CVD金刚石厚膜的机械抛光研究

化学气相沉积(CVD)制备的金刚石膜表面粗糙且厚薄不均匀,在许多情况下不能直接使用,必须对其进行抛光.本文研究了不同型号的金刚石微粉对CVD金刚石厚膜研磨的影响,通过对研磨结果的比较分析,优化出一种高质量高效率的抛光方法,即先采用W40和W28金刚石微粉,分别研磨2 h,然后用W0.5金刚石微粉研磨4 h.经扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)测试分析表明:金刚石膜的平均去除率为12.2 μm/h,粗糙度Ra由4.60 μm降至3.06 nm,说明该抛光方法能实现金刚石膜高质量、高效率的抛光.     

大面积自支撑金刚石膜的机械研磨研究

用100 kW级直流等离子体喷射系统制备金刚石自支撑膜,采用机械研磨方法对其进行平坦化加工。实验研究了不同研磨盘转速和不同压力对研磨的影响,分别用扫描电镜、数显千分表和X射线光电子能谱仪对金刚石膜研磨前后的表面形貌、厚度和金刚石去除机理进行了表征和分析。结果表明:研磨的转速和压力对膜的表面形貌和磨削速率影响非常明显,研磨盘转速为40 r/min,压力为0.50 MPa时,研磨效果较佳,磨削速率达到了80.5μm/h;研磨后的金刚石表面未发现有铁元素存在,金刚石的去除机理主要为微切削和应力诱导的金刚石膜局部石墨化。     

氢等离子体在铁催石墨化作用下对CVD金刚石膜的刻蚀

在铁薄膜的催石墨化作用下研究了用氢等离子体刻蚀由微波等离子体化学气相沉积（MPCYD）制备的多晶金刚石厚膜的表面。其工艺为：自支撑的金刚石厚膜浸入饱和的三氯化铁水溶液中，然后平放在大气环境中干燥，将处理过后的金刚石膜放入MPCVD装置中，先用氢等离子体将氯化铁还原成铁，然后在800℃左右的温度下，利用铁对金刚石的催石墨化作用及氢等离子体的刻蚀作用将其表面刻蚀。刻蚀完后的金刚石用酸清洗，在丙酮溶液中漂洗，然后用SEM观察刻蚀效果，用Raman光谱对表面碳的结构进行了表征。最后用机械研磨法对金刚石样品表面进行研磨，并对研磨结果进行对比。实验结果表明，这种方法能够有选择地快速刻蚀金刚石膜的表面，破坏表面晶粒的完整度，降低表面耐磨性，从而提高对粗糙金刚石膜表面研磨的效率。     

CVD金刚石厚膜刀具刃口半径研磨的实验研究

CVD金刚石膜具有与单晶金刚石相近的力学性能,是一种理想的高精度刀具材料.研磨是制作CVD金刚石厚膜高精度刀具的关键环节之一.本文针对与刀具刃口半径紧密相关的研磨工艺进行了一些研究工作.实验结果表明:研磨盘端面跳动控制在10 μm以内,动态不平衡度控制在0.3 g.mm/kg以内,选择1 μm以下的研磨粉粒度,研磨速度控制在20～30 m/s范围,金刚石厚膜刀具刃口半径可达80 nm,圆弧轮廓精度可以控制在0.5 μm左右;车削加工LY12外圆和端面,表面粗糙度可达Ra 0.02 μm,达到镜面效果,可以替代同等精度的单晶金刚石刀具.     

