一、工业陶瓷实验

工业陶瓷实验在行星式硅片研磨机上进行。氧化铝和钛酸钡的显微硬度值分别为1507.44HV0.1和623.9HV0.1。试件厚度为2mm。研磨转速为80、120、160、200(r/min)，抛光盘直径为350mm，行星轮自转速度为120r/min。工业陶瓷所用磨料为CW63、GCW28和W1.5金刚石微粉。研磨盘材料分别采用铸铁和绒布。磨削压力为24.5N。在研磨前后，用超声波清洗机清洗工业陶瓷工件并烘干，在万分之一精度的精密天平上称出工业陶瓷工件研磨重量，由此换算出工业陶瓷研磨体积(研磨量)。测量研磨前后工业陶瓷工件的表面粗糙度值，在扫描电镜上观察其研磨表面形貌。

二、工业陶瓷实验结果与分析

1.研磨(mo)工艺对(dui)工业(ye)陶瓷磨(mo)削效果的(de)影响

由图1可见，对于两种工业陶瓷工件材料，研磨量均随着研磨时间的延长而呈线性增加。PTC的硬度不及Al2O3硬度的一半，Al2O3的研磨量远小于PTC的研磨量，即PTC相对于Al2O3陶瓷是易于被切除的。

图1研磨工艺参数与(yu)研磨量的(de)关系

  
工业陶瓷随着(zhe)研磨(mo)(mo)转(zhuan)速(su)的提高(gao)，由于工件(jian)(jian)与磨(mo)(mo)盘(pan)上(shang)磨(mo)(mo)料(liao)的相对切削(xue)运动(dong)次(ci)数增加，研磨(mo)(mo)量(liang)也有(you)所提高(gao)，磨(mo)(mo)料(liao)粒(li)度(du)则(ze)对研磨(mo)(mo)量(liang)有(you)决定性的影响，磨(mo)(mo)料(liao)越(yue)(yue)粗，磨(mo)(mo)料(liao)滚(gun)动(dong)嵌入(ru)工件(jian)(jian)并(bing)切削(xue)的能力越(yue)(yue)强(qiang)，对PTC和Al2O3均在使用CW63、200r/min时，工业陶瓷获(huo)得最大(da)切除量(liang)。对于硬(ying)度(du)高(gao)、组织致密的Al2O3材料(liao)，磨(mo)(mo)料(liao)压入(ru)工件(jian)(jian)、滚(gun)动(dong)破碎切削(xue)的能力低，研磨(mo)(mo)转(zhuan)速(su)和磨(mo)(mo)料(liao)粉粒(li)度(du)对切除量(liang)的影响程(cheng)度(du)，低于PTC。

工业陶瓷研磨时，磨料随着磨削过程的冲击作用，碾压破碎成细小颗粒，磨削能力下降。不断加入的磨料则有较好的切削作用，而破碎后的磨料则起到研磨抛光作用，两者的有机结合在一定的研磨时间内达到平衡。因此，随着工业陶瓷研磨时间的延长，工业陶瓷研磨表面粗糙度趋于平稳，达到可实现的最佳值(见图2a)。

工业陶瓷研磨时间和转速(su)

