金刚石与磨料磨具工程

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2017上半年超硬材料行业运行及进出口市场统计简析

孙兆达, 李志宏, 温淑英

2017, 37(6): 1-11,18. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0001

摘要(332)

PDF 2786KB(8)

摘要:
本文给出了2017年上半年国家宏观经济部分数据，以5个统计数据表及21个图给出了超硬材料行业经济运行主要指标、主要产品产量、进出口及世界主要经济体进口本行业产品、上市公司半年报等统计数据。并以此为基础，简要分析了超硬材料行业运行情况：产品销售收入（同比增长22%）、出口交货值（同比增长20%）与利润总额（同比增长16%）均有两位数增长；我国海关数据表明，超硬材料类商品出口量同比增长25%，出口额同比增长18%。这些数据说明国内外市场均有好转，一改前两年持续下降的局面，显示出行业经济探底回升势头；行业转型升级成效显现、产品结构向好；产成品库存基本维持不变，去库存压力依然较大。从产品出口市场看，中国的金刚石、金刚石锯片达到了世界先进水平，砂轮及刀具类产品基本没有打开国际市场，创新发展空间巨大。

固结金刚石聚集体磨料垫高效研磨氧化锆陶瓷背板

王子琨, 凌顺志, 黄道万, 陈佳鹏, 李军, 朱永伟

2017, 37(6): 12-18. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0002

摘要(349)

PDF 2662KB(15)

摘要:
氧化锆陶瓷背板的高效低损伤研磨加工是其在5G通讯应用中的前提。针对氧化锆材料的硬脆特性造成磨粒磨损严重的特点，以金刚石单晶和聚集体为磨料，制备固结磨料垫（FAP），并对比研究其加工性能，探索了研磨液中碳化硅磨粒在固结磨料研磨垫自修整过程中的作用机理。结果表明：采用金刚石聚集体作为固结磨料垫的磨料，辅以碳化硅砂浆，能够明显提高研磨速度，改善表面加工质量。采用粒度230/270的金刚石聚集体固结磨料研磨垫，辅以颗粒尺寸3~5 μm的绿碳化硅砂浆，氧化锆陶瓷研磨时材料去除率达2.5 μm/min以上，表面粗糙度值R_a为74.9 nm。

磷酸二氢钾晶体的立轴端面可磨性研究

曲美娜, 金滩, 郭宗福, 卢安舸

2017, 37(6): 19-23,33. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0003

摘要(330)

PDF 2017KB(7)

摘要:
磷酸二氢钾（potassium dihydrogen phosphate，KDP）晶体是公认的性能优良的光学晶体，尤其是大口径（≥ 400 mm）的KDP晶体，是激光核聚变中不可缺少的光学元件之一。KDP晶体从生长到制造成为光学元件，需要经过切割、精密加工、超精密加工及镀膜等多道工序，加工周期长。本研究通过立轴端面磨床对KDP晶体进行磨削加工试验，对比不同粒度的树脂结合剂金刚石砂轮（D7、D36、D91、D151），在不同的加工参数下（主轴转速、工件进给速度、磨削切深），对表面粗糙度R_a、表面微观形貌的影响，研究KDP晶体磨削的可行性，为实现以磨代车（抛），缩短KDP光学晶体元件制造周期奠定基础。

提升磨料水射流抛光去除效率的参数研究

郭宗福, 金滩, 李平, 曲美娜, 卢安舸

2017, 37(6): 24-33. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0004

摘要(421)

PDF 3253KB(11)

摘要:
具有独特优势的磨粒水射流抛光技术，由于去除效率低，在加工超精密光学元件中的应用受到了一定的限制。本研究通过实验和仿真，分析了喷嘴直径和射流压力对去除函数、去除效率和确定性修形加工的影响。实验结果表明：喷嘴直径在一定尺寸范围内增加，可以有效地提升去除效率，超过一定尺寸后，去除效率增加减慢，去除函数的宽度变化要远大于喷嘴直径的变化；随射流压力增大，去除函数深度呈指数增加，去除函数轮廓由W形转变为双W形。通过建立回转函数来模拟偏心回转射流的方法，验证了变形后的去除函数在确定性抛光加工中具有很好的适用性，并且该方法可以用在采用垂直射流直接进行超精密表面的确定性抛光加工上。

Epitaxial growth of diamond single crystal on surface of milled diamond seeds at high pressure and high temperature

GAO Feng, REN Guozhong, YANG Guangmin

2017, 37(6): 34-36,40. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0005

摘要(308)

PDF 1985KB(58)

摘要:
Diamond single crystal was epitaxially grown on the surface of diamond seeds with rough planes at high pressure and high temperature （HPHT） conditions.Fe₈₀Ni₂₀ alloy powder was used as catalyst/solvent and natural flake-like graphite was used as carbon source.Diamond single crystals were grown on the diamond seeds at 4.8 GPa and 1500 K.The morphology of the samples was observed by SEM.The mechanism of diamond growth with smooth planes from original seed with rough planes was studied.

