二维超声磨削纳米复相陶瓷的磨削特性研究(1)

磨削加工中顺逆磨研究现状与发展发布时间：2021-12-04T11:24:09.085Z 来源：《中国科技信息》2021年11月上31期作者：徐海涛[导读] 工程陶瓷材料因优异的力学性能，广泛应用于轴承制造、冶金化工、切削刀具、生物工程等行业，甚至在固体火箭发动机内衬、航天器喷嘴、导弹整流罩、陶瓷装甲等高精尖领域关键零部件也有应用。

但陶瓷材料特殊的成型工艺和晶体结构决定其具有高硬度和高脆性，加工过程易出现裂纹、烧伤、亚表面损伤等缺陷，这给工程陶瓷广泛用于工业各领域带来巨大挑战。

目前业界较认可和广泛应用的工程陶瓷加工方法仍是磨削加工，但其低效率、高成本的缺点促使研究者们不断探索新的加工技术。

齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司徐海涛黑龙江齐齐哈尔 161000摘要：工程陶瓷材料因优异的力学性能，广泛应用于轴承制造、冶金化工、切削刀具、生物工程等行业，甚至在固体火箭发动机内衬、航天器喷嘴、导弹整流罩、陶瓷装甲等高精尖领域关键零部件也有应用。

但陶瓷材料特殊的成型工艺和晶体结构决定其具有高硬度和高脆性，加工过程易出现裂纹、烧伤、亚表面损伤等缺陷，这给工程陶瓷广泛用于工业各领域带来巨大挑战。

目前业界较认可和广泛应用的工程陶瓷加工方法仍是磨削加工，但其低效率、高成本的缺点促使研究者们不断探索新的加工技术。

关键词：顺、逆磨；磨削力；磨削温度；表面特性引言一般情况下砂轮线速度高于45m/s的磨削称为高速磨削，而高于150m/s的超高速磨削可以称作是磨削技术的史上一次跳跃性的发展。

超高速磨削是一项新兴技术产业发展的产物，它作为综合性的加工技术促进了现代精密加工技术发展要求；超高速磨削加工领域涉及到很多相关方面的的技术,如：现代机械、纳米加工、计算机、液压、控制、光学、计量及先进材料。

超高速磨削是在德国首先发展起来，然后在欧美和日本等国家和地区得到扩展。

高速磨削加工的发展趋势正朝着采用超硬磨料磨具，高速高效、精密超精密磨削工艺以及绿色生态磨削方向发展。

超声磨削装置摘要带有旋转的超声磨削加工是在原有机械加工磨削的根本原理上，将超声加工的振动和磨削器械混合到一起的新型式加工的方法。

该方式保存了原有机械磨削的某些好的特点，有了超声振动的参与，能极大地提升加工时的工作效率，更能对难加工材料磨削表面质量有所改善。

这篇论文的意义是研究出旋转超声磨削装置结构，使用这个装置从事一些加工实验。

全文主要内容概括如下：探讨分析旋转超声磨削机构这个装置，材料如何除去的原理。

这个装置中去除材料的原理有相同时间具备冲击（磨具上的磨粒对工作件表面的高快速撞击）和磨蚀（旋转的磨削加工工具和进给中的运动可以变为模型化为磨削加工的过程）的作用。