b)磨料粒度图2研磨工艺参数与表面粗糙度的关系

工(gong)业(ye)(ye)(ye)陶瓷(ci)研(yan)磨(mo)表(biao)面粗糙(cao)度(du)主要与工(gong)件(jian)(jian)(jian)初始(shi)磨(mo)削表(biao)面质(zhi)量、磨(mo)料粒(li)(li)度(du)和磨(mo)料性质(zhi)等(deng)有关(guan)。大颗粒(li)(li)的(de)磨(mo)料会在工(gong)件(jian)(jian)(jian)表(biao)面产(chan)生较深的(de)划(hua)痕，如(ru)果磨(mo)料不(bu)易于被破(po)(po)碎(sui)，磨(mo)料产(chan)生的(de)划(hua)痕，不(bu)仅会导致工(gong)业(ye)(ye)(ye)陶瓷(ci)研(yan)磨(mo)表(biao)面粗糙(cao)度(du)增大，而(er)且会在工(gong)业(ye)(ye)(ye)陶瓷(ci)研(yan)磨(mo)表(biao)面产(chan)生表(biao)面微裂纹损伤(shang)层，既会影响(xiang)工(gong)业(ye)(ye)(ye)陶瓷(ci)工(gong)件(jian)(jian)(jian)的(de)使用性能(neng)，又会导致工(gong)业(ye)(ye)(ye)陶瓷(ci)工(gong)件(jian)(jian)(jian)在研(yan)磨(mo)过程和后续加工(gong)中产(chan)生破(po)(po)损。游离(li)磨(mo)料研(yan)磨(mo)时磨(mo)料的(de)切削运动是瞬时不(bu)规则的(de)，工(gong)业(ye)(ye)(ye)陶瓷(ci)工(gong)件(jian)(jian)(jian)的(de)受力不(bu)均匀和游离(li)磨(mo)料的(de)深度(du)嵌(qian)入是导致工(gong)业(ye)(ye)(ye)陶瓷(ci)工(gong)件(jian)(jian)(jian)易碎(sui)的(de)重要原因。

研磨(mo)(mo)材质较(jiao)软的(de)PTC时(shi)，由于磨(mo)(mo)料划痕的(de)作用，使(shi)表(biao)面(mian)(mian)呈(cheng)不规则的(de)脆性断裂，有(you)时(shi)甚至会导致研磨(mo)(mo)后局(ju)部表(biao)面(mian)(mian)粗(cu)糙度(du)比研磨(mo)(mo)前的(de)要(yao)大，这些(xie)断裂是PTC后续加工和包装运(yun)输时(shi)破碎的(de)裂纹源。铸铁(tie)盘的(de)研磨(mo)(mo)速(su)度(du)对磨(mo)(mo)削质量(liang)的(de)影响不明显(见图(tu)2a)；磨(mo)(mo)料越细(xi)，磨(mo)(mo)削质量(liang)越好(hao)。Al2O3比PTC组织致密、硬(ying)度(du)高(gao)(gao)，所以研磨(mo)(mo)表(biao)面(mian)(mian)粗(cu)糙度(du)随磨(mo)(mo)料粒度(du)变(bian)细(xi)而下(xia)降的(de)程度(du)较(jiao)小(xiao)；PTC表(biao)面(mian)(mian)质量(liang)提(ti)高(gao)(gao)较(jiao)快，而在实验条件下(xia)最终达到(dao)的(de)表(biao)面(mian)(mian)粗(cu)糙度(du)低于Al2O3(见图(tu)2b)。

从实验结果(见图(tu)3)来看，磨盘材(cai)料对加工(gong)表(biao)面(mian)粗糙度有明显(xian)的影(ying)响。使(shi)用(yong)(yong)绒布(bu)时，由于(yu)绒布(bu)的弹性(xing)抛光作用(yong)(yong)，表(biao)面(mian)粗糙度明显(xian)低于(yu)使(shi)用(yong)(yong)铸铁盘。随着转速(su)的提(ti)高(gao)，表(biao)面(mian)粗糙度下降。

图3磨(mo)盘材料与(yu)研(yan)磨(mo)表面粗糙度值的关系在采(cai)用(yong)金刚(gang)石磨(mo)料研(yan)磨(mo)时，由于金刚(gang)石磨(mo)粒嵌入纤维后，难(nan)以破碎，导致磨(mo)削质量下(xia)降(jiang)。

