對金剛石燒結體金相拋光的認識與工藝規范

王辰宇+王德新+王福泉+齊洪波

【摘 要】本文探索了金剛石燒結體金相拋光的特點，并制定岀金剛石燒結體金相拋光工藝規范。

【關鍵詞】金剛石燒結體；金相拋光；金相組織；工藝規范

0 引言

金剛石燒結體是由無數無定向的金剛石微細晶粒，在超髙壓、高溫條件下，隨機排列聚合而成。輿金剛石單晶相比，具有無解理面、各向同性等優異性能。產品的組織結構決定性能，金剛石晶粒結合的牢、鍵合狀態好，性能越佳，反之性能低劣，甚至成為廢品。通過金相結構觀察分析，不僅能清晰的觀察到晶粒結合狀態，而且是整體的。這就要制作金剛石燒結體高質量的金相試樣：在同一平面把晶粒磨平、拋光，展現出晶粒間結合的金相結構。為此，我們采用J28180-5/ZF型三軸研磨機，對金剛石燒結體的金相拋光原理與工藝進行摸索。認識到了金剛石燒結體金相拋光的特點，并形成了工藝規范，對金剛石燒結體形成機理、工藝的研究起了重要作用。

1 對研磨、拋光技術的考察

（1）研磨、拋光加工技術是傳統的一種加工工藝，它分磨平和拋光兩個基本過程。通常由組合工件（被拋光加工件）——磨粒——拋光盤相互作用來完成。拋光盤通常由被襯以固體膜、毛氈、泡沫塑料或者纖維墊（簡稱組織物）的剛性盤組成。有三種情況，一是，磨平過程是由磨粒與潤滑劑放入鐵盤上研磨；二是，通常拋光加工是在組織物中儲存粒磨，拋光加工由磨粒為主與組織物合作完成。三是，由拋光盤即組織物承擔，拋光過程中只用組織物與潤滑液加工。

（2）磨平和拋光是兩個不同的加工過程：磨平是用磨粒的“研磨力” 把加工件表面磨平，達到一定的平整度；而拋光是在磨平的基礎上，用磨粒的“磨削力” 對工件再加工，達到一定光潔度。磨平與拋光兩個過程，既有區別又有密切聯系。

（3）金相拋光和非金相拋光有著本貭的不同。金相拋光的磨平不只是指的平整度，是指組成物體微粒在同一平面上的磨平，是指顆粒磨平。一般的光亮拋光只是達到一般平整狀態，而不是顆粒平面能否在一個大平面上，這個概念也必須建立起來。

2 金剛石燒結體金相拋光的特點

一般的金相拋光，是由硬磨粒去磨削加工軟工件，容易磨克它，并且用較細的粒度直接可以磨平、出金相結構。而金剛石磨粒就很難磨克金剛石燒結體，因此采用特殊的工藝技術才能實現。只有使金剛石磨粒處于特殊狀態下，才能有效的磨削克動它。這就要掌握影響它的諸因素：如磨粒濃度、分布、轉速、壓力等。

（1）金剛石燒結體磨平過程中用較粗的金剛石磨粒，才能磨削克動金剛石燒結體，但是必須由粗到細更換粒度號。一種粒度號只能完成一定加工量、一種磨削速度，一種工作面的加工狀態和平正度，且不同粒度相互不可替代。它的粒度效果是非常突出、唯一的。

（2）金剛石燒結體磨平過程中，必須遵循由粗到細換號進行。每個粒度號的加工任務，不但是唯一的而且是連續繼承的。使用一種粒度號的金剛石磨粒永遠達不到金相磨平狀態。在這種磨平過程中，存在著一個“標定”的金剛石磨粒粒度，才能達到出現金相的磨平狀態，而且是唯一的。

（3）金剛石燒結體磨平狀態是指組成物體顆粒磨出的平面，應處在試樣同一平面上的磨平，即組織顆粒的磨平，這時金相結構隱約可見，這標志著磨平過程的結束，拋光過程的開始。實踐中反復左證：如果達不到剛要出金相結構這個標志，金相拋光過程根本不能進行。

（4）達到了金相磨平的標志，顆粒間的界限隱約可見，是摸糊不清晰的。在此基礎上進行拋光，去除顆粒表面的劃痕、顆粒間微小不平之處與異物，從而變光變亮，真正展現出晶粒的結合狀態來，展現出清晰的金相組織。

