糙度的影响规律,分析了影响超细晶粒硬质合金表面加工质量的原因。研究表明,总体来说磨削参数的变化对超细晶粒硬质合金表面粗糙度的影响程度不大。高速磨削时的表面粗糙度相比低速磨削得到了比较明显改善。逆磨时的粗糙度比顺磨大,随砂轮速度增加下降更快。相比传统硬质合金,磨削WC颗粒更细、强度更高的超细晶粒硬质合金的表面粗糙度更低。磨削参数对表面粗糙度的影响程度从小到大依次是磨削深度、砂轮速度和进给速度,实际加工时为同时获得较高的磨除率和表面质量,宜采用高砂轮速度、低进给和大切深的磨削组合。

烧结温度对陶瓷结合剂金刚石砂轮性能的影响

以金刚石和陶瓷结合剂为原料,以制备的陶瓷结合剂金刚石砂轮为研究对象,研究了烧结温度对其性能的影响。金刚石的热重(TG)和差示扫描量热(DSC)以及陶瓷结合剂的DSC、X射线衍射(XRD)和流动性的分析,确定陶瓷结合剂金刚石砂轮试样的烧结温度上限。通过对陶瓷结合剂金刚石砂轮试样的XRD、扫描电子显微镜(SEM)、开口气孔率、弯曲强度和洛氏硬度的检测和分析,研究其最佳的烧结温度和微观结构。结果表明,实验所用的金刚石开始氧化温度为662.13℃,完全氧化温度为888.00℃。陶瓷结合剂的玻璃转化温度是774.03℃。烧结温度在740℃时,陶瓷结合剂未与金刚石发生化学反应。温度升高时,结合剂的流动性增大,陶瓷结合剂金刚石砂轮试样的开口气孔率也增大。在烧结温度为700℃时,试样的弯曲强度(84.11 MPa)和洛氏硬度(87.66 HRB)达到最大值,金刚石之间的结合剂"桥"更致密,结合剂与金刚石之间润湿性更好,形成有合适气孔的整体。

磨PCD刀具陶瓷结合剂金刚石砂轮的研究

本文研究制备Na2O-B2O3-SiO2-Al2O3多元系基玻璃料，并配制成低温陶瓷结合剂，研究发现：耐火度为685℃，流动性为110％～130％，线膨胀系数为5．35×10^-6℃^-1的低温陶瓷结合剂具有优异的性能。制备的陶瓷结合剂金刚石砂轮在725℃烧成后，磨具的抗弯强度和洛氏硬度达到最佳值，分别58．61MPa和77．9。用其磨削PCD刀片时锋利性好，磨削中间不需修整，砂轮耐用度高。运用扫描电子显微镜（SEM）分析了陶瓷结合剂金刚石磨具的断面形貌、磨削后磨削面形貌，表明结合剂对磨粒黏结牢固，断面组织均匀。

陶瓷结合剂金刚石砂轮的研究

采用Na2O、B2O3和SiO2为结合剂基本成分,添加CaO制备出粘结金刚石的低熔陶瓷结合剂。应用陶瓷结合剂金刚石砂轮对PDC产品进行磨削加工,实验结果表明,陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削PDC比树脂金刚石砂轮具有较大的优越性。

复合片外圆磨削用陶瓷结合剂金刚石砂轮的研制及应用

研究了复合片外圆磨削用陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备工艺及其应用,确定了合适的工艺参数。结果表明：自制Li-Al-B-Si-O系低温陶瓷结合剂含量在22%~26%时,砂轮的综合性能达到最佳;砂轮中磨料浓度越高,使用效果越好,随砂轮中磨料浓度的增加,砂轮的性价比逐渐提高,当浓度达到210%时,砂轮的寿命达到最高;陶瓷砂轮比树脂砂轮的寿命提高2~3倍,且单件复合片的磨削效率提高约30%;所研制的低温陶瓷金刚石砂轮综合性能达到国内领先水平,并具有较高的性价比。

陶瓷结合剂金刚石砂轮在加工PCD刀具中的优越性

通过陶瓷结合剂、树脂结合剂、金属结合剂金刚石砂轮在磨削加工PCD刀具中的应用,获得了一些具有对比性的试验结果。通过对试验结果的分析,发现陶瓷结合剂金刚石砂轮在加工PCD刀具上同树脂结合剂和金属结合剂相比具有:磨削效率高、耐用度高、加工成本低的特点。

磨PCD刀具用陶瓷结合剂金刚石砂轮的研制

以Li2O-Al2O3-SiO2-B2O3系作为基础玻璃,设计了两种不同化学组成的结合剂(V1和V2)。采用三点弯曲法,考察了两种结合剂试样的抗折强度随烧结温度的变化规律,以及结合剂引入量对含金刚石试样抗折强度的影响;借助XRD衍射分析技术测试了结合剂试样条的物相构成;分别用两种结合剂制作了陶瓷结合剂金刚石砂轮,考察了在不同磨削条件下的磨削效果。实验结果表明:V1结合剂为玻璃质结合剂,V2结合剂为微晶玻璃质结合剂;采用V1结合剂制作的金刚石砂轮比采用V2结合剂制作的金刚石砂轮性能更佳,可用于PCD/PCBN复合片的粗磨加工。

