剪切增稠抛光加工Si_3N_4陶瓷的试验研究

摘要

基于剪切增稠抛光（STP）的加工原理分析 Si3 N4陶瓷超精密加工的控制策略，考察所制备的含有立方氮化硼（CBN）磨粒的剪切增稠抛光液的流变行为，分析工件抛光前后表面形貌变化及表层应力状态，研究其抛光特性．结果表明：抛光液具有可逆的剪切增稠与稀化效应，可达到 STP 加工工艺用抛光液的要求；改变磨粒粒径，可以控制 Si3 N4加工效率与表面质量，且材料去除量和表面粗糙度的理论值能够反映试验值的变化；STP 加工Si3 N4为持续微切削的“柔性抛光”，初期为脆性剪切、粘着磨损去除，后期为塑性去除；当磨粒粒径达到纳米级时，表层应力状态由初始残余拉应力变为压应力，说明 STP 不仅能高效去除原有表面损伤层而且新引入的损伤小；随着抛光时间的延长，去除量先快速增大而后趋缓；抛光90 min 后，去除率由初期的5．00～2．40μm ／h 降至3．24～2．04μm ／h，表面粗糙度 Ra由108．9～111．1 nm 降至22．0～10．7 nm；抛光150min 后，Ra可降至9．6～7．2 nm，实现了 Si3 N4陶瓷粗抛后的精密抛光．