金刚石与磨料磨具工程

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胡浩, 苏宏华, 戴剑博

2016, 36(6): 1-5. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0001

摘要(317)

PDF 3512KB(12)

摘要:
为揭示修整对金刚石砂轮磨粒形貌的影响规律，利用光学显微镜，分别对不同修整量下的磨粒形貌进行追踪观测；针对磨粒形貌变化，对磨粒磨损形式、磨粒切削刃宽度、顶面面积和刃圆半径的变化规律进行了统计分析。结果显示：在碟轮修整过程中，磨粒主要发生磨耗磨损，小部分发生破碎和断裂，且各种磨损比例均逐渐升高。随着修整量增加，磨粒平均切削刃宽度和平均顶面面积逐渐增大，而平均刃圆半径则呈现先增大后减小的变化规律。

单晶SiC基片的铜基研磨盘加工特性研究!

梁华卓, 路家斌, 阎秋生

2016, 36(6): 6-10,14. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0002

摘要(404)

PDF 2223KB(8)

摘要:
采用铜基螺旋槽研磨盘对6H-SiC单晶基片的Si面和C面进行了单面研磨加工，研究研磨压力、研磨盘转速和金刚石磨粒尺寸对SiC基片材料去除率和表面粗糙度的影响。结果表明，单晶SiC的C面和Si面具有明显的差异性，C面更易加工，其材料去除率比Si面大。研磨压力是影响材料去除率和表面粗糙度的主要原因，研磨压力越大，材料去除率越高，但同时表面粗糙度变大，较大的研磨压力会导致划痕的产生。在达到最佳表面粗糙度时，C面加工所需的转速比Si面大。磨粒团聚会严重影响加工表面质量，采用粒度尺寸3 μm的金刚石磨料比采用粒度尺寸1 μm的金刚石效果好，经粒度尺寸3 μm的金刚石磨料研磨加工5 min后，Si面从原始粗糙度R_a 130 nm下降到R_a 5.20 nm，C面下降到R_a 5.49 nm，表面质量较好。

树脂结合剂固结磨粒线锯涂层材料正交试验分析

毕文波, 葛培琪

2016, 36(6): 11-14. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0003

摘要(337)

PDF 817KB(6)

摘要:
为提高热固化树脂结合剂固结磨粒线锯的制作效率，在环氧-酚醛体系的树脂结合剂固结磨粒线锯涂层材料中加入咪唑、液体聚硫橡胶和偶联剂，通过正交试验对线锯涂层材料组分进行研究。以酚醛树脂含量、聚硫橡胶含量、偶联剂含量以及树脂中金刚石浓度作为正交试验因素，以最大有效锯切面积和涂层材料的凝胶时间为评价指标。结果显示：各因素对评价指标的影响由大到小依次为咪唑含量、酚醛树脂含量、金刚石浓度、聚硫橡胶含量和偶联剂含量，其最佳组分分别为酚醛树脂质量分数40.0%、聚硫橡胶质量分数6.4%、偶联剂质量分数3.0%、咪唑质量分数1.2%，其余为金刚石，金刚石浓度450 mg/cm³。用优化配方进行验证，最大有效锯切面积为185.32 mm²，凝胶时间130 s。

热丝CVD金刚石涂层温度场补偿优化研究

简小刚, 雷强, 张奎林

2016, 36(6): 15-19,24. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0004

摘要(442)

PDF 2164KB(17)

摘要:
采用热丝化学气相沉积法（chemical vapor deposition，CVD）制备金刚石薄膜时，对反应室温度场尤其是衬底温度的精确控制是沉积高质量CVD金刚石膜的主要难点之一。在现有HF-650热丝CVD设备的基础上进行优化研究，基于热反射原理，采用Fluent软件进行模拟仿真计算，据此提出了反应室温度场补偿装置，即：在热丝CVD设备基台表面与四周布置反射板。对改进后的设备进行试验对比分析。研究结果表明：利用温度场补偿装置使衬底温度波动从原本的9.3%缩小到3.0%，有效改善热丝CVD系统衬底温度场的均匀性，并通过试验测试得到验证。用该装置制备的金刚石薄膜中金刚石与石墨的拉曼峰强度比值I_D/I_G=4.33，说明金刚石成膜质量得到提高。

