陶瓷磨削的材料去除机理

        陶瓷材料去除机理一般有两种，即脆性断裂和塑性成型。通常情况下，脆性断裂的材料去除方式是通过孔隙和裂纹的成型或延展、剥落及碎裂等方式来完成的。塑性成型去除方式类似于金属磨削中的切屑成型过程，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数研究都使用了“压痕断裂力学”模型或“切削加工”模型来逅似处理。对陶瓷磨削的材料去除机理研究表明，在陶瓷的磨削加j li过程中，材料去除基于以下几种去除机理：晶粒去除、剥落、脆性断裂、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数研究都使用了“压痕断裂力学”模型或“切肖加工模型来近似处理。压痕断裂力学模型是把陶瓷磨削中磨粒与工件的相互作用看作小规模的压痕现象。由普通维氏四面体压头在玻璃和陶瓷的法向方向接触下所获得的变形和断裂示意图如图7一l所示。在压头正下方是塑性变形区（不可恢复的变形区），从这个永久变形区（塑性变形区）开始形成两个主要的裂纹系统：中央／径向裂纹和横向裂纹。材料的弹塑性变形中的非均匀变形所产生的残余应力是这些裂纹产生和发展的主要影响因素。研究中把中央／径向裂纹扩展分解成两部分：弹性部分和不可逆（残余）部分，弹性部分产生中央裂纹并使其在加载中向下扩展，而残余部分则在压头叫撤（卸载）过程中使裂纹继续扩展。材料强度的降低通常是由中央／径向裂纹和残余应力的扩展作用引起的。横向裂纹是在卸载时产生于靠近塑性区底部，并在与样件表面几乎平行的面上横向扩展．裂纹向自由表面的偏移导致材料的断裂去除（形成切屑）。
 

        研究表明，当用钝的压头（压头尖端半径较大）对脆性材料进行压痕试验时，将产生经典的赫兹锥形裂纹。显然，由钝压头和锐压头所产生的应力场是不同的。对于锋锐压头，将在压头尖端正下方相当小的区域里产生压应力场，在径向方向，存在特别的拉应力以至会产生裂纹。对于钝的压头，所产生的应力场主要为压应力。

        “切削加工模型”近似则是包括了切削力测量和磨屑及加工表面形貌显微观察在内的通用（典型）磨削机理研究方法。在切削加工模型近似研究中，常常要用到扫描电子显微镜(SEM)或透射电子显微镜(TEM)和其它的一些观测手段和方法。切削加工模型证实了：虽然材料去除通常由脆性断裂实现，但大部分磨削能消耗则与塑性变形有关。研究发现，从陶瓷磨削加工：过程中产生的磨屑形态来看，材料主要以脆性断裂方式被去除，但脆性断裂所消耗的能量不足实测比能的1%．而在工件已磨削表面存在大量磨粒耕犁留下的纹路，而且在纹路两侧有明显的塑性变形凸起及撕裂涂覆物。引入磨粒耕犁面积的概念，发现能量消耗与其存在较好的线性关系，因而推断陶瓷磨削中能量主要消耗于发生在耕犁过程中的塑性变形。更进一步研究表明，表面耕犁能与陶瓷材料性能指标间有一定的对应关系，特别是与材料硬度H和断裂韧性K1C，关系最为密切，表面能正比于KlC3/2 H。