中國(guó)粉體網(wǎng)訊 氮化硅陶瓷（Si3N4）是機(jī)械物理綜合性能較優(yōu)的陶瓷材料，具有低密度、高彈模、高硬度、高強(qiáng)度、低熱膨脹系數(shù)、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕以及絕緣性等特性。使用該材料制備的氮化硅陶瓷球組裝的軸承目前已被廣泛應(yīng)用于各種高精度高轉(zhuǎn)速機(jī)床、地鐵、航天發(fā)動(dòng)機(jī)和石油化工機(jī)械等領(lǐng)域。
在實(shí)際使用中，氮化硅陶瓷球?qū)Τ叽缇�、形狀精度以及表觀質(zhì)量等指標(biāo)均有嚴(yán)格要求，因此，氮化硅陶瓷球燒結(jié)體毛坯需經(jīng)研磨拋光加工才能達(dá)到使用要求。
陶瓷球研磨成球基本原理與方法簡(jiǎn)介
陶瓷球的研磨拋光成球原理主要是沿用軸承鋼球的成球原理，都是利用磨料磨粒去除表面材料，使球體的直徑減小、表面粗糙度降低，精度提高。球體在研磨盤(pán)中受到摩擦力，并在它的作用下，繞圓盤(pán)的軸線(xiàn)做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，球面與研磨盤(pán)上溝槽接觸弧線(xiàn)所形成的線(xiàn)速度差形成自轉(zhuǎn)，在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)下，球體、研磨盤(pán)及研磨液之間存在相互作用。
陶瓷球研磨成球基本原理
氮化硅陶瓷球研磨加工技術(shù)主要包括機(jī)械研磨加工技術(shù)、化學(xué)研磨加工技術(shù)及化學(xué)機(jī)械研磨加工技術(shù)等。這些研磨加工方式都需要研磨液來(lái)輔助加工，研磨液既能去除材料還能對(duì)工件表面精整處理。當(dāng)球體的加工方式及相應(yīng)設(shè)備確定后，影響陶瓷球加工質(zhì)量和效率的主要因素就是加工參數(shù)和研磨液。
研磨液：一種別樣的“液體磨具”
研磨液主要是由磨料、基載液、添加劑等組成，是一種別樣的“液體磨具”。磨粒相當(dāng)于刀具，可以去除表面余量，磨粒的硬度與大小影響加工效率與精度；基載液是磨粒的載體，需滿(mǎn)足磨粒的充分懸��；添加劑主要是輔助磨粒研磨，改善研磨環(huán)境。
研磨液中磨粒作為刀具加工球體時(shí)，出現(xiàn)表面損傷的概率要比固結(jié)磨料和砂輪低。研磨加工過(guò)程中磨粒如果在基載液中無(wú)法均勻分散，那么被去除的碎屑將會(huì)附著在工件表面，導(dǎo)致工件的表面質(zhì)量下降，研具的壽命也會(huì)受到影響。加工過(guò)程中產(chǎn)生的磨屑若長(zhǎng)時(shí)間的停留，會(huì)對(duì)球體表面產(chǎn)生劃傷，研磨液中的添加劑可以降低磨屑的附著能力，并帶走磨屑，避免影響加工質(zhì)量，保證了加工精度。
研磨液中液相介質(zhì)選擇
液相介質(zhì)是研磨液的重要組成部分，不僅可以做為磨粒的載體，還可以在研磨過(guò)程中與被加工元件進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)提高研磨速率，在整個(gè)加工過(guò)程中起著不可忽視的作用。
（1）懸浮作用。研磨液應(yīng)具有良好的懸浮性，來(lái)保證磨料均勻的分布在液相中，且短時(shí)間不產(chǎn)生絮凝或者沉淀，可以提高研磨效率以及加工質(zhì)量。
（2）冷卻作用。在研磨過(guò)程中由于磨具與工件表面擠壓，研磨區(qū)域的溫度會(huì)很高，液相可以有效的帶走高溫?zé)崃�，降低研磨區(qū)域的溫度，防止工件由于溫度過(guò)高產(chǎn)生燒傷以及裂紋等影響。