研究并制作一种新型式的旋转超声磨削装置。

该结构装置能安装在不同种类的机床上，进行旋转超声磨削加工对常规表面和某些较多样型面的材料。

关键词超声加工意义；旋转超声磨削；结构设计与校核Ultrasonic grinding deviceAbstractRotary ultrasonic grinding is a new machining method that combines ultrasonic vibration with grinding tools in the basic principle of the original mechanical grinding. This method saves some of the good features of the original mechanical grinding. With the participation of ultrasonic vibration, it can greatly improve the working efficiency and improve the quality of the grinding surface of difficult to machine materials. The significance of this paper is to study the structure of a rotating ultrasonic grinding device and to do some machining experiments with this device. The main contents are summarized as follows:The principle of how to remove material of rotary ultrasonic grinding mechanism is discussed. The material removal principle of this device in the same time (with the impact of abrasive abrasive on the work piece surface high impact and abrasion (fast) rotating grinding tool and feed movement in can be modeled as process of grinding) role.A new type of rotary ultrasonic grinding device is studied and fabricated. The structure can be installed on different kinds of machine tools, and rotary ultrasonic grinding is applied to conventional surfaces and some kinds of materials with various shapes.Keywords Ultrasound processing significance，Rotate ultrasound grind，Structure design and checking目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 超声的发展史 (1)1.1.1 超声发展简介 (1)1.1.2 国外发展 (1)1.1.3 国内发展 (2)1.2 超声加工的原理及特点 (3)1.2.1 传统超声加工 (3)1.2.2 旋转超声加工 (4)1.3 超声加工陶瓷的意义及前景 (5)1.4 本章小节 (5)第2章工程陶瓷材料的使用价值及加工技术 (6)2.1 结构陶瓷 (6)2.2 陶瓷基本复合材料 (7)2.3 功能陶瓷 (8)2.4 本章小结 (10)第3章装超声磨削装置的结构设计 (11)3.1 超声加工设备及其组成部分 (11)3.2 初步结构设计 (11)3.3 结构的比较 (13)3.4 最后结构的确定 (16)3.5 本章小结 (17)第4章装置中的各部件的设计及校核 (18)4.1装电机的计算与选择 (18)4.2 变幅杆的设计 (20)4.3 压电陶瓷的选择 (22)4.4轴强度的较核 (23)4.5 键的校核 (25)4.6 本章小结 (26)第5章超声磨削与环境保护 (27)5.1 目前我国环境现状 (27)5.2 超声加工对环境影响 (27)5.3 本章小结 (28)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录A (32)附录B (38)第1章绪论1.1超声的发展史1.1.1超声发展简介近年来科学水平的快速提升和飞机火箭等加工的需要，难加工材料使用越来越多如1Cr18Ni9、复合材料、工程陶瓷等，它们的特殊性质使其制造加工有些费力。

１．超声加工的原理与特点超声加工是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。

加工原理如图１所示，加工时工具１和工件２之间加入液体和磨料混合的悬浮液３，并使工件以很小的力轻压在工件上。

超声波换能器６产生１６０００Ｈｚ以上的超声频振动，并借助于变幅杆把振幅放大到０．０５～０．１ｍｍ左右，驱动工具端面作超声振动，迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度和加速度不断的撞击、抛磨被加工表面，把被加工表面的材料粉碎成很细的微粒，从工件上被打磨下来。

虽然每次打击下来的材料很少，但由于每秒打击的次数多达１６０００次以上，所以仍有一定的加速度。

与此同时，工作液受工具端面超声振动作用而产生的高频、交变的液压正负冲击波和空化作用，促使工作液钻入被加工材料的微裂缝处，加剧了机械破坏作用。

此外，正负交变的液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，使变钝的磨粒及时得到更新。

由此可见，超声加工是磨粒在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用以及超声空化作用的综合结果，其中磨粒的撞击作用是主要的。

由于超声加工是基于局部撞击作用的，因此越是脆硬的材料，受到冲击作用遭破坏就越大，越易于进行超声加工。

相反，脆性和硬度不大的韧性材料，由于它的缓冲作用而难以加工。

超声加工具有以下特点：１）超声加工的应用不受工件材料的电、化学特性的限制，适合于加工各种脆硬材料，特别是不导电的非金属材料，例如玻璃、陶瓷、金刚石等。

２）由于工具可用较软的材料，作出较复杂的形状，故不需要使工具和工件作比较复杂的相对运动，因此超声加工机床的结构一般比较简单，只需一个方向轻压进给，操作、维修方便。

３）由于去除加工材料是靠极小磨粒瞬时局部的撞击作用，故工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热很小，不会引起变形及烧伤，避免了被加工工件的物理和化学性能的变化，表面粗糙度也较好，可达Ｒａ１～０．１ｍｍ，加工精度可达０．０１～０．０２ｍｍ，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度零件［１］。

陶瓷材料磨削加工的技术讨论与进呈现状工程陶瓷具有很多优良的性能，比如较高的硬度和强度，很强的耐腐蚀、耐磨损、耐高温本领和良好的化学惰性等，因此在航空航天、化工、军事、机械、电子电器以及精密制造领域的应用日益广泛。

目前各发达国家如德、日、美、英等国特别重视工程陶瓷的开发及应用。

80时代以来，各国竞相投人大量的资金及人力，在工程陶瓷加工理论和技术、产品开发和应用等方面取得了很大的进展。

由于陶瓷材料的高硬度和高脆性，被加工陶瓷元件大多会产生各种类型的表面或亚表面损伤，这会导致陶瓷元件强度的降低，进而限制了大材料去除率的采纳。

对陶瓷高效磨削加工而言，根本目标就是在保持材料表面完整性和尺寸精度的同时获得最大的材料去除率。

目前陶瓷的加工成本己达到整个陶瓷元件成本的80%～90%，高加工成本以及难以测控的加工表面损伤层限制了陶瓷元件更广泛的应用。

陶瓷材料广阔的应用前景和多而杂的加工特性，都要求对陶瓷的磨削加工过程进行全面而深入的了解。

从上世纪90时代开始，国内外学者进行了大量的讨论，在陶瓷磨削的新型方式、陶瓷磨削的材料去除机理、磨削烧伤、磨削表面完整性等的影响因素、不同磨削条件的最佳磨削参数等多方面都取得了积极的讨论成果。