人造金刚石提纯及氧化石墨制备一体化工艺研究

杨碧野, 许红亮, 李振宇, 王海超, 丁赛赛

2017, 37(6): 37-40. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0006

摘要(349)

PDF 1647KB(12)

摘要:
综合采用磁选法、Hummers法及沉降分离法对人造金刚石一次摇床分选尾料进行提纯处理。利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪和扫描电子显微镜进行物相组成和显微结构分析。结果表明：所得人造金刚石纯度高、回收率接近100%；同时，尾料中的石墨被转化为氧化石墨，达到了节约资源、变废为宝的目的。

金刚石磨料表面多孔结构的制备

范波, 徐帅

2017, 37(6): 41-44. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0007

摘要(439)

PDF 1748KB(25)

摘要:
采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线能谱仪（EDS）对高温高压（HPHT）合成的一种金刚石磨料的成分与结构进行分析。结果表明：微米尺寸的Ti的化合物颗粒分散在金刚石颗粒表面与内部；金刚石颗粒表面的颗粒夹杂物经过氧化处理与酸处理后被去除，形成了金刚石表面的多孔结构；表面多孔结构的金刚石磨料被推荐用于对砂轮锋利性要求较高的磨削过程，以保持砂轮的自锐性并提高磨削效率。

我国复合超硬材料行业发展概况

马姗姗, 方海江

2017, 37(6): 45-48,61. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0008

摘要(345)

PDF 889KB(20)

摘要:
介绍了我国超硬材料行业中的复合超硬材料领域20年的发展概况，详述了复合超硬材料领域3大类产品：钻探/工程用聚晶金刚石复合片、PCD/PCBN刀具用复合片、聚晶金刚石拉丝模坯，在高速发展期、转型升级期的发展历程，探讨了我国在该领域未来的发展趋势。

石油钻探用非平面聚晶金刚石复合片的开发

赵东鹏, 马姗姗, 牛同健, 李思成, 张春林, 方海江

2017, 37(6): 49-52. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0009

摘要(307)

PDF 1651KB(14)

摘要:
采用国产铰链式六面顶压机，通过高温高压（HPHT）合成工艺及后续加工获得石油钻探用非平面聚晶金刚石复合片，包括三刃齿、四刃齿及五刃齿的，同时考察刃齿与垂直方向夹角对三刃齿、四刃齿及五刃齿复合片性能的影响。实验室检测结果表明：刃齿与垂直方向夹角呈90°的三刃齿、四刃齿及五刃齿与屋脊齿在耐磨性、磨削载荷力及抗疲劳冲击性方面基本保持不变；相较平面齿，屋脊齿90°耐磨性、抗疲劳冲击性分别提高约58.6%、51.8%，磨削载荷力降低41.9%。当三刃齿、四刃齿及五刃齿的刃齿与垂直方向夹角呈99°时，相较于夹角呈90°时，在耐磨性及磨削载荷力保持一致的条件下，屋脊齿99°抗疲劳冲击性平均提高约30%；而相较于平面齿，抗疲劳冲击性平均提高约95.7%。

静电喷涂涂层砂轮磨削钛合金工件温度研究

霍文国, 蔡兰蓉, 王晓伟, 邵娟

2017, 37(6): 53-56. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0010

摘要(304)

PDF 1863KB(5)

摘要:
针对钛合金材料难磨削加工的特点，设计了一种静电喷涂砂轮涂层系统和实验砂轮，完成了干式磨削钛合金的实验，分析了不同磨削条件对磨削温度的影响规律。研究表明：采用静电喷涂固体润滑剂涂层砂轮磨削加工钛合金，在同样的加工条件下，磨削深度为0.2 mm时，未涂层砂轮磨削温度接近900℃，涂层砂轮磨削温度不超过600℃。固体粉末静电喷涂润滑砂轮涂层可有效降低磨削温度。

一种新型磨胶辊砂轮制造技术

边华英, 王学涛

2017, 37(6): 57-61. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0011

摘要(329)

PDF 1214KB(7)