陶瓷结合剂金刚石砂轮的修整研究(Ⅰ)——各种修整方法的修整效果比较

金刚石砂轮欲获得满意的磨削效果必须进行适当的修整。目前一些常用的金刚石砂轮修整方法中,单点式金刚石修整笔和聚晶金刚石修整笔有较高的修整效率,但所修金刚石砂轮的磨削性能难以令人满意,SEM观察表明,此时砂轮表面的磨粒顶端大都被修平。制动式修整器所修金刚石砂轮的磨削性能好,但砂轮的不圆度仍有2～3μm,为了改进修整效果,本文提出了一种使用GC杯形砂轮的修整方法和装置。实验证明,此方法在修整效果和效率方面效果良好。

陶瓷结合剂金刚石砂轮的修整研究(Ⅱ)——杯形砂轮修整器的修整性能

本文详细讨论了杯形砂轮修整器修整陶瓷结合剂金刚石砂轮时的性能。主要结果如下:(1)修整器以横向进给方式修整时,金刚石砂轮断面形状为一斜线。使用其它修整器时,只要以横向进给方式进行修整,所得断面形状亦为一斜线。(2)修整器以切入送进方式修整时,只要把修整器旋转轴线调整到垂直于工作台面,则金刚石砂轮断面形状为一水平直线。若把旋转轴线调整到同工作台面成非90°夹角,则断面形状为一圆弧线或者斜线。(3)以切入送进方式修整时,金刚石砂轮速度越低或工作台速度越高,修整比越高。杯形砂轮旋转速度对修整比没有明显影响。(4)金刚石砂轮速度过快容易使砂轮表面磨粒钝化。

空心玻璃微珠对陶瓷结合剂金刚石砂轮微观结构和力学性能的影响

通过使用空心玻璃微珠作为造孔剂制备陶瓷结合剂金刚石砂轮,研究了不同含量和粒径的空心玻璃微珠对砂轮的总气孔率、抗弯强度、硬度以及微观结构的影响规律。试验结果表明:随着空心玻璃微珠含量的增加,砂轮总气孔率明显增加,抗弯强度和硬度显著下降;粗粒径(80μm)空心玻璃微珠陶瓷结合剂砂轮的抗弯强度和洛氏硬度略高于细粒径(40μm)砂轮的抗弯强度和洛氏硬度,但其总气孔率较细粒径砂轮更低。

微波烧结制备陶瓷结合剂金刚石砂轮的研究

为了探讨利用微波烧结技术制备陶瓷结合剂金刚石砂轮的可行性,通过一系列的实验,分析了试样的力学性能、相组成以及微观结构组织。结果表明:微波烧结可以在无压、气氛保护条件下短时间内实现陶瓷结合剂金刚石砂轮试样的制备,在800℃保温30 min制备的试样力学性能最佳,气孔率为34.88%,硬度为62.9 HRB,抗弯强度为50 MPa,观察微观组织结构可发现,在微波烧结工艺下,陶瓷结合剂可以实现对金刚石磨粒的有效包裹。

陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备研究

陶瓷结合剂金刚石砂轮广泛运用于磨削加工,文章研究了金刚石粒度、烧结温度及结合剂含量对陶瓷结合剂金刚石砂轮性能的影响。研究结果发现金刚石表面微观结构呈多孔状,粒度越细,烧结过程中与结合剂的反应活性越低,砂轮硬度越高。同时在一定范围内烧结温度越高,结合剂含量越低,砂轮硬度越高。

基于空心氧化铝微球造孔的陶瓷结合剂金刚石砂轮

研究空心氧化铝微球质量分数和粒径(0.2,0.4,0.6 mm)对砂轮的总气孔率、抗弯强度、硬度和微观结构的影响,制备以空心氧化铝微球为造孔剂的陶瓷结合剂金刚石砂轮,并研究砂轮对石英玻璃的磨削性能。结果表明:随着空心氧化铝微球质量分数增加,砂轮总气孔率升高,抗弯强度和硬度降低;空心氧化铝微球质量分数相同时,其粒径越小,砂轮的总气孔率越高,抗弯强度和硬度越低;制备的空心氧化铝微球陶瓷结合剂金刚石砂轮可用于磨削石英玻璃,加工后石英玻璃的表面粗糙度从0.5113μm降至0.0206μm。

