陶瓷磨削的材料去除機(jī)理

        陶瓷材料去除機(jī)理一般有兩種，即脆性斷裂和塑性成型。通常情況下，脆性斷裂的材料去除方式是通過(guò)孔隙和裂紋的成型或延展、剝落及碎裂等方式來(lái)完成的。塑性成型去除方式類(lèi)似于金屬磨削中的切屑成型過(guò)程，其中涉及滑擦、耕犁和切屑成型。由于陶瓷的高硬度和高脆性，在陶瓷磨削方面的大多數(shù)研究都使用了“壓痕斷裂力學(xué)”模型或“切削加工”模型來(lái)逅似處理。對(duì)陶瓷磨削的材料去除機(jī)理研究表明，在陶瓷的磨削加j li過(guò)程中，材料去除基于以下幾種去除機(jī)理：晶粒去除、剝落、脆性斷裂、破碎、晶界微破碎等脆性去除方式，粉末化去除和塑性成型去除方式等。


 

        研究模型

        在陶瓷磨削方面的大多數(shù)研究都使用了“壓痕斷裂力學(xué)”模型或“切肖加工模型來(lái)近似處理。壓痕斷裂力學(xué)模型是把陶瓷磨削中磨粒與工件的相互作用看作小規(guī)模的壓痕現(xiàn)象。由普通維氏四面體壓頭在玻璃和陶瓷的法向方向接觸下所獲得的變形和斷裂示意圖如圖7一l所示。在壓頭正下方是塑性變形區(qū)（不可恢復(fù)的變形區(qū)），從這個(gè)永久變形區(qū)（塑性變形區(qū)）開(kāi)始形成兩個(gè)主要的裂紋系統(tǒng)：中央／徑向裂紋和橫向裂紋。材料的彈塑性變形中的非均勻變形所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是這些裂紋產(chǎn)生和發(fā)展的主要影響因素。研究中把中央／徑向裂紋擴(kuò)展分解成兩部分：彈性部分和不可逆（殘余）部分，彈性部分產(chǎn)生中央裂紋并使其在加載中向下擴(kuò)展，而殘余部分則在壓頭叫撤（卸載）過(guò)程中使裂紋繼續(xù)擴(kuò)展。材料強(qiáng)度的降低通常是由中央／徑向裂紋和殘余應(yīng)力的擴(kuò)展作用引起的。橫向裂紋是在卸載時(shí)產(chǎn)生于靠近塑性區(qū)底部，并在與樣件表面幾乎平行的面上橫向擴(kuò)展．裂紋向自由表面的偏移導(dǎo)致材料的斷裂去除（形成切屑）。
 

        研究表明，當(dāng)用鈍的壓頭（壓頭尖端半徑較大）對(duì)脆性材料進(jìn)行壓痕試驗(yàn)時(shí)，將產(chǎn)生經(jīng)典的赫茲錐形裂紋。顯然，由鈍壓頭和銳壓頭所產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)是不同的。對(duì)于鋒銳壓頭，將在壓頭尖端正下方相當(dāng)小的區(qū)域里產(chǎn)生壓應(yīng)力場(chǎng)，在徑向方向，存在特別的拉應(yīng)力以至?xí)a(chǎn)生裂紋。對(duì)于鈍的壓頭，所產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)主要為壓應(yīng)力。

        “切削加工模型”近似則是包括了切削力測(cè)量和磨屑及加工表面形貌顯微觀察在內(nèi)的通用（典型）磨削機(jī)理研究方法。在切削加工模型近似研究中，常常要用到掃描電子顯微鏡(SEM)或透射電子顯微鏡(TEM)和其它的一些觀測(cè)手段和方法。切削加工模型證實(shí)了：雖然材料去除通常由脆性斷裂實(shí)現(xiàn)，但大部分磨削能消耗則與塑性變形有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，從陶瓷磨削加工：過(guò)程中產(chǎn)生的磨屑形態(tài)來(lái)看，材料主要以脆性斷裂方式被去除，但脆性斷裂所消耗的能量不足實(shí)測(cè)比能的1%．而在工件已磨削表面存在大量磨粒耕犁留下的紋路，而且在紋路兩側(cè)有明顯的塑性變形凸起及撕裂涂覆物。引入磨粒耕犁面積的概念，發(fā)現(xiàn)能量消耗與其存在較好的線性關(guān)系，因而推斷陶瓷磨削中能量主要消耗于發(fā)生在耕犁過(guò)程中的塑性變形。更進(jìn)一步研究表明，表面耕犁能與陶瓷材料性能指標(biāo)間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，特別是與材料硬度H和斷裂韌性K1C，關(guān)系最為密切，表面能正比于KlC3/2 H。