DC Arc Plasma Jet CVD自支撑金刚石膜表面形貌的研究

本文采用30kW级直流电弧等离子体喷射法沉积自支撑金刚石膜,研究了大进气量条件下不同的甲烷浓度对金刚石膜的表面形貌及晶面取向的影响,当甲烷浓度达到一定程度时,出现纳米二次晶的形核,晶粒细化,微米金刚石转变成为纳米金刚石.同时不同的氩氢配比对金刚石膜的表面形貌也产生一定的影响.在高甲烷浓度的情况下,可以得到一种具有(111)取向的微米级金刚石膜.结果表明,随着甲烷浓度和氩氢比(Ar/H2)的增加,金刚石膜表面晶粒尺寸是呈逐渐减小趋势的,此外,通过控制甲烷浓度可以得到(111)晶面的高取向金刚石膜,当甲烷浓度为20%时,金刚石膜表面晶粒的(111)晶面可以达到高取向.     

高速研磨聚晶金刚石实验研究

使用金刚石砂轮研磨聚晶金刚石(PCD),对研磨速度对聚晶金刚石去除率及其表面质量的影响进行了研究。结果表明:聚晶金刚石的去除率随着研磨速度的增加逐渐提高。通过对比在不同研磨速度下加工的聚晶金刚石表面粗糙度,发现聚晶金刚石的表面粗糙度随着研磨速度的增加逐渐降低。随着研磨速度的提高,热化学去除和机械热去除成为主要的去除方式,聚晶金刚石的表面形貌逐渐呈平滑状,且平滑区域随着研磨速度的增加逐渐扩大。     

基于控制研磨深度的金刚石研磨质量分析

为了探究金刚石器件在机械研磨过程中原子层面的材料表面成形和亚表面损伤机制,利用分子动力学（molecular dynamics,MD）方法建立金刚石多磨粒研磨金刚石工件的模型,仿真研究金刚石材料表面成形的过程,并对比不同研磨深度对研磨力、材料回弹率和材料亚表面损伤的影响规律。分析表明：堆积在磨粒之间的切屑原子具有微研磨的作用,磨粒之间的相变区在研磨的作用下逐渐融合在一起,形成金刚石材料的加工表面;分别以h=0.36 nm、0.71 nm、1.07 nm、1.43 nm的研磨深度进行研磨,研磨深度超过0.71 nm后才能有效抑制金刚石晶体材料回弹,但增大研磨深度会增加金刚石工件表面堆积原子,不能改善其表面研磨质量;研磨深度在0.71 nm范围内的金刚石亚表层损伤较小且稳定,超过0.71 nm的研磨深度会使损伤快速增大,且会出现超过3.00 nm的大纵深损伤。     

高频感应钎焊金刚石界面特征

讨论了在相同高频感应钎焊工艺条件下用两种不同成分的NiCr钎料钎焊镀Ti金刚石和无镀层金刚石的界面特征。利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射研究了深腐蚀处理后的钎焊金刚石颗粒。结果表明,钎料成分不同、金刚石镀Ti与否,金刚石表面生成的碳化物成分和形态各异。钎焊镀Ti金刚石表面的碳化物致密且呈法向生长,而钎焊无镀层金刚石表面的碳化物疏松且切向生长。钎焊金刚石颗粒的研磨试验证实,界面碳化物成分和形态的不同决定了它们同金刚石结合强度的高低。     

晶面及液体环境对氧化镓研磨过程摩擦学特性的影响研究

目的 探讨具有各向异性的氧化镓晶片不同晶面的研磨加工差异.方法 通过化学气相沉积法制备了高质量的自支撑金刚石厚膜,采用扫描电镜及拉曼光谱对其进行表征,将其作为摩擦副材料,在三种不同液体环境下研磨 β-Ga2O3晶片的(100)晶面及(010)晶面,比较摩擦学特性的差别.借助三维扫描系统、扫描电镜及EDS能谱,观察与分析了加工后的氧化镓及自支撑金刚石厚膜的表面形貌、成分及磨损机理.结果 (100)晶面及(010)晶面在去离子水环境中的摩擦系数最大,而当液体环境为乙二醇及三乙醇胺溶液时,研磨过程中形成了很薄的化学反应膜,减少了犁沟效应,摩擦系数较小.且在液体环境为三乙醇胺时,加工后氧化镓晶片的(100)晶面及(010)晶面的粗糙度最小.研磨加工后,(010)晶面比(100)晶面的表面粗糙度(Ra)小.结论 (010)晶面与(100)晶面在不同液体环境下研磨加工存在一定的差异性,(010)晶面比(100)晶面更易获得较好的表面质量.加工过程中,磨损机理为先产生二体磨损,一段时间后再形成三体磨粒磨损.     