铜基体表面CVD单晶金刚石微粉的制备

申笑天, 沈彬, 王新昶, 赵天奇, 孙方宏

2016, 36(6): 20-24. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0005

摘要(358)

PDF 1924KB(14)

摘要:
采用基体自形核法，研究了光滑铜基体表面超声研磨预处理对基体表面CVD单晶金刚石微粉沉积的影响。研究结果表明：未经超声研磨预处理的光滑铜基体表面，单晶金刚石微粉形核密度极低；预处理时间不超过1 min时，可以在光滑铜基体表面获得形核密度较高又不会相互连接的单晶金刚石微粉；预处理时间超过2 min时，形核密度过高，金刚石晶粒会相互连接，甚至生长成膜。本实验沉积出的金刚石微粉纯度高，非晶碳含量少，表面光滑，可以观察到（111）和（100）面，具有立方-八面体构型，符合高品级人造金刚石磨料的要求。

化学机械抛光超薄SUS304不锈钢抛光液研究

秦洪权, 王永胜, 李庆, 陈佳鹏, 刘振辉, 苏建修

2016, 36(6): 25-28,34. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0006

摘要(368)

PDF 1352KB(16)

摘要:
柔性显示已成为下一代显示技术的研究热点，不锈钢材料是柔性大尺寸显示器衬底的主要材料之一。为优化不锈钢表面的超光滑无损伤加工，采用化学机械抛光（CMP）技术，通过正交试验，研究磨料粒度尺寸、分散剂、氧化剂、磨料质量、缓蚀剂用量等因素对抛光后材料去除率和表面粗糙度的影响。试验结果表明：磨料粒度尺寸对表面粗糙度的影响最大，其次为双氧水、丙三醇、草酸、磨料质量；影响材料去除率的因素排列是磨料粒度尺寸、磨料含量、丙三醇含量、草酸含量、双氧水含量。

热压烧结工艺参数对超硬磨料砂轮节块性能的影响

余剑武, 文丞, 黄帅, 龙小兵, 吴耀

2016, 36(6): 29-34. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0007

摘要(589)

PDF 1974KB(32)

摘要:
金属基金刚石砂轮具有把持力大和使用寿命长等特点，其传统制备方法常采用高温烧结成型，但高温烧结会对磨粒产生较大的热损伤，影响砂轮的性能和使用寿命。热压烧结比常压高温烧结的成型温度低，能有效减少金刚石磨粒的热损伤问题。本研究采用热压烧结方式来制备铜基结合剂金刚石砂轮节块，磨粒平均粒度尺寸为27 μm。设计三因素三水平正交试验，探讨热压烧结工艺参数对金刚石砂轮节块密度、硬度和抗弯强度等物理、力学性能影响。结果表明：当烧结温度为650℃、烧结压力为25 MPa、保温时间为150 s时，金刚石砂轮节块的力学性能最好，并且实现了金刚石磨料与结合剂间牢固的冶金结合。

高频感应钎焊热管砂轮仿真与试验研究

高俊杰, 傅玉灿, 陈佳佳, 顾志斌

2016, 36(6): 35-40. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0008

摘要(327)

PDF 2889KB(8)

摘要:
为提高热管砂轮的强化换热优势，设计一种适合高频感应加热的热管砂轮感应器，并使用仿真软件分析电流大小、加热间隙、线圈夹角3个参数对钎焊温度分布的影响，由此确定热管砂轮高频感应钎焊的优化参数组合。最后，利用优化的感应器结合高频感应钎焊技术制成CBN磨粒热管砂轮。试验结果表明：加热时基体温度分布均匀，砂轮表面钎料与砂轮基体和磨粒结合良好，CBN磨粒有序排布，验证了钎焊工艺参数和感应器结构设计的合理性。

缓进深切磨削颗粒增强钛基复合材料磨削力的研究

申龙, 丁文锋, 李征, 刘超杰, 王训扬

2016, 36(6): 41-46. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0009

摘要(254)