本文重要就陶瓷磨削的讨论现状及进展情形进行了归纳和总结。

1陶瓷材料磨削机理的进展1）磨削机理的讨论由于砂轮的磨粒尺寸、形状和磨粒分布的随机性以及磨削运动规律的多而杂性，给磨削机理的讨论带来了很大的困难。

在陶瓷磨削方面由于陶瓷的高硬度和高脆性，大多数讨论都使用了“压痕断裂力学”模型或“切削加工”模型来貌似处理。

20世纪80时代初，Frank和Lawn 首先建立了钝压痕器、尖锐压痕器和接触滑动三种机理分析讨论模型，提出了应力强度因子公式K=aEP/C2/3，依据脆性断裂力学条件KKC，导出了脆性断裂的临界载荷PBC＝CbK，他又依据材料的屈服条件ssY，导出了塑性变形模式下临界载荷PYYC=s3/g3（或PYYC=H3Y/g3）。

精密加工用纳米b4c研磨陶瓷制备关键技术与应用在当今工业领域中，精密加工技术的发展已成为了提高生产效率和产品质量的重要手段之一。

而纳米B4C研磨陶瓷作为一种新型材料，因其硬度高、耐磨性好等特点，被广泛应用于精密加工领域。

本文将在从浅入深的方式探索精密加工用纳米B4C研磨陶瓷制备的关键技术和应用，旨在更好地理解这一主题。

1. 纳米B4C研磨陶瓷的基本性质Boron Carbide，化学式为B4C，是一种硬度极高的陶瓷材料。

其硬度仅次于金刚石和氮化硼，且具有良好的导热性、耐磨性和耐腐蚀性，因而被广泛应用于领域。

而纳米B4C由于具有更小的颗粒尺寸和更均匀的结构，使得其性能相较于传统B4C材料提升了许多。

2. 纳米B4C研磨陶瓷在精密加工中的应用精密加工工艺要求对材料的硬度和耐磨性有很高的要求，而纳米B4C研磨陶瓷正是满足了这一需求。

在电子、航空航天等领域，纳米B4C研磨陶瓷被广泛应用于磨削、抛光、切割等工序，提高了加工效率和加工质量。

3. 纳米B4C研磨陶瓷的制备关键技术纳米B4C研磨陶瓷的制备主要包括材料选择、粉末制备、成型和烧结等工艺。

在材料选择上，需要选择优质的硼和碳源材料，并通过物理或化学方法将其制备成纳米级别的B4C粉末。

成型和烧结工艺也是影响纳米B4C研磨陶瓷质量的重要因素。

4. 个人观点和总结精密加工用纳米B4C研磨陶瓷制备的关键技术与应用，对于提高工业生产效率、改善产品质量具有重要意义。

通过对纳米B4C研磨陶瓷的深入了解，可以更好地指导实际生产中的工艺和应用。

对于纳米材料研究领域也有着重要的推动作用。

以上是我对精密加工用纳米B4C研磨陶瓷制备关键技术与应用的一些认识和观点，希望能对您有所帮助。

精密加工用纳米B4C研磨陶瓷制备关键技术与应用是一个非常重要的课题，这种新型材料在精密加工领域具有巨大的潜力。

本文将继续探讨该主题，并深入分析纳米B4C 研磨陶瓷的制备关键技术和应用，以及对工业生产的影响。

《MXene基纳米材料的制备及光催化降解水中有机污染物的性能研究》篇一一、引言随着工业化的快速发展，水体污染问题日益严重，尤其是有机污染物的排放对环境和人类健康构成了严重威胁。

因此，开发高效、环保的水处理技术成为当前研究的热点。

MXene基纳米材料作为一种新型的二维材料，因其独特的物理化学性质，在光催化领域展现出巨大的应用潜力。

本文旨在研究MXene基纳米材料的制备方法及其在光催化降解水中有机污染物方面的性能。

二、MXene基纳米材料的制备1. 材料选择与制备原理MXene基纳米材料是以MAX相陶瓷为前驱体，通过选择性刻蚀A元素而获得的一类二维层状材料。

本文选择具有优异电导性和光吸收性能的Ti3C2Tx（T为表面官能团）MXene作为研究对象，采用液相剥离法制备MXene纳米片。

2. 制备