3 金剛石燒結體金相拋光工藝規范

金剛石燒結體金相研磨、拋光工藝包括準備、預磨、磨平和拋光工序。這種劃分不是人為的，是有內涵、客觀存在的。嚴格做好每道工序，就能制作出金剛石燒結體的合格金相試樣。

3.1 準備、預磨工序

3.1.1 目地、要求

通過準備工序的操作，使樣品合理而規范的鑲裝在上研磨盤上，在整個加工過程中保持不變。工件在盤上排布合理，運轉規跡得當，使每個樣品加工狀態一致。每個樣品兩面平行、高度一致，運轉中各樣品都是整個平面接觸研磨盤，這是最基本要求，否則不能進行。

3.1.2 設備、工具、材料

J28180-5/ZF型三軸研磨機、千分尺、多種粒度的金剛石磨料等

3.1.3 操作要點

（1）樣品檢查、判斷處理：看樣品端面平整度，查看兩端面是否平行。

（2）將研磨盤平面處理好，將樣品按設計要求用環氧樹脂粘在上研磨盤上。

（3）精確觀察、判斷每個樣品的平面是否都處在一個平面上，裝到J28180-5/ZF型三軸研磨機上預磨一下。

4.2 磨平工藝

4.2.1 目地：研磨工件達到金相磨平的要求，這標志著磨平工藝結束，為拋光工序準備穩定的條件。

4.2.2 工藝概述

在帶有拋光紋的鐵盤上進行，硝酸甘油為工作液，金剛石磨粒按一定濃度配比在工作液中，均勻的布置在鐵盤上，粘結著樣品的上盤與下盤相對而置，兩者相隨轉動，研磨力加到上磨盤上，從而磨粒對工件研磨。

研磨力的大小與垂直力和轉動力有關，垂直重力越大研磨力越大，旋轉力越大研磨力越大。研磨去除效率不僅與研磨力有關，還與磨粒在鐵盤上狀態相關，磨粒滾動與滑動是影響去除效率的因素。

4.3 拋光工藝

4.3.1 目地：在達到金相磨平的基礎上，再進行拋光，去除顆粒表面的劃痕、顆粒間微小不平之處與異物，從而變光變亮，真正展現出晶粒的結合狀態，就是展現出金相組織結構。整個拋光過程就是出金相組織結構的過程。顆粒間的平面高低誤差在0.5um之內。

4.3.2 工藝概述

原來鐵盤、金剛石磨粒粒度已達不到拋光要求的精度，因此更換玻璃盤、水、10um以細金剛石微粉進行。特別注意的是在整個精磨過程中上下盤都不要更換，使上下盤在工作液、磨粒作用下磨合，做到“緩、慢、圓” 。

用10um磨粒充分磨平后，再更換玻璃拋光盤、水、10um磨粒，時間要適量延長。一方面修正玻璃拋光盤，另一方面充分利用10um磨粒修正晶粒平面，否則下面無論怎樣拋光，也顯示不出金相結構來，這個界限一定要掌控好。

關于回補問題，在拋光到一定進程后，發現距出金相組織還相差甚遠，只能返回到10u粒度重新開始；若差的不大可向上一個、二個粒度號找，重新拋起。拋光的最大故障是拋偏，措施是按上述規范防止，大者重來。

4 小結

（1）一般的金相拋光，由硬磨料去研磨加工軟工件，因此容易磨克它，而且用較細的粒度也能磨平、出金相結構。金剛石燒結體的金相拋光，是用金剛石磨粒加工，兩者硬度相同，它是“硬碰硬” 加工，因此采用特殊的工藝技術才能實現。

（2）金剛石燒結體金相磨平和拋光這兩個基本過程都有著顯著特點，整個過程中，金剛石磨粒必須嚴格按照“由粗到細”原則，每個粒度都有各自的加工任務，各盡其責。每個粒度不但是唯一的而且是連續繼承的。

（3）金剛石燒結體的磨平和拋光過程之間有一條不可逾越的“鴻溝”。這是金剛石燒結體金相拋光的最主要的特點。實踐中左證：達不到出金相結構這個標志，下面金相拋光無論怎樣進行，都不出金相結構。

（4）用J28180-5/ZF型三軸研磨機，采用本規范可對多個金剛石燒結體進行金相拋光。

【參考文獻】

[1]王德新，盧炳秀.對復合片生長型結構的理解與認識[J].超硬材料工程，2009，21（1）：24-27.endprint