Si3N4陶瓷材料的磨削试验研究

通过用树脂结合剂金刚石砂轮对Si3N4陶瓷进行磨削试验，从磨削过程中的磨削力、磨削比能、磨削温度及磨削表面的微观形貌变化等方面，综合探讨Si3N4材料的磨削加工机理。研究结果表明：Si3N4在磨削加工中在磨粒切深较大时主要以脆性断裂方式去除，其磨削温度与材料去除机理有着密切联系。     

Si_3N_4陶瓷高效有机磨削液界面化学反应机理的研究进展

磨削加工是S i3N4陶瓷最主要的加工方法。利用磨削液界面化学反应膜降低摩擦系数同时软化表面层,提高磨削效率是一个全新的研究方向。本文基于用半塑性去除的方式高效磨削S i3N4陶瓷,系统综述了在使用以醇类磨削液为代表的各种有机磨削液时,界面化学反应对提高S i3N4陶瓷材料去除率的辅助作用。文中以研究作用机理为目的,运用分类、比较和归纳的方法,结合使用先进的测试设备,分析了醇类磨削液配方中长、短碳链醇及其水溶液作磨削液的作用效果。此外,还从不同的角度探讨了全卤代烃、阳离子表面活性剂和四乙氧基硅烷等3类有机物作为磨削液成分的有效作用,并揭示了作用机理,从而为研制高效率、低成本加工陶瓷材料的磨削液提供了理论基础。     

硬脆材料磨削力建模研究现状与展望

硬脆材料由于其高硬度、高强度等良好力学性能和物理特性,在国防、机械等领域都有广泛的应用前景。硬脆材料磨削过程主要由塑性变形去除和脆性断裂去除组成,其加工机理分析相对塑性材料磨削过程较为复杂。磨削力作为磨削加工机理研究基本特征参数,与加工表面质量、砂轮耐磨性和材料脆性或者塑性去除的预测等均有紧密联系。本文对硬脆材料磨削力建模进行总结,并针对硬脆材料磨削力研究存在的问题,提出了硬脆材料磨削力研究的方向。     

Si_3N_4陶瓷旋转超声磨削加工的表面摩擦特性

为了探索结构陶瓷材料在摩擦过程中表面形貌的变化规律及其对摩擦特性影响,分析了摩擦过程中材料的接触过程及力学关系,并对旋转超声磨削加工的Si3N4陶瓷试样开展了摩擦表面形貌、摩擦因数等特性的试验研究。首先根据接触特点和材料特性,基于分形理论推导出接触面总载荷计算公式,基于该公式建立了结构陶瓷摩擦因数分形模型。分析结果表明:当初始表面轮廓分形维数分别为1.4,1.45,1.5和1.55时,摩擦因数与摩擦后表面轮廓分形维数呈类似正态分布曲线。然后通过旋转超声磨削加工的Si3N4陶瓷试样面面接触摩擦试验,研究了摩擦后陶瓷材料表面微观形貌和摩擦因数变化规律,分析了各因素对摩擦因数的影响。试验结果表明:产生微观裂纹是Si3N4陶瓷摩擦后表面微观形貌的显著特点;温度值等于160℃是Si3N4陶瓷摩擦因数由下降转为上升的拐点;当施加载荷为360N和往复频率为80Hz时,摩擦因数最大。得到的结果为通过表面形貌控制提高结构陶瓷耐磨性能提供了技术支撑。     

陶瓷磨削机理及其对表面/亚表面损伤的影响

磨削加工是先进陶瓷材料的最常用的加工方法，但常引起被加工零件的表面／亚表面损伤。不同的材料去除方式对表面／亚表面损伤有着显著的影响。若要准确预测和有效控制磨削过程对陶瓷材料造成的表面／亚表面损伤，就必须首先了解陶瓷磨削的材料去除机理及其与材料表面／亚表面损伤之问的关系。在陶瓷材料磨削机理的研究中，大多使用压痕断裂力学模型或切削加工模型近似处理。在磨削过程中陶瓷材料去除机理一般可分为脆性断裂和塑性变形两大类型。通过对不同材料去除方式对不同的表面／亚表面损伤指标的影响，得出初步结论：对材料去除方式的控制是有效预测和控制材料表面／亚表面损伤的方法。     

纳米结构陶瓷涂层的磨削机理

用压痕断裂力学模型或切削加工模型来处理纳米结构陶瓷的磨削去除机理.把磨削中磨粒与工件的相互作用近似看成理想的小规模压痕现象,研究磨削裂纹的形成与扩展过程、材料的去除过程以及陶瓷磨削表面缺陷来评价陶瓷加工表面质量.切削加工模型证明了虽然材料去除通常由脆性去除实现,但大部分磨削能消耗与塑性变形有关.     

