蓝宝石单晶ELID磨削表面质量研究

摘要

本论文利用了ELID(Electrolytic In-Process Dressing，ELID)方法，对蓝宝石进行塑性磨削研究，同时对青龙玉，微晶玻璃等不同硬度材料进行ELID磨削研究。实验采用了GM73-Ⅲ型超精密平面磨床，铸铁基短纤维结合剂金刚石砂轮(粒度为W5)，配合在线电解修整，通过调整砂轮单位进给量和砂轮转速，实现了对蓝宝石的塑性切削；并通过对青龙玉，微晶玻璃等脆性材料的ELID磨削，研究了单位进给量和砂轮转速对表面粗糙度的影响。利用表面光度仪(XP-2<'TM>)、原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)和偏光显微镜(DMRXP)分别对蓝宝石加工表面轮廓、表面形貌和表面加工缺陷进行了分析。并采用X射线衍射小角度掠入射的方法，对蓝宝石加工表面变质层进行了研究。 研究结果表明，本实验中，用ELID方法对蓝宝石进行磨削，表面粗糙度值随单位进给量增大而增大，随砂轮转速增大呈先降低后升高的趋势；蓝宝石磨削有脆性断裂和塑性切削两种模式；当单位进给量为1μm，砂轮转速为1900 rpm时，蓝宝石处于塑性域磨削，得到表面粗糙度值为3.2nm。利用ELID方法，与传统磨削抛光相比，大大减少了蓝宝石材料表面的加工缺陷，实现了以磨代抛，提高了加工效率，蓝宝石加工表面变质层厚度仅为2.33μm，满足了蓝宝石基片作为功能材料的精度要求和光学要求。本实验用ELID方法磨削不同硬度的脆性材料，均满足表面粗糙度随砂轮转速增加而先降低后增大的趋势，且最低表面粗糙度对应的砂轮转速随材料硬度增大而降低。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1 ELID磨削的原理

1.2 ELID磨削去除材料的机理

1.3 ELID磨削的特点

1.4 ELID磨削要素

1.4.1 ELID磨削用砂轮

1.4.2 ELID磨削用电解电源

1.4.3 ELID磨削用电解液

1.5 ELID电解装置及作用途径

1.6硬脆材料的加工特性

1.7硬脆材料去除机理

1.7.1脆性去除机理

1.7.2粉末化去除机理

1.7.3塑性去除机理

1.8磨削表面变质层产生及结构

1.9磨削加工表面质量及评价方法

1.9.1表面质量

1.9.2评价方法

1.10本项工作的目的、意义

1.11本章小结

第2章实验设备及方法

2.1实验设备

2.1.1 ELID磨床

2.1.2 SMD-10型数控双脉冲电镀电源

2.1.3数字化光电转速仪

2.1.4样品制备

2.2实验步骤

2.3本章小结

第3章蓝宝石在塑性域的ELID磨削研究

3.1磨削条件对表面粗糙度的影响

3.1.1砂轮单位进给量与表面粗糙度的影响

3.1.2砂轮转速对表面粗糙度的影响

3.2 ELID磨削表面形貌研究

3.3脆-塑性转变的理论分析

3.3.1从应力角度分析

3.3.2从晶体结构分析

3.4本章小结

第4章ELID磨削蓝宝石表面质量的综合评价

4.1表面轮廓评价

4.2表面缺陷评价

4.3表面变质层评价

4.3.1蓝宝石对X-ray质量吸收系数计算

4.3.2 X-ray小角掠入射研究蓝宝石表面变质层

4.4本章小结

第5章不同硬度材料的ELID磨削研究

5.1样品材料的硬度测量

5.2不同硬度材料在同磨削条件下的差别

5.3砂轮转速对不同硬度材料ELID磨削表面的影响

5.4材料硬度对磨削参数的影响

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与研究成果

致谢

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