2.工业陶瓷研磨表面形貌

工(gong)(gong)业陶(tao)(tao)瓷(ci)在SEM下观(guan)察一组不(bu)同研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)条件(jian)下的(de)PTC研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)貌(mao)图得知，采用铸铁盘低(di)速研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)时，工(gong)(gong)业陶(tao)(tao)瓷(ci)工(gong)(gong)件(jian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)晶(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)和晶(jing)(jing)(jing)界十分(fen)清晰，同时可见组织(zhi)结构(gou)中的(de)气孔。工(gong)(gong)业陶(tao)(tao)瓷(ci)工(gong)(gong)件(jian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)是(shi)由(you)磨(mo)(mo)(mo)(mo)粒(li)(li)滚压破碎而成的(de)，表(biao)(biao)现(xian)为(wei)明显(xian)的(de)脆性断(duan)裂(lie)形(xing)(xing)貌(mao)。部分(fen)晶(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)产生(sheng)穿晶(jing)(jing)(jing)断(duan)裂(lie)，没有明显(xian)塑性变形(xing)(xing)特征(zheng)。研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)速度对(dui)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)貌(mao)即表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)粗糙度的(de)影响不(bu)明显(xian)。

坦面(mian)残留在(zai)工业(ye)陶瓷工件表面(mian)的断裂(lie)裂(lie)纹(wen)使工件强度明显(xian)下(xia)降。磨(mo)料变细时(shi)，工业(ye)陶瓷表面(mian)出现了一(yi)(yi)些平(ping)坦，晶界趋(qu)于模糊，即(ji)表面(mian)质量变好。工业(ye)陶瓷采用(yong)绒布研(yan)磨(mo)时(shi)，研(yan)磨(mo)表面(mian)显(xian)现为若(ruo)干条深(shen)浅(qian)方向(xiang)不一(yi)(yi)的划痕、气孔和凹坑(keng)，存在(zai)不同方向(xiang)上微切(qie)削作用(yong)下(xia)产生的浅(qian)沟槽(cao)、沟边(bian)缘隆起及(ji)细长切(qie)屑现象。由于绒布的弹性(xing)抛光和对磨(mo)料的把(ba)持作用(yong)，研(yan)磨(mo)加工中的塑(su)性(xing)切(qie)削明显(xian)。随着工业(ye)陶瓷磨(mo)料变细和研(yan)磨(mo)速(su)度的提(ti)高，塑(su)性(xing)流动槽(cao)变浅(qian)，表面(mian)趋(qu)于更(geng)加平(ping)坦。粉屑对填平(ping)工件凹坑(keng)也有(you)一(yi)(yi)定作用(yong)。

实验条件表明，采用铸铁盘难以获得PTC平坦光滑表面。有时PTC需要后续涂银电工序，凹凸晶体结构对于提高涂覆电极效果是十分有效的。研磨效果显然与工件材料的晶体结构等有关。氧化铝的研磨表面也出现凹坑和沟槽组合，但塑性变形不十分明显。由于PTC的塑性变形比Al2O3强，因此，在实验条件下最终也易达到较好的工业陶瓷表面质量。

三、工业陶瓷结论

1.以提(ti)(ti)高工(gong)业陶瓷(ci)研(yan)磨(mo)(mo)效(xiao)率(lv)为目的(de)，可(ke)采用铸铁盘对工(gong)业陶瓷(ci)工(gong)件(jian)(jian)进行研(yan)磨(mo)(mo)。工(gong)业陶瓷(ci)工(gong)件(jian)(jian)研(yan)磨(mo)(mo)表(biao)面表(biao)现为脆性(xing)断裂。而以提(ti)(ti)高工(gong)业陶瓷(ci)表(biao)面质(zhi)量为目的(de)，应采用绒布(bu)盘等具有弹(dan)性(xing)的(de)研(yan)磨(mo)(mo)盘，工(gong)件(jian)(jian)研(yan)磨(mo)(mo)表(biao)面表(biao)现为塑性(xing)沟槽、凹坑和磨(mo)(mo)平(ping)平(ping)面。

2.随着工(gong)业(ye)陶瓷研磨(mo)转速、磨(mo)削时间和磨(mo)粒(li)粒(li)度的增大，研磨(mo)量提高。磨(mo)削质量主(zhu)要受到磨(mo)粒(li)粒(li)度的影响。

3.为了既提工业陶(tao)瓷(ci)(ci)高研磨效率，同时(shi)保证表面质量，减少游离磨料对工件脆性断裂(lie)破坏，可采(cai)用(yong)固着磨料弹(dan)性研磨具(ju)进行研磨工业陶(tao)瓷(ci)(ci)。

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