CVD自支撑金刚石厚膜的氧化动力学研究

为了了解直流等离子喷射CVD自支撑金刚石膜高温氧化机理,利用热失重的方法研究了金刚石膜在不同温度、不同氧浓度条件下的氧化反应.结果表明:CVD金刚石膜氧化反应中的反应指数大约为0.63,氧化反应的激活能为220kJ/mol.通过X-Ray和Raman分析可知,CVD金刚石膜的氧化经历3个过程:1)金刚石膜表面氢的解吸和氧的吸附;2)金刚石与氧发生化学反应;3)金刚石氧化产物(CO、CO2)的解吸.     

复杂曲面硬脆材料零件磨削加工数值模拟

建立了大型复杂形面薄壁石英纤维复合材料的树脂金刚石磨削过程传热学模型,并基于有限元方法,利用工程数值模拟软件ANSYS对石英纤维材料磨削时的热传递过程进行了数值计算,得出工件的温度场分布规律及温度变化历程。研究表明：以现行磨削用量干磨削后,磨削最高温度达到316℃,热量主要分布在表层2 mm深范围内,对工件表面材料性能影响不大;同时得到了温度场分布随热源的移动而变化的规律及工件表面某位置下不同深度的温度变化历程。借助有限元方法对工件表层的温度场进行仿真,可以预测整个磨削过程,优化磨削参数,减少试验次数与成本,为解决磨削表面热损伤和热变形等问题提供了依据。     

钢轨打磨用复合砂轮磨削温度场的研究

为研究钢轨打磨用钎焊金刚石插片复合砂轮磨削时的温度场，用复合砂轮和树脂锆刚玉砂轮在不同压力下磨削65Mn钢工件，并对比其磨削温度。基于试验数据，用有限元法分析复合砂轮磨削钢轨时的温度场。结果表明:随着磨削压力的增大，砂轮产热增大，但复合砂轮磨削产热相对较小。相对于相同条件下用树脂砂轮打磨时，用复合砂轮打磨钢轨时的磨削表面最高温度降低近10%。      

细粒度钎焊金刚石砂轮磨削花岗石的磨削力特征分析

通过测量磨削力,研究细粒度钎焊金刚石砂轮磨削花岗岩过程磨削力随加工参数的变化特征。结果表明:磨削力是随着砂轮线速度的增大而减小,随着工件进给速度的变大而增大,随着磨削深度的增大而增大。回归分析表明,磨削力受磨削深度的影响程度最大。不同加工条件下,法向磨削力与切向磨削力之间存在良好的线性关系,比值约为7.6。磨削过程中,金刚石与花岗石之间的运动符合Coulomb定律描述的滑动摩擦方式。     

钎焊金刚石砂轮磨削硬质合金温度的试验研究

根据半人工热电偶测温原理制备了磨削测温试样,利用感应钎焊金刚石砂轮和电镀金刚石砂轮进行硬质合金YG6的磨削试验,研究了磨削深度、工件进给速度对工件表面磨削温度的影响。试验结果表明:在相同的磨削参数下感应钎焊金刚石砂轮的磨削温度要远低于电镀金刚石砂轮,且随着磨削深度和工件进给速度的增大磨削温度上升较为平缓,钎焊金刚石砂轮磨粒出露高度高、容屑空间大,磨粒呈有序排布是磨削温度较低的主要原因。     

