8.研磨的機(jī)理是什么？常用研磨和拋光的硬脆材料有哪些？

 

研磨和拋光是加工硬脆非金屬材料的主要方法之一。研磨的過程是通過介于工件和研具之間的磨料及切削液，在工件和研具間產(chǎn)生機(jī)械摩擦或機(jī)械化學(xué)作用去除余量，使工件達(dá)到所需要的加工精度和表面質(zhì)量。硬脆材料的研磨與金屬的研磨不同，它是通過磨料在外力的作用下，使工件表面產(chǎn)生微小龜裂，并逐漸擴(kuò)張和崩碎，從母體材料上脫離而進(jìn)行加工的。但是隨著加工去除單位的減小，加工機(jī)理也不同。開始粗粒度磨料研磨時(shí)，主要是脆性破壞。改用細(xì)微磨料(W5以下)時(shí)，研磨則是以塑性破壞為主。一般用硬質(zhì)研具的加工方法稱為研磨，用軟質(zhì)材料作研具的稱為拋光。在精密加工中，研磨和拋光是難于區(qū)分的。常用研磨和拋光的硬脆材料見表14-5。

 

 

9.研磨和拋光硬脆材料的工藝參數(shù)有哪些？

在研磨和拋光中，研磨壓力、相對(duì)速度與加工精度、研磨工具的硬度、磨料的粒徑與研磨表面質(zhì)量有著密切的關(guān)系。研磨壓力小，相對(duì)速度低，加工精度就高。磨料粒度小，研具的材料軟，加工后的表面粗糙度就小。研具的壓力高，相對(duì)速度高，磨料的粒徑大，研具的材質(zhì)硬，加工的效率就高。研磨和拋光的工藝參數(shù)見表14-6。

 

10.常用的研磨拋光的磨料有哪些？

常用來研磨和拋光的磨料可分為一般磨料和特殊用途磨料。一般磨料有：二氧化硅( SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鈰(CeO2)、三氧化二鐵(Fe2O3)、氧化鉻(Cr2O3)、金剛石(C)。特殊用途的磨料有：氧化鎂(MgO)、氧化釷(ThO2)、氧化鋅(ZnO2)、氧化鈦(TiO2)、氧化錳(MnO2)、碳酸鈣(CaCO3)等。

 

超精密研磨機(jī)

11.超精密研磨與拋光的方法和特點(diǎn)有哪些？

一般情況下，加工去除的單位越小或機(jī)械的作用越小，被加工表面質(zhì)量就越高。如果研磨能以原子或分子為單位去除材料，表面的粗糙度就能達(dá)到納米(nm)級(jí)，加工的變質(zhì)層很微小或沒有。各種超精密研磨與拋光的磨料粒徑一般在數(shù)微米以下，對(duì)半導(dǎo)體材料的超精密加工，多用粒徑為0.02μm的磨料。為了防止工件氧化和研磨液中的雜質(zhì)，引起加工表面的劃傷，一般使用蒸餾水或離子水。各種超精密研磨方法和特點(diǎn)如下：

(1)超精密研磨與拋光：它的機(jī)理是以磨料的機(jī)械作用為主去除材料。研磨時(shí)采用各種細(xì)微磨料和軟質(zhì)磨料。研磨工具采用鑄鐵、玻璃、陶瓷、軟金屬，拋光時(shí)采用軟質(zhì)研具或?yàn)r青。研磨液采用機(jī)油、煤油、水溶液，拋光時(shí)采用過濾水或蒸餾水。研磨方式有手工研磨和機(jī)械研磨。主要加工對(duì)象為各種硬脆材料。

(2)液中研磨與拋光：它是浸在含有磨料的工作液中進(jìn)行的，以磨料的機(jī)械作用為主，加上液體的冷卻與分散磨料的作用，被加工工件是浮動(dòng)的，在液中運(yùn)動(dòng)進(jìn)行。研磨液是過濾水或蒸餾水。研磨工具采用合成樹脂或錫等軟質(zhì)材料。主要加工對(duì)象是硅片等電子材料。