新型刀具材料切削大型高锰钢托轮的试验研究

用于露天煤矿大型托轮的高锰钢属于难加工材料。本文采用新型复合SiC、复合Si3N4和TiN涂层硬质合金刀具对高锰钢进行了切削加工对比研究。试验表明:复合SiC刀具是切削高锰钢的较理想刀具,在切削效率和经济效益上均优于TiN涂层硬质合金和复合Si3N4刀具。高锰钢在脆化温度范围内(400℃～800℃)极易导致TiN涂层硬质合金和复合Si3N4脆性破裂,而复合SiC在此时仅发生机械磨损;在切削温度高于高锰钢的脆化温度时,复合SiC和复合Si3N4都会发生扩散磨损。     

硬脆材料磨削加工机理研究进展

金刚石砂轮磨削加工仍然是最有应用前景的硬脆材料高效加工途径,而弄清磨削加工机理对实现硬脆材料元器件的高效超精密加工具有重要意义。介绍硬脆材料微纳切削的静态压痕断裂力学模型与动态切削加工近似模型这两种经典模型,诠释了塑脆转变机制。深入分类探讨了硬脆材料的脆性去除、塑性域去除与粉末化去除这3项加工机理,材料去除是裂纹演化、挤压微破碎、相变与位错等因素导致而成。塑性域加工是改善硬脆材料加工损伤的重要措施,而力热耦合作用场、材料晶面晶向等因素都是影响塑性域去除机制的关键。     

电火花机械复合磨削技术的研究进展

电火花机械复合磨削集合了机械磨削和电火花加工两种加工工艺,能够提高加工效率和加工质量,广泛应用于导电难加工材料的加工。本文对电火花机械复合磨削机理和研究现状进行了系统阐述,在分析现有研究成果的基础上,针对大口径Si C反射镜非球面成形磨削中存在的加工效率低、砂轮磨损严重等问题,提出了将电火花机械复合磨削应用于大口径Si C反射镜非球面成形磨削加工的观点,以提高其成形加工效率。     

旋转超声磨削加工建模与仿真研究

旋转超声磨削加工结合超声加工和磨削加工的技术优势，在难加工零件的精密制造中具有较大应用潜力。根据旋转超声磨削加工机理，建立旋转超声磨削加工中材料去除体积和加工表面粗糙度的数值计算模型。基于MATLAB软件编写旋转超声磨削加工仿真程序，对材料去除体积、加工表面形貌和表面粗糙度进行仿真模拟，并探究不同加工参数对表面粗糙度和材料去除体积的影响规律。仿真结果表明：主轴转速与超声振动频率之比(n/f)对加工表面形貌和去除体积有决定性影响，n/f比值增大能够有效降低表面粗糙度和提升材料去除体积；详细探讨了磨粒直径、振幅等参数对旋转超声磨削加工表面形貌和去除体积的影响规律，并仿真模拟了参数优化前后的加工表面形貌。     

水润滑陶瓷滑动轴承的研究

通过水润滑陶瓷滑动轴承的台架实验,即分别对Si3N4轴套/SiC轴颈、SiC轴套/SiC轴颈、SiC轴套/Si3N4轴颈组成的滑动轴承,在水润滑条件下的承载情况进行对比和验证得知,Si3N4轴套/SiC轴颈不能进行热匹配,SiC轴套/Si3N4轴颈可以进行热匹配但摩擦副性能一般,SiC轴套/SiC轴颈的热匹配性能最好,且在水润滑条件下体现出最佳的摩擦磨损性能,因此得出在大直径、大功率、高转速的条件下,水润滑陶瓷径向滑动轴承的最佳摩擦副组合是SiC/SiC的结论。此外,为解决结构上应力集中带来的一系列问题,针对陶瓷材料的特性,提出一种全包容陶瓷滑动轴承结构,提高了陶瓷滑动轴承使用的安全性和可靠性。     

几种极压抗磨剂对Si3 N4陶瓷/GCr15钢副摩擦磨损性能的影响

利用MPX-2000型盘销式摩擦磨损试验机对Si3N4陶瓷与GCr15钢摩擦副在P120、T302、T306、T307、T321 5种极压抗磨添加剂作用下的摩擦磨损性能；采用SHIMADZU SSX-550型扫描电子显微镜观察盘试件的磨损表面形貌。结果表明：5种添加剂对该摩擦副均具有较明显的减摩抗磨作用，但是添加剂对该摩擦副的减摩和抗磨作用效果并不同步，P120的抗磨作用最好，T321的减摩效果最佳；综合考虑减摩抗磨时，添加剂P120的作用效果最佳；添加剂主要是通过物理和化学吸附膜对该摩擦副起到减摩抗磨作用；从SEM照片看，盘试件磨损表面主要表现为擦伤和粘着特征。     

