文章基本信息

       引用本文：孫國(guó)棟, 李維翠, 胡晉昭, 李樹強(qiáng), 黃樹濤. 研磨壓力對(duì)聚晶金剛石表面質(zhì)量的影響[J]. 金剛石與磨料磨具工程, 2024, 44(4): 528-533.

       SUN Guodong, LI Weicui, HU Jinzhao, LI Shuqiang, HUANG Shutao. Effect of lapping pressure on surface quality of polycrystalline diamond[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(4): 528-533.

       doi:10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0036

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       研究背景

       研究背景BACKGROUND碳化硅（SiC）陶瓷作為典型的硬脆材料，憑借其高溫機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、高導(dǎo)熱性、抗氧化性、耐化學(xué)腐蝕性和耐磨損性，廣泛應(yīng)用于汽車、石化、電子、光學(xué)和航空航天等領(lǐng)域。然而，加工碳化硅陶瓷的過(guò)程中常面臨效率低、工具磨損嚴(yán)重、表面質(zhì)量差等問題。超快激光因其高峰值功率和低熱影響區(qū)的特點(diǎn)，成為解決這些問題、實(shí)現(xiàn)碳化硅陶瓷精密加工的理想技術(shù)。研究表明，隨著激光能量的增加，碳化硅陶瓷的材料去除機(jī)制從弱燒蝕轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)燒蝕，主要表現(xiàn)為熱汽化和爆炸效應(yīng)。同時(shí)，累加效應(yīng)、光化學(xué)作用以及激光能量密度對(duì)材料去除特性的影響也得到了廣泛關(guān)注。盡管現(xiàn)有研究對(duì)碳化硅陶瓷的激光燒蝕特性進(jìn)行了較多探討，但在燒蝕區(qū)域成分分布和去除機(jī)制方面的研究仍顯不足。本研究采用飛秒激光在不同能量密度和脈沖條件下對(duì)碳化硅陶瓷進(jìn)行加工，分析其表面形貌演變及加工特性，揭示其物理化學(xué)去除機(jī)制，為碳化硅陶瓷的高精度無(wú)損加工提供理論支持。
       研究摘要

       研究摘要ABSTRACT使用金剛石平磨盤對(duì)聚晶金剛石（polycrystalline diamond，PCD）復(fù)合片的金剛石層進(jìn)行高速研磨實(shí)驗(yàn)，研究研磨壓力對(duì)PCD研磨去除率、表面粗糙度和表面形貌的影響。結(jié)果表明：當(dāng)研磨壓力為0.10 ~ 0.18 MPa時(shí)，隨著研磨壓力的增大，PCD的研磨去除率增大，表面粗糙度減小。PCD研磨表面缺陷主要包括沿晶破碎、微小凹坑、機(jī)械劃痕、微裂紋等，且隨著研磨壓力增大，研磨表面平滑面積擴(kuò)大，機(jī)械劃痕變小。

       研究結(jié)論

       -01*在單脈沖加工中，高斯光束作用下燒蝕區(qū)域形成沸騰區(qū)和熔化區(qū)，蒸發(fā)閾值和熔化閾值分別為 3.779 J/cm2 和 0.860 J/cm2。
       -02*燒蝕區(qū)域溫度從激光束中心向邊緣遞減，高溫區(qū)以材料直接蒸發(fā)為主，低溫區(qū)則以熱分解和氧化為主，多脈沖加工時(shí)呈現(xiàn)中心到邊緣的微觀結(jié)構(gòu)非均勻分布。
       -03*飛秒激光加工碳化硅陶瓷的去除過(guò)程為材料吸收能量后溫升加速原子運(yùn)動(dòng)，隨著能量增加，材料等離子體爆炸并噴射，O元素進(jìn)入材料內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)材料去除。
       -04*隨著激光能量密度增加和脈沖數(shù)增多，微孔直徑和燒蝕深度增大，能量密度達(dá)到 9.46 J/cm2、脈沖數(shù)為 50 后，微孔直徑趨于穩(wěn)定。
       部分圖表