摘要:
在专利ZL201510030023.1《一种新型磨胶辊砂轮及其制备方法》的基础上，对新型磨胶辊砂轮中的气孔作用机理进行理论探讨。新型磨胶辊砂轮与传统的磨胶辊砂轮相比，不易发生气孔堵塞问题，具有良好的工件加工能力，在磨削工件时不会产生振纹和划伤痕迹，有利于提升工件的加工品质、提高劳动效率。通过试验样品磨削应用反馈：该新型磨胶辊砂轮气孔率达到70%~80%，比一般大气孔碳化硅砂轮高16%以上；回转破裂速度达到120 m/s，比一般大气孔碳化硅砂轮强度提高20%以上；磨削后工件表面光洁度有所提高，修复周期延长2个月以上。并且，通过针对性地选择刚玉空心球粒度，能够制造出具有设计的性能的砂轮，能有效地避免传统磨胶辊多孔磨具的一些问题，比如大气孔碳化硅砂轮常见的烧成黑心、使用强度偏低、成孔剂不环保等问题，同时该新型磨胶辊砂轮的生产工艺性能稳定可靠，易于推广应用。

工件材料可切削性对可转位硬质合金刀具加工经济性影响规律研究

何耿煌, 李凌祥, 程程, 邹伶俐, 吴明阳

2017, 37(6): 62-69. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0012

摘要(368)

PDF 1821KB(7)

摘要:
用2种不同牌号和不同槽型的硬质合金刀具分别对优质中碳钢45^#和GCr15轴承套进行切削实验，通过应用金属切削原理结合加工经济学分析方法，对零部件的可切削性对生产效率、生产成本的作用机制进行研究，从而揭示其对后两者的影响规律性；通过切削实验，探究刀具使用寿命、工件可切削性系数和整体硬度的内在联系。研究表明：当工件可切削性系数提高、刀具使用寿命延长以及工件硬度降低时，其加工成本将呈指数化降低，同时生产效率也会成倍提高。研究获得刀具使用寿命与加工经济性的量化关系曲线，从而实现切削过程最优化的可量化目标。研究数据和研究方法可为切削过程优化、刀具设计与优选提供方法和数据支撑。

砂轮表面形貌检测方法的研究进展

刘伟, 商圆圆, 邓朝晖, 刘仁通

2017, 37(6): 70-78,86. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0013

摘要(374)

PDF 1292KB(14)

摘要:
砂轮表面形貌特征是砂轮磨削性能的主要决定因素。准确地检测砂轮表面形貌不仅有助于进一步认识磨削机理，更是砂轮表面形貌建模和磨削仿真不可或缺的先决条件。本文中总结了典型的砂轮表面形貌检测方法，概述了各检测方法的基本原理，并分析了它们的优势和不足。最后，分析了国内外砂轮表面形貌检测方法的发展现状，指出了现阶段存在的问题，展望了砂轮表面形貌检测方法的发展前景。

ICP-OES法测定陶瓷结合剂中氧化铝含量的不确定度

陈学伟, 骆苗地, 胡玉静, 冯兵强

2017, 37(6): 79-82. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0014

摘要(342)

PDF 878KB(8)

摘要:
电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）可用于测定陶瓷结合剂中氧化铝的含量。为提高测定精度，通过对比实验分析不确定度产生的原因并建立评定不确定度的数学模型。对测量重复性、试液浓度、溶液体积、稀释程度及称量等引起的不确定分量进行评定，然后按照国际通用方法计算合成不确定度和扩展不确定度。评定结果表明：测量重复性、试液浓度引起的不确定度对总不确定度影响最大。所以在测定中应进行多次平行测定，并特别注意绘制标准曲线时所用标液浓度的合理选择。

FAAS测定陶瓷结合剂中氧化锂含量的不确定度

骆苗地, 陈学伟, 冯兵强, 胡玉静

2017, 37(6): 83-86. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0015

摘要(258)

PDF 881KB(4)

摘要:
火焰原子吸收光谱法（FAAS）可测定陶瓷结合剂中氧化锂含量。为提高测量精度，进行FAAS的不确定度的评定实践，并分析测量重复性、标准曲线线性回归、试样溶液体积及称量等因素引起的不确定分量。按照国际通用方法计算合成不确定度和扩展不确定度。结果表明：测量重复性和标准曲线线性回归方程是不确定度的主要来源。在测定中应进行多次平行实验，并特别注意绘制标准曲线时所用标液浓度的合理选择。

无压机分球式高压装置用复合传压介质的制备研究

龙政鑫, 郑剑锋, 李培培, 谢尔盖獉维诺格拉多夫, 曹大呼

2017, 37(6): 87-90. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.6.0016

摘要(282)

PDF 1289KB(12)

摘要:
以无压机分球式高压装置（BARS）制备宝石级金刚石时，对传压介质的相对密度要求很高。为提高传压效率，实验研究ZrO₂-NaCl复合传压介质的制备，分析其相对密度同密封效果、倒角设计的关系，并通过NaCl复合提高ZrO₂的传压性能。发现复合介质的传压效率比叶蜡石更高，但只有在相对密度92%时才能保证设备安全、稳定工作，且需加装密封边。最后，在自制BARS设备上使用ZrO₂-NaCl传压介质合成出2ct、VS级的黄色宝石级人造金刚石单晶。