基于FEA的螺旋式氮化硅陶瓷柱塞偶件精密加工技术研究

陶瓷柱塞偶件由于其耐腐蚀、耐磨损等优异性能受到发动机设计人员的青睐,但由于其工艺复杂、加工困难等原因严重束缚了其应用。本文在分析12150L柴油机柱塞偶件在额定工况下材料为氮化硅时应力和位移变化规律的基础上,着重研究了氮化硅陶瓷柱塞偶件的精密加工技术。针对较难加工的螺旋线和出油槽等难加工部位,设计并研制了专用工装夹具,并取得了满意的加工效果。台架试验结果表明:在相同试验条件下,与金属相比其磨损量降低了82%~91%,使用寿命提高了8~11倍。     

复合钝化多晶硅纳米膜应力分布仿真分析

多晶硅纳米薄膜具有优良的压阻特性,为提高其在传感器应用中的稳定性和可靠性,对这种薄膜的钝化层结构进行了研究.基于压力传感芯片的结构特点,建立了钝化层结构的有限元分析分析模型,给出了应力分布与SiO_2和Si_3N_4钝化层结构之间关系.结果表明:采用Si_3N_4-SiO_2-Si_3N_4复合钝化结构,适当控制各结构层厚度可有效降低热失配引起的内应力.从而给出了降低薄膜内应力的钝化方法,为多晶硅纳米薄膜在压阻式传感器上的应用提供了必要的技术支持.     

摩擦偶件对PDDA/PSS分子沉积膜摩擦磨损行为的影响

利用分子沉积技术在单晶硅基底上制备了PDDA/PSS分子沉积膜。采用UV-vis吸收光谱对沉积过程进行了跟踪检测,用原子力显微镜观察了分子沉积膜的表面形貌,考察了摩擦偶件材料对PDDA/PSS分子沉积膜摩擦学行为的影响,并探讨了其磨损机制。实验结果表明,薄膜与较硬的偶件材料对摩时,剪切应力较大,薄膜很容易被磨穿,抗磨寿命极短;在相同实验条件下,薄膜与Cu球对摩时,薄膜的耐磨寿命最长,不锈钢球次之,与Si3N4球和WC球对摩时,薄膜的耐磨寿命较短。     

陶瓷球材料性能和显微结构对其磨削加工的影响

通过试验探索了氧化锆、氧化铝、氮化硅和碳化硅四种陶瓷球材料的性能和显微结构对加工效果的影响;采用扫描电镜观察了研磨后球的表面特征.结果表明:在相同的研磨条件下,具有长柱状晶粒的氮化硅陶瓷球加工速率最低,但圆度和表面粗糙度最容易控制;氧化锆和氧化铝陶瓷球表面质量次之,碳化硅陶瓷球加工速率最高,圆度和表面粗糙度最难控制.     

钎料中钯含量对氮化硅陶瓷与40CrMo钢接头组织和性能的影响

采用不同钯含量的Ag-Cu-Ti-Pd活性钎料真空钎焊连接Si3N4陶瓷与40CrMo钢,对其接头组织与性能进行了研究.结果表明:钎焊过程中,钎料中的活性元素钛与钎料两侧的母材反应分别在陶瓷/钎料和钢/钎料界面形成了TiN Ti5Si3及Fe-Ti化合物反应层;随着钎料中钯含量(原子分数)由5%提高到20%,接头中反应层的厚度和反应产物的分布发生了变化,接头的连接强度呈现出先增大后降低的趋势.     

基于MEMS工艺的半导体电阻式气敏元件的研究

介绍了半导体电阻式气敏元件工作原理,设计了一种基于MEMS工艺的薄膜气敏元件结构,此结构以Si3N4/SiO2/Si3N4复合薄膜作为支撑隔热层,蜿蜒状多晶硅作为加热层,梳状Ag电极作为气敏薄膜信号电极,SiO2作为加热层与Ag电极的绝缘层,并在SiO2绝缘层上刻蚀通孔形成加热层与金属互连。该结构具有通用性,对不同气敏特性的材料均适用,且易于改进为组合结构或阵列结构。最后,对其工艺进行了阐述。     

镍基Si3N4复合镀层的摩擦磨损特性

通过复合电镀法制备了N i-Si3N4和N i-P-Si3N4两种复合镀层,分别与热处理45#钢组成摩擦副,进行环-环摩擦磨损试验,测试了摩擦因数和磨损量,并观察了磨损表面形貌,探讨了摩擦副的摩擦磨损机理。结果表明,N i-P-Si3N4/45#钢摩擦副的摩擦因数较小,磨损量低,具有良好的减摩耐磨性能。镀层基体的性能明显影响复合镀层的摩擦磨损性能。磨料磨损是N i-Si3N4/45#钢摩擦副的主要磨损形式,导致45#钢的磨损量增大;N i-P-Si3N4镀层对Si3N4颗粒具有良好的把持力,避免了磨料磨损的产生,摩擦副处于稳定的边界润滑摩擦状态。