本文關(guān)鍵詞：CVD金剛石涂層工具研磨單晶藍寶石研究

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【摘要】：藍寶石(α-alumina,Al2O3)具有高硬度和強度、可見光與紅外光譜的透明性、抗熱沖擊性能、電絕緣性等特性,被廣泛應(yīng)用于軍事電子、航空航天、工業(yè)生活等領(lǐng)域。但是傳統(tǒng)的藍寶石研磨方法存在加工效率低問題,這嚴重影響了藍寶石在各領(lǐng)域的應(yīng)用�；瘜W(xué)氣相沉積(CVD)金剛石涂層工具具有表面硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定和熱導(dǎo)率,其優(yōu)越的切削性能使其成為高效加工硬脆非金屬材料的理想工具。針對藍寶石研磨加工中存在的問題,本文提出采用熱絲化學(xué)氣相沉積(HFCVD)法制備的不同表面形貌的CVD金剛石涂層工具,利用CVD金剛石涂層工具對藍寶石晶體進行研磨加工,以提高藍寶石的加工效率。論文的主要工作與成果如下:(1)開展了CVD金剛石涂層工具制備研究,研究了制備工藝參數(shù)對CVD金剛石薄膜表面形貌的影響。通過控制沉積工藝條件,在硬質(zhì)合金工具基體表面制備出了球狀、棱錐形和棱柱形三種典型表面形貌的CVD金剛石涂層。(2)從機械和化學(xué)作用對藍寶石CVD金剛石涂層工具研磨加工機理進行研究,建立了CVD金剛石涂層工具的單顆磨粒微觀去除模型,對不同表面形貌的CVD金剛石涂層工具的材料去除率和切向力進行了研究。采用SEM、EDS和拉曼光譜分析測試了研磨后的CVD金剛石涂層,分析了研磨過程中的化學(xué)反應(yīng)機理。(3)通過實驗研究了CVD金剛石涂層工具研磨藍寶石晶體時工藝參數(shù)對材料去除率和表面粗糙度的影響。在較高效率的工藝參數(shù)組合下得到材料去除率為2.55μm/min,表面粗糙度Ra為0.369μm。在較低的表面粗糙度工藝參數(shù)組合下獲得材料去除率為1.68μm/min,表面粗糙度Ra為0.271μm。
【關(guān)鍵詞】：CVD金剛石 涂層工具 藍寶石 研磨
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ164.2;TG580.68
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注釋表10-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 藍寶石的材料特性12-14
• 1.2.1 藍寶石的晶體結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.2 藍寶石的物理性質(zhì)13-14
• 1.3 藍寶石晶體研磨拋光加工的主要方法14-17
• 1.3.1 藍寶石晶體研拋加工技術(shù)14-17
• 1.3.2 固結(jié)磨料研磨藍寶石技術(shù)17
• 1.4 CVD金剛石涂層工具加工脆硬材料技術(shù)17-19
• 1.5 研究意義和研究內(nèi)容19-21
• 第二章 CVD金剛石涂層工具制備研究21-34
• 2.1 引言21
• 2.2 CVD金剛石的形核和生長21-22
• 2.3 生長參數(shù)對CVD金剛石涂層形貌影響22-29
• 2.3.1 實驗設(shè)計與檢測方法22-24
• 2.3.2 反應(yīng)氣壓的影響24-26
• 2.3.3 甲烷濃度的影響26-27
• 2.3.4 襯底溫度的影響27-29
• 2.4 CVD金剛石涂層工具制備及其表征29-33
• 2.5 小結(jié)33-34
• 第三章 藍寶石晶體CVD金剛石涂層工具研磨機理研究34-51
• 3.1 引言34
• 3.2 經(jīng)典機械作用去除模型與機理34-36
• 3.3 單顆CVD金剛石晶粒磨粒材料去除數(shù)學(xué)模型36-44
• 3.3.1 晶粒磨粒犁削深度的計算36-38
• 3.3.2 單顆晶粒磨粒材料去除率的計算38-40
• 3.3.3 材料去除率與表面粗糙度隨時間的變化40-44
• 3.4 CVD金剛石涂層工具研磨藍寶石機理研究44-50
• 3.4.1 研磨后CVD金剛石涂層工具研究44-47
• 3.4.2 CVD金剛石涂層工具摩擦磨損特性47-49
• 3.4.3 研磨過程中化學(xué)反應(yīng)機理49-50
• 3.5 小結(jié)50-51
• 第四章 CVD金剛石涂層工具研磨單晶藍寶石的實驗研究51-67
• 4.1 引言51
• 4.2 CVD金剛石涂層工具研磨藍寶石研磨效率研究51-59
• 4.2.1 檢測設(shè)備、實驗材料及實驗設(shè)計51-52
• 4.2.2 參數(shù)對材料去除率的影響52-54
• 4.2.3 參數(shù)對表面粗糙度的影響54-57
• 4.2.4 參數(shù)選擇及驗證實驗57-59
• 4.3 CVD金剛石涂層工具研磨藍寶石表面粗糙度研究59-66
• 4.3.1 金剛石涂層工具選擇與實驗設(shè)計59-60
• 4.3.2 研磨工藝參數(shù)對材料去除率的影響60-62
• 4.3.3 研磨工藝參數(shù)對表面粗糙度的影響62-64
• 4.3.4 參數(shù)優(yōu)化及驗證實驗64-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 第五章 總結(jié)與展望67-69
• 5.1 小結(jié)67-68
• 5.2 展望68-69
• 參考文獻69-74
• 致謝74-75
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75

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本文編號：1005482