PDF 1717KB(6)

摘要:
磨削力是磨削过程中的重要参数，同加工效果之间关系密切。使用不同磨料的陶瓷结合剂砂轮进行缓进深切颗粒增强钛基复合材料的磨削试验，研究磨削力与磨削参数和磨料种类的关系。结果表明：普通刚玉砂轮的磨削力是微晶刚玉砂轮磨削力的3~4倍，被加工材料表面更容易产生缺陷。因此，在缓进深切磨削工艺条件下，微晶刚玉砂轮更适合钛基复合材料的磨削。

不同镀覆工艺金刚石磨料对树脂砂轮磨削性能的影响

方莉俐, 薛丽沙

2016, 36(6): 47-50,56. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0010

摘要(336)

PDF 1476KB(25)

摘要:
在不同条件下镀覆金刚石并以其为磨料制备树脂砂轮，研究镀覆工艺及条件对镀覆金刚石性能的影响，并检测砂轮的平行度、硬度、耐磨性。实验结果表明：以镀覆金刚石为磨料制备的砂轮，与用未镀覆金刚石的砂轮相比，磨损程度最大可降低45.31%。在电镀镍工艺和镀层增重率相近时，用经过真空蒸发镀钛的镀覆磨料制备的砂轮耐磨性更好，磨损程度降低29.77%；使用高电流短时间的电镀工艺制备的镀覆金刚石作为磨料制备的砂轮，其磨损程度下降29.43%。镀层增重率影响镀覆金刚石表面镍刺的生长状态，用镀层增重率过大的镀覆金刚制备的砂轮耐磨性降低。砂轮的平行度、硬度受砂轮磨料镀覆工艺的影响很小。

使用恒温水解法可均匀分散纳米金属氧化物

张艳, 臧建兵, 徐汉清, 韩婵, 陈丽贝, 王艳辉

2016, 36(6): 51-56. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0011

摘要(331)

PDF 1769KB(4)

摘要:
为解决纳米粉体的团聚问题，我们综述了采用恒温水解法在低温下（80~90℃）将纳米级氧化锆和氧化钛沉积到碳纳米管和碳化硅上的实验，并使用XRD、DSC和TEM对上述生成产物进行了表征。实验结果表明：在非沸腾恒温水解法制备的样品中，所有的纳米颗粒均匀、完整地沉积在碳纳米管或碳化硅的表面，且没有形成多余的氧化物颗粒或团聚体。非沸腾恒温水解法有效地解决了纳米粉体的团聚问题。

聚晶金刚石复合片的残余应力测试与研究

戴佳佳, 陈惠, 郭大萌

2016, 36(6): 57-62. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0012

摘要(360)

PDF 1361KB(29)

摘要:
聚晶金刚石复合片产品内部普遍存在残余应力，这是造成其非正常失效的主要因素。我们详细研究了金刚石复合片内部残余应力的组成，并采用X射线衍射仪建立了聚晶金刚石复合片残余应力的检测方法，研究了聚晶金刚石复合片的残余应力分布规律。利用XRD检测残余应力的方法，分别研究了聚晶金刚石层厚度、金刚石粒度尺寸、两相界面结合形状以及金属Co对复合片的残余应力的影响规律，为控制PDC内部应力提供参考。结果显示：金刚石层表面残余应力最大的压应力在中心位置，从中心到边缘，应力的大小逐渐降低；PCD层与硬质合金基体界面附近的应力值对PDC使用性能的影响最大。

电子辐照处理Ⅱa型金刚石的颜色变化研究

臧传义, 原亨馨, 刘博, 陈孝洲, 陈奎, 李明

2016, 36(6): 63-65. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0013

摘要(380)

PDF 1077KB(23)

摘要:
利用高能电子加速器对经由温度梯度法获取的人工合成Ⅱa型金刚石大单晶进行辐照，使用光谱辐照度计、DiamondView以及红外吸收光谱仪对实验前后样品的颜色及显微形貌进行观察和分析。实验发现：经过高能电子辐照后，无色的Ⅱa型金刚石单晶可以处理成粉色，同时金刚石表面出现灼烧痕迹，而处理后晶体的DiamondView荧光则由淡蓝色变为金黄色。

