氮化硅陶瓷球研磨過程研究

目前氮化硅陶瓷球的研磨加工常分為五道工序:粗研加工、半精研加工 精研加工、超精研加工和拋光加工。一般而言，對于氮化硅陶瓷材料來說，其研磨加工的過程就是不同研磨階段材料不同去除形式的體現(xiàn)。功能陶瓷材料去除的過程中，存在以下三種形式:脆性去除、粉末化去除以及塑性去除等。對于陶瓷材料的脆性去除又體現(xiàn)為去除晶粒、剝落顆粒、脆性斷裂、碎裂、晶界微破碎以及粉末化(粉末域)等去除形式。

陶瓷材料研磨的粉末化去除規(guī)則主要是陶瓷材料的晶粒因粉末化去除被碎裂成更細的晶粒，并形成粉末域。塑性去除形式主要是指陶瓷研磨的塑性域加工。陶瓷球材料的特有性能如高強度、高硬度以及斷裂韌性均是影響其材料去除形式中脆性斷裂和塑性變形的核心因素。除此之外，當(dāng)然還包含其它一些外部客觀因素諸如磨料磨粒對氮化硅陶瓷球的作用力，上、下研磨盤及其他研磨條件等，也是陶瓷球研磨加工中材料去除形式的影響因素。

對陶瓷球進行研磨加工中的去除形式過程進行研究，日前大常采用壓痕斷裂力學(xué)模型和切削加工模型近似模擬陶瓷球去除形式。

(1)壓痕斷裂力學(xué)模型是把陶瓷球研磨過程中磨料磨粒與被研磨氰化硅陶瓷球之間的相互作用視為小規(guī)模的壓痕現(xiàn)象。加載壓力產(chǎn)生裂紋的載荷臨界值與陶瓷材料的硬度及斷裂韌性相關(guān)連，當(dāng)加壓載荷低于這一臨界值時，橫向脆性裂紋是不會出現(xiàn)的，磨粒與陶瓷球之間的界面也會產(chǎn)生一定的朔性流動。因而此時是塑性形式去除。針對整個氮化硅研磨過程每個研磨階段，是屬于脆性形式去除還是塑性形式去除幾乎取決于在各個研磨階段的工藝參數(shù)，如研磨加壓載荷、研磨液濃度及研磨盤轉(zhuǎn)速等。

(2)與壓痕斷裂力學(xué)模型相對比，“切削加工模型”近似的方式則是囊括了切削力測量及顯微觀察研磨加工表面形貌在內(nèi)的一種通用研磨去除機理研究方法。從切削加工模型的研究中證實了:雖然陶瓷材料去除通常由脆性斷裂來實現(xiàn)，然而由于各個研磨階段工藝參數(shù)的不同，其去除形式也會產(chǎn)生一定的變化，研磨過程的去除能量消耗與塑性變形去除形式也存在一定的關(guān)系。通過觀測陶瓷球研磨加工過程中產(chǎn)生的去除屑形態(tài)來分類，陶瓷材料在研磨過程中主要以脆性斷裂方式為主被去除，但在研磨階段進入精研工序以后，工藝參數(shù)(如加載壓力等)都會相應(yīng)減小，因此在這些階段陶瓷球表面存在有明顯的塑性變形的痕跡。根據(jù)磨粒耕犁面積的定義，研磨中能量耗損與其陶瓷材料去除形式之間存在較好的線性關(guān)系，因而可推斷出;陶瓷球研磨過程中發(fā)生塑性變形時會消耗多數(shù)能量。更進一步研究表明:表面耕犁能與陶瓷材料性能指標(biāo)間有一定的對應(yīng)關(guān)系,特別是與材料硬度和斷裂韌性關(guān)系最為密切。

從上面的分析可知:每個研磨加工階段氮化硅陶瓷球去除形式其研磨過程中工藝參數(shù)中的加壓載荷有著密切的關(guān)系，由于各個階段的研磨工藝參數(shù)有所差異，進而加壓載荷不同，因此產(chǎn)生的中間徑向裂紋也不盡相同，因此對于氮化硅等陶瓷球進行研磨加工去除形式要看加壓載荷是否超過產(chǎn)生中間徑向裂紋的臨界載荷。