（3）潤(rùn)滑作用。在研磨過(guò)程中降低磨料物質(zhì)與被加工工件表面之間的摩擦，可以防止已加工表面粗糙度惡化保證工件加工精度。
（4）清洗作用。在進(jìn)行研磨的時(shí)候產(chǎn)生的碎屑一般留在工件的表面，這些雜質(zhì)切屑在研磨加工時(shí)對(duì)工件產(chǎn)生劃傷，可以加入表面活性劑來(lái)降低碎屑的附著能力，通過(guò)液相介質(zhì)的流動(dòng)性可以帶走多余的雜質(zhì)切屑，從而確保加工時(shí)工件精度。
研磨液可以分為兩大類(lèi)：油基研磨液和水基研磨液。油基研磨液大致分為三類(lèi)：動(dòng)、植物基礎(chǔ)油和礦物基礎(chǔ)油以及合成基礎(chǔ)油，油基研磨液的潤(rùn)滑和防銹性能較好，存在清洗時(shí)必須用有機(jī)溶劑，污染環(huán)境以及費(fèi)用高等缺點(diǎn)。水基研磨液由水和水溶性添加劑組成，水基研磨液的優(yōu)點(diǎn)在于具有良好的冷卻性和清洗性。同樣水基研磨液也存在許多缺點(diǎn)，水基研磨液的潤(rùn)滑效果不太明顯，防銹性能差，而且水基研磨液細(xì)菌滋生快，存在著環(huán)保問(wèn)題。
研磨液中磨粒選擇
要想使磨粒對(duì)工件產(chǎn)生最好的作用，在選擇磨粒的時(shí)候一定要選擇硬度大、高強(qiáng)度、韌性好、穩(wěn)定性高、化學(xué)穩(wěn)定性好同時(shí)具備自銳性等性能的磨粒。
一般來(lái)說(shuō)磨粒的硬度必須不能低于被加工工件的硬度，不然就不可能對(duì)工件進(jìn)行有效研磨，但時(shí)也不能過(guò)高，硬度過(guò)高往往會(huì)造成磨具磨損使其壽命縮短。磨粒應(yīng)該具有良好的韌性，在受到?jīng)_擊力時(shí)磨粒應(yīng)補(bǔ)破損，從而保證可以正常去除工件表面材料。其次磨粒應(yīng)具有自銳性，在研磨過(guò)程中磨粒的刃部則漸漸的鈍化，研磨的時(shí)間越長(zhǎng)就會(huì)看到研磨的效率越低，所以它的自銳性至關(guān)重要可以確保研磨效率不會(huì)下降，也就是說(shuō)自銳性越好研磨效率就會(huì)越高。在對(duì)工件進(jìn)行研磨加工時(shí)，研磨區(qū)的溫度會(huì)偏高，磨粒應(yīng)具有良好的熱穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性，磨粒不會(huì)發(fā)生形變和變質(zhì)，保證可以正常加工。
目前，常用的磨粒大致分為三種：剛玉類(lèi)磨粒、碳化物磨粒、金剛石磨粒。通常鑄鐵、高速鋼等材料碳素工具鋼會(huì)使用剛玉類(lèi)磨粒來(lái)研磨。碳化物磨粒硬度相對(duì)較高，一般用于硬質(zhì)合金以及陶瓷材料的研磨加工。金剛石類(lèi)磨粒硬度最高，其研磨加工效果也很好，一般用于瑪瑙、寶石、和陶瓷等材料高精度工件的精加工。
對(duì)于一些要求表面質(zhì)量高的研磨時(shí)也可以用納米金剛石，納米金剛石屬于碳納米物質(zhì)，在使用時(shí)一般需要在其表面附加醚基、羥基、羧基等具有長(zhǎng)碳鏈活性基團(tuán)來(lái)對(duì)其進(jìn)行表面改性。對(duì)于氮化硅高硬度陶瓷進(jìn)行研磨加工一般選用碳化物磨粒和金剛石類(lèi)磨粒。
參考來(lái)源：
[1]徐歡.氮化硅陶瓷球制備技術(shù)的研究進(jìn)展
[2]薛會(huì)民等.軸承陶瓷球研磨加工技術(shù)研究進(jìn)展
[3]張益昆.氮化硅陶瓷球?qū)Ｓ醚心ヒ旱难芯考把b置設(shè)計(jì)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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