(3)化學(xué)研磨與拋光：它是在工件被加工的過程中，伴隨著化學(xué)反應(yīng)或水合反應(yīng)，將化學(xué)反應(yīng)或水合反應(yīng)的生成物去掉，其目的是為了提高加工的效率。它的原理是以機(jī)械作用去除化學(xué)反應(yīng)的生成物。采用細(xì)微磨料和水溶液或純水及無紡布或玻璃板等研具。主要用來加工硅和藍(lán)寶石基板。

(4)EEM加工：它的加工原理是高速旋轉(zhuǎn)的樹脂球?qū)ぜa(chǎn)生一定的壓力和氣流，并在它們之間加上含有磨料的工作液，使樹脂球沖擊或擦過工件表面進(jìn)行加工。這種加工方法可以加工任何形狀的表面，而且質(zhì)量很高，但是效率很低。

(5)浮動(dòng)研磨：它是利用滑動(dòng)軸承的動(dòng)壓效應(yīng)原理，將研具做成容易產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)的形狀，在工件與轉(zhuǎn)盤作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于動(dòng)壓效應(yīng)工件浮起而脫離接觸，再通過間隙進(jìn)入磨料和切削液而進(jìn)行加工的。這種方法可以獲得很高的表面質(zhì)量。

 

珩磨機(jī)

12.加工硬脆材料的其他方法有哪些？

(1)珩磨：珩磨不僅適用于金屬，也適用于硬脆非金屬材料的精密加工。珩磨條材質(zhì)為Al2O3或金剛石磨料，粒度一般選用W28，采用煤油作珩磨液。珩磨條和工件被加工表面在一定壓力下作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其壓力越大，加工效率越高，但被加工表面粗糙度就越大。

(2)砂帶加工：精密加工用的砂帶，多采用25～75μm厚的聚酯薄膜，粘涂粒徑為0.3～30μm的氧化鉻或氧化鐵、氧化鋁、碳化硅和金剛石微粉制成。有帶狀、盤狀、板狀、圓筒狀及特殊形狀等品種。它主要對(duì)電子器件中的陶瓷材料加工。在磨削中，隨著速度增加，磨削量也增加，最高速度可達(dá)40m/s。磨削液一般采用水，供給量為3L/min左右。磨削玻璃時(shí)，采用黑色碳化硅比采用綠色碳化硅的效果好。用砂帶磨削硬材料時(shí)，金剛石磨料最好。

(3)復(fù)合加工：它是將加工原理不同的兩種或兩種以上的加工方法應(yīng)用于同一表面的加工過程中，這種方法稱為復(fù)合加工。

①化學(xué)—機(jī)械加工。它是利用機(jī)械作用，使加工表面活性化，從而促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，同時(shí)化學(xué)的作用又促使被加工表面變質(zhì)或弱化，促使機(jī)械作用容易進(jìn)行，達(dá)到加工的目的。各種硬脆材料在進(jìn)行化學(xué)—機(jī)械加工時(shí)，關(guān)鍵在于選擇被加工材料產(chǎn)生固相反應(yīng)的磨料和化學(xué)反應(yīng)的液體。例如利用軟質(zhì)磨料通過固相反應(yīng)，加工硅、藍(lán)寶石等。

②電解—機(jī)械加工。硬脆非金屬材料一般是不導(dǎo)電的，但在被加工材料中，適當(dāng)加入導(dǎo)電而容易電解的成分，就可以進(jìn)行電解—機(jī)械加工。如在陶瓷中加入TiN，就使材料具有電解的性能，而進(jìn)行電解磨削加工。

③電火花—機(jī)械加工。有些硬脆非金屬材料，如ZrBi、Si3N4—TiN具有導(dǎo)電性，SiC為半導(dǎo)體，它們都可以進(jìn)行電火花加工。這些材料可以使用電火花放電與機(jī)械加工結(jié)合起來，進(jìn)行電火花磨削。對(duì)不導(dǎo)電的硬脆材料，要利用電解液中的電火花放電進(jìn)行加工。如對(duì)金剛石、紅寶石的孔加工就是利用了這一原理。