三坐标测量机在超硬材料制品检测领域的应用

高艳兵, 张克选, 包华, 赵鹏, 吕申峰

2016, 36(6): 66-70. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0014

摘要(317)

PDF 1235KB(5)

摘要:
三坐标测量机是一种高精度的自动化测量设备，检测范围广泛。不仅适用于常规产品的尺寸公差、形位公差检验，而且也适用于复杂工件以及复杂尺寸的测量，同时也可应用于产品的逆向开发，为我们在日常的产品设计和制造过程中提供了重要的技术资料。我们通过列举在实际工作中的几个测量事例，说明三坐标测量机在超硬材料行业中已经发挥着重要作用，为我们的科研生产和产品开发提供技术支持。

金刚石复合片抗冲击装置的研制及测试评价

张涛, 卢灿华, 包玉合, 窦明, 刘俊涛

2016, 36(6): 71-73,78. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0015

摘要(369)

PDF 862KB(13)

摘要:
利用冲击钻进波动理论，模拟金刚石复合片在井下工作时的实际受力状态，研制金刚石复合片抗冲击装置，提出金刚石复合片抗冲击韧性测试方法。结果表明：经本装置测试后得出的ZB1308、ZA1308、ZA1613和ZA1913金刚石复合片的抗冲击韧性的最小值，与实际受载情况相符，即：常温抗冲击韧性值的最小值分别为30、60、80、85 J，高温抗冲击韧性最小值分别为20、50、70、75 J。本装置可以有效拟合金刚石复合片在井下工作的真实情况。

煤矿井下定向钻进用新型PDC钻头

王传留, 居培, 高晓亮

2016, 36(6): 74-78. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0016

摘要(354)

PDF 2114KB(10)

摘要:
在硬地层或软硬交错地层中定向钻进时，常规单齿式平底钻头磨损较为严重。为此，我们开发出一种新型定向PDC钻头，并采用数值模拟方法分析该钻头的破岩机理和受力特性。结果表明：与普通平底钻头相比，在同等工况条件下，新型定向PDC钻头的破岩载荷比普通平底钻头降低36%，破岩效率提高近50%。根据模拟结果，试制新型定向PDC钻头并进行现场试验。试验显示：在中硬至硬地层中进行定向钻进施工时，与普通平底钻头相比，新型定向PDC钻头平均寿命提高2倍以上，进尺效率提高约1倍，降低钻进成本。

弱化胎体可提升金刚石锯片切割硬质瓷砖效果

李伟, 孙猛, 李和胜

2016, 36(6): 79-82. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0017

摘要(311)

PDF 1639KB(16)

摘要:
针对全瓷或者全抛釉瓷砖强度及硬度高但是研磨性弱，普通锯片切割时易打火的特点，以石墨粒为添加剂，弱化金刚石锯片胎体的耐磨性，降低锯片与瓷砖的摩擦，实现胎体耐磨性与金刚石磨粒耐磨性的良性匹配，确保金刚石能够及时出刃参与切割，以获得良好的锯片锋利性和切割的稳定性。试验证明：添加石墨粒到金属胎体中确实可以弱化金属胎体，且锯片的切割速率得到了相应的提高；当石墨质量分数为6%时，锯片切割速率增幅在20%以上。

硬质岩层钻探用曲面聚晶金刚石复合片的性能表征

赵东鹏, 马姗姗, 牛同健, 李思成, 张春林, 方海江

2016, 36(6): 83-86. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2016.6.0018

摘要(315)

PDF 2245KB(15)

摘要:
采用国产铰链式六面顶压机，通过高温高压（HPHT）工艺合成出曲面结构聚晶金刚石复合片，即屋脊齿。实验室检测结果表明：相较于同规格平面齿，屋脊齿的耐磨性能提高40%，抗冲击性能提高30.8%，而切削力降低36.8%；同时，屋脊齿使用中选择合适的齿前角可提高钻井进尺量及钻速。实地钻探结果表明：相较于同规格平面齿，该屋脊齿的钻进距离及钻速分别提高78.1%、38.9%。