氮化硅陶瓷球研磨过程研究

目前氮化硅陶瓷球的研磨加工常分为五道工序:粗研加工、半精研加工 精研加工、超精研加工和抛光加工。一般而言，对于氮化硅陶瓷材料来说，其研磨加工的过程就是不同研磨阶段材料不同去除形式的体现。功能陶瓷材料去除的过程中，存在以下三种形式:脆性去除、粉末化去除以及塑性去除等。对于陶瓷材料的脆性去除又体现为去除晶粒、剥落颗粒、脆性断裂、碎裂、晶界微破碎以及粉末化(粉末域)等去除形式。

陶瓷材料研磨的粉末化去除规则主要是陶瓷材料的晶粒因粉末化去除被碎裂成更细的晶粒，并形成粉末域。塑性去除形式主要是指陶瓷研磨的塑性域加工。陶瓷球材料的特有性能如高强度、高硬度以及断裂韧性均是影响其材料去除形式中脆性断裂和塑性变形的核心因素。除此之外，当然还包含其它一些外部客观因素诸如磨料磨粒对氮化硅陶瓷球的作用力，上、下研磨盘及其他研磨条件等，也是陶瓷球研磨加工中材料去除形式的影响因素。

对陶瓷球进行研磨加工中的去除形式过程进行研究，日前大常采用压痕断裂力学模型和切削加工模型近似模拟陶瓷球去除形式。

(1)压痕断裂力学模型是把陶瓷球研磨过程中磨料磨粒与被研磨氰化硅陶瓷球之间的相互作用视为小规模的压痕现象。加载压力产生裂纹的载荷临界值与陶瓷材料的硬度及断裂韧性相关连，当加压载荷低于这一临界值时，横向脆性裂纹是不会出现的，磨粒与陶瓷球之间的界面也会产生一定的朔性流动。因而此时是塑性形式去除。针对整个氮化硅研磨过程每个研磨阶段，是属于脆性形式去除还是塑性形式去除几乎取决于在各个研磨阶段的工艺参数，如研磨加压载荷、研磨液浓度及研磨盘转速等。

(2)与压痕断裂力学模型相对比，“切削加工模型”近似的方式则是囊括了切削力测量及显微观察研磨加工表面形貌在内的一种通用研磨去除机理研究方法。从切削加工模型的研究中证实了:虽然陶瓷材料去除通常由脆性断裂来实现，然而由于各个研磨阶段工艺参数的不同，其去除形式也会产生一定的变化，研磨过程的去除能量消耗与塑性变形去除形式也存在一定的关系。通过观测陶瓷球研磨加工过程中产生的去除屑形态来分类，陶瓷材料在研磨过程中主要以脆性断裂方式为主被去除，但在研磨阶段进入精研工序以后，工艺参数(如加载压力等)都会相应减小，因此在这些阶段陶瓷球表面存在有明显的塑性变形的痕迹。根据磨粒耕犁面积的定义，研磨中能量耗损与其陶瓷材料去除形式之间存在较好的线性关系，因而可推断出;陶瓷球研磨过程中发生塑性变形时会消耗多数能量。更进一步研究表明:表面耕犁能与陶瓷材料性能指标间有一定的对应关系,特别是与材料硬度和断裂韧性关系最为密切。

从上面的分析可知:每个研磨加工阶段氮化硅陶瓷球去除形式其研磨过程中工艺参数中的加压载荷有着密切的关系，由于各个阶段的研磨工艺参数有所差异，进而加压载荷不同，因此产生的中间径向裂纹也不尽相同，因此对于氮化硅等陶瓷球进行研磨加工去除形式要看加压载荷是否超过产生中间径向裂纹的临界载荷。