用于功能陶瓷材料超精密平面加工的固结磨具的研究进展

作     者：王洁 赵萍 吕冰海 张韬杰 黄晟 杭伟 袁巨龙 WANG Jie;ZHAO Ping;LYU Binghai;ZHANG Taojie;HUANG Sheng;HANG Wei;YUAN Julong

作者机构：浙江工业大学超精密加工研究中心杭州310014 杭州职业技术学院友嘉机电学院杭州310018 

出 版 物：《材料导报》 (Materials Reports)

年 卷 期：2019年第33卷第17期

页      面：2873-2881页

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金(51575492 51605440) 中国博士后基金(2017M621966) 浙江省公益技术研究项目(LGG19E050021) 浙江省自然科学基金(LR17E050002) 

主　　题：固结磨具 超精密平面加工 功能陶瓷 选材 结构化表面 自修整 

摘      要：功能陶瓷是可实现某种功能的无机非金属材料。以平面为重要工作面的功能陶瓷零部件及产品因具有优良的综合性能而被广泛应用于医疗民生和国防军工等领域。为更好地满足产品的功能要求,平面的加工质量需达到形状精度亚微米级、表面粗糙度纳米级,甚至更高水平。因此,功能陶瓷平面迫切需要超精密加工。磨料加工是超精密加工的重要方式,包含固结磨料和游离磨料加工这两种互为补充的方式。固结磨料加工是否能够满足被加工工件的超精密要求,磨具至关重要。磨削时所采用的砂轮,固结磨料研磨、抛光时所采用的研磨垫和抛光垫,均为固结磨具。功能陶瓷具有稳定的物理化学综合特性,使得其被加工后可长期保持加工精度;同时,这也决定了功能陶瓷的加工有别于金属材料、有机材料以及工程陶瓷。用于功能陶瓷材料超精密平面加工的固结磨具有别于普通加工的固结磨具,亟需针对性的研究。决定固结磨具能否满足加工要求的因素主要包括:磨具制备时,作为固结磨具的主要原料、磨料和结合剂的合理选择或改性;磨具使用中,可能出现的磨料钝化以及磨具表面被磨屑堵塞的现象;磨具表面宏观形貌的优化与否。近年来,国内外研究人员从功能陶瓷材料的不同去除机理出发选择磨料,针对固结磨料超精密平面加工的不同方式选择或改性结合剂,通过在线修整、表面结构化的方法使磨具长时间保持高效高精度的加工性能。由此所制备或选用的磨具被成功应用于硅、锗、蓝宝石、碳化硅、微晶玻璃、三硼酸锂等功能陶瓷材料的平面加工,达到超精密加工水平,可以满足不同领域相关产品的功能要求。本文综述了功能陶瓷材料的固结磨料超精密平面加工用磨具的研究进展,分别从磨具原料的选择、磨具的应用、磨具的在线修整和表面的结构化进行介绍,分析了以上四方面研究所面临的问题并展望了发展前景,以期为业界和相关研究人员以固结磨具超精密加工功能陶瓷平面提供参考。