基于钎料层厚度优化磨抛盘磨料粒度的仿真研究

采用热弹塑性有限元方法对钎焊金刚石磨抛盘真空钎焊过程进行建模与仿真,运用ABAQUS有限元分析软件,对其钎焊后冷却过程的瞬态温度场和应力场进行模拟,得出钎料层是影响磨抛盘钎焊后应力及变形量大小的重要因素。分析不同钎料层厚度时磨抛盘钎焊后的应力及变形量,合理确定在一定基体厚度情况下,钎料层厚度的最大值为0.2mm。结合钎料层厚度与磨粒高度的合理匹配关系,在理论上确定了钎焊金刚石磨抛盘可用的最大磨料粒度为30/35目。     

大面积聚晶金刚石复合片电火花加工温度场及应力场的数值模拟

在研究电火花加工机理的基础上,基于有限元原理,建立了电火花连续脉冲放电磨削聚晶金刚石复合片时的物理模型,对磨削过程工件表面的温度场、应力场分布及工件材料的变形规律进行了模拟分析.研究了脉冲宽度及峰值电流对温度场、应力场分布及复合片变形量的影响规律.结果表明,有限元法是分析大面积聚晶金刚石复合片电火花磨削过程中温度场、应力场及变形的一种有效方法,其计算结果可用来指导制定合理的加工工艺参数以提高加工质量和加工效率.     

PVA/PF复合凝胶磨具精密磨削碳化硅陶瓷工艺实验研究

目的 针对传统粉末热压成形细粒度金刚石磨具存在颗粒团聚、磨削碳化硅陶瓷容易在表面产生较深划痕的问题,提出一种基于冷冻-解冻凝胶成形的细粒度金刚石磨具,用于精密磨削碳化硅陶瓷,并研究其加工工艺.方法 制备聚乙烯醇-酚醛树脂复合凝胶胶水,将金刚石和填料在凝胶胶水中剪切分散,得到的浆料浇筑在模具中,在–20℃低温条件下反复冷...     

干摩擦条件下钻头胎体与花岗石摩擦特性的试验研究

为了了解热压钻头胎体与花岗石在干摩擦条件下的摩擦特性,分别选取了3组不同硬度的热压钻头胎体试样和3组不同金刚石浓度的孕镶金刚石胎块试样,与同一种花岗石进行了一对一的摩擦磨损试验,得出了不同条件下的摩擦系数与摩擦力矩。分析探讨了胎体试样硬度及金刚石浓度对摩擦系数的影响规律。结果表明:不含金刚石的胎体试样与花岗石之间的干摩擦,随着胎体硬度的增大,摩擦力矩与摩擦系数先增大后减小;添加金刚石的胎体试样较之于纯胎体试样,摩擦力矩与摩擦系数显著减小;含金刚石的胎体,随着金刚石浓度的增大,摩擦力矩与摩擦系数逐渐增大。     

DIAMOND FILMS MADE BY DC PLASMA JET

This paper is about the diamond films fabricated by dc plasma jet method. Scanning electron microscopy(SEM), X-ray diffractometry and Roman scattering spectroscopy have been used to characterize the diamond films deposited under different experimental conditions and different substrates.     

高效加工硬质合金沉孔用新型金刚石工具与工艺研究

介绍了一种加工硬质合金沉孔用新型金刚石工具与加工工艺。采用电镀和烧结金刚石磨头在数控铣床上,以螺旋进刀的加工方式,在不同进刀量和进给速度条件下,研究加工效率和磨头寿命的关系;研究不同尺寸、槽型的电镀和烧结金刚石磨头对不同材质的硬质合金沉孔的加工效率和沉孔精度等的影响;并采用扫描电镜（SEM）和光学显微镜分析金刚石磨头的显微组织。结果表明:与电镀金刚石磨头相比,烧结金刚石磨头具有更好的使用寿命和加工效率,将传统硬质合金沉孔（φ13 mm×5 mm）每孔的加工时间由2 h缩短为10~15 min,且每只磨头的打孔寿命约为33~42个。该研究有望进一步增大硬质合金等硬脆带孔材料的应用范围。