④電解—電火花加工。對(duì)于不導(dǎo)電的硬脆材料，將其浸泡在電解液中，使金屬電極與電解液之間進(jìn)行電火花放電，這時(shí)放在電極附近的材料被加工。

⑤超聲波—磨削加工。它是將超聲波與磨削結(jié)合起來，使砂輪產(chǎn)生超聲波振動(dòng)，防止砂輪堵塞，減小磨削力，從而提高加工效率和表面質(zhì)量。

 

巖石

13.巖石的種類有哪些？

巖石具有許多其他材料不能相比的優(yōu)良特性。如耐磨性好、耐腐蝕、精度保持性好，其制品有美麗的光澤等。石材經(jīng)過加工可以制成精密平板、高精度機(jī)器零件，如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作臺(tái)和立柱等。石材還可以做高級(jí)建筑的裝飾材料，提高建筑的美學(xué)價(jià)值。

巖石按形成原因可分為三大類，即巖漿巖(也稱為火成巖)、沉積巖和變質(zhì)巖。

(1)巖漿巖：在高溫條件下，由巖漿或熔巖流冷凝結(jié)晶而成的巖石稱為巖漿巖。巖漿噴出地表面凝固的巖石稱為火成巖或噴出巖。巖漿在地殼深處凝固的巖石稱為侵入巖或深成巖。如花崗巖、閃長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖等。組成巖漿巖的主要礦物有：石英、鉀長(zhǎng)石、輝石、角閃石、黑云母、磁鐵礦、黃鐵礦等。巖漿巖具有全晶體結(jié)構(gòu)和半晶體結(jié)構(gòu)，并有較高的硬度及強(qiáng)度。

(2)沉積巖：在地表?xiàng)l件下，由風(fēng)化作用、生物作用和某種火山作用形成的物質(zhì)經(jīng)過改造(如搬運(yùn)、沉積、化石作用)而形成的巖石稱為沉積巖。它的特征是具有層理構(gòu)造，它的硬度低于巖漿巖。用于加工的沉積巖主要是化學(xué)巖和碎屑巖?；瘜W(xué)巖的巖種有石灰?guī)r、白云巖和硬石膏巖等。碎屑巖主要有砂巖、燦角礫巖。

(3)變質(zhì)巖：它是由已存的巖石，因物理化學(xué)條件的改變，使原來的巖石礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造發(fā)生變化而形成的巖石。變質(zhì)巖主要有原巖是花崗巖、流紋巖變質(zhì)形成的片巖、片麻巖，原巖是石灰?guī)r和白云巖變質(zhì)形成的大理石巖等。

石材的加工業(yè)，根據(jù)巖石的基本特點(diǎn)，將石材分為大理石和花崗石兩大類。所謂大理石是指變質(zhì)的或沉積的碳酸鹽巖及某些含有少量碳酸鹽的硅酸鹽類巖石，如大理石、石灰石、白云石、蛇紋巖、砂巖、石英巖和石膏巖等。凡屬于巖漿巖和變質(zhì)巖漿巖的石材統(tǒng)稱為花崗石。它包括有花崗巖、正長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖、輝綠巖、玄武巖和片麻巖等。

 

巖石

14.巖石有哪些基本的物理性質(zhì)？

(1)相對(duì)密度d：它是巖石實(shí)際體積的質(zhì)量與同樣體積水的質(zhì)量之比。所謂巖石的實(shí)際體積是不包括孔隙的體積。

(2)容重γ：巖石的容重是單位體積巖石的質(zhì)量。所謂單位體積，就是包括孔隙在內(nèi)的巖石總體積。巖石的容重分為干容重和濕容重。

(3)密度ρ：巖石的密度是單位體積巖石的質(zhì)量。

(4)孔隙度n：巖石的孔隙度是指巖石的各種裂隙、孔隙體積總和與巖石總體積之比。

(5)吸水率w：巖石的吸水率是指巖石在大氣壓力條件下，吸水質(zhì)量與巖石干質(zhì)量之比。

巖石的物理性能見表14-7。