溶胶-原位凝胶法制备陶瓷结合剂金刚石砂轮的结构与性能

溶胶-凝胶法是一种新颖的原位凝固成型工艺。将硝酸盐溶液、Si O_2溶胶和表面改性金刚石颗粒混合,引入高效分散剂等途径制备出了低黏度高固含量的金刚石微粉浆料,原位凝固后坯体各部位密度具有很好的均匀性,制备的胚体在850℃/1.5h条件下烧结后得到金刚石砂轮,研究混合料浆中固含量对砂轮的微观结构以及表面粗糙度、抗弯强度和气孔率等性能的影响。结果表明:采用溶胶-凝胶法制备的砂轮烧结体可达到理论密度的97%,基本实现致密化。Si O_2-Al_2O_3-Zn O-Na_2O-Li_2O-P_2O_5复合氧化物陶瓷结合剂晶化程度高,晶型完整;随混合料浆中固含量增加,砂轮的气孔率先降低后升高,而抗弯强度则先升高后降低,当固含量(体积分数)为60%时,砂轮的孔隙率和抗弯强度分别达到最小值(26.5%)和最大值(68MPa)。与传统粉末压制法相比,采用溶胶-凝胶原位法制备的砂轮,微观结构均匀,磨削后的硬质合金工件表面无较深划痕,工件的表面粗糙度为0.049μm,砂轮的抗弯强度和气孔率分别提高约33.8%和41.1%。

微波烧结陶瓷结合剂金刚石砂轮研究

为了提高陶瓷结合剂金刚石砂轮的性能,采用微波烧结技术,通过一系列试验,分析了陶瓷结合剂金刚石砂轮的微波烧结温度、陶瓷结合剂含量和金刚石磨料粒度对其性能的影响。结果表明:微波烧结温度是影响陶瓷结合剂金刚石砂轮性能的最主要因素,远超其余二者;陶瓷结合剂金刚石砂轮试样的洛氏硬度和抗弯强度在740℃时达到极大值且气孔率较小,此时洛氏硬度为66 HRB,抗弯强度为76.5 MPa,气孔率为17.8%;由微观组织观察可知陶瓷结合剂金刚石砂轮在740℃时可以实现陶瓷结合剂对金刚石磨料的均匀包裹,并且气孔较少。

用于磨削6H-SiC晶片的陶瓷结合剂金刚石砂轮制备及磨削试验研究

使用自制的陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削6H-SiC晶片,研究了6H-SiC晶片材料去除方式和砂轮的磨损机理。研究结果表明:6H-SiC晶片材料去除方式主要是脆性断裂,磨削后晶片的表面粗糙度为Ra0.108μm,且砂轮部分气孔被磨屑填充,金刚石磨粒有轻微的破碎与磨损现象。

陶瓷结合剂金刚石砂轮组织结构对其性能的影响

研究单晶硅片磨削用陶瓷结合剂金刚石砂轮的组织结构对砂轮性能的影响,评估砂轮组织结构对砂轮磨损速率、磨床主轴电流、磨削后的单晶硅片表面粗糙度及其表面形貌的影响。试验结果显示:主轴电流随着砂轮组织中孔隙率的增加呈现下降趋势,从最高的7.0 A降低至6.3 A;砂轮的磨损速率则表现出相反的规律,气孔率最大的砂轮的磨损速率是最小的砂轮的近2倍,分别为2.5252μm/片和1.4238μm/片;砂轮组织结构对磨削后工件的表面粗糙度影响不大,工件的表面粗糙度Ra值分别为7.67、7.47和7.37 nm;但当气孔孔径过大、孔壁变薄时,会造成磨削工件表面出现深划痕,导致硅片磨削质量恶化。

环保型ELID磨削用RB陶瓷结合剂金刚石砂轮的开发

为了构筑环保型EL ID磨削加工工艺,利用以米糠为原料的RB陶瓷试制了EL ID磨削用导电性RB陶瓷结合剂金刚石砂轮。所试制的砂轮经电解修锐,砂轮表面可形成高氧浓度的电绝缘层。摩擦磨损试验表明,该层的摩擦系数比母材高且容易磨损。为了评价RB陶瓷,以8000#金刚石磨粒制作了RB陶瓷结合剂砂轮,对单晶硅和金属材料的加工特性作了调查。实验证实,将RB陶瓷结合剂砂轮和EL ID相结合,可实现稳定的加工,且加工表面未出现金属成分附着现象。另外,利用该砂轮可对单晶硅、冷加工工具钢、硬质合金进行高品位加工,表面光洁度约达R y30nm左右,加工奥氏体不锈钢则约达R y100nm。

陶瓷结合剂金刚石砂轮磨料的选择

利用扫描电镜和综合热分析仪对RVD类金刚石磨料中的破碎料、原生料和镀T i料进行了表征和研究,试验结果表明:原生料晶体形状不规则,表面缺陷多,抗氧化性能低于其他两种原料,但与陶瓷结合剂的结合强度较高,制备的金刚石砂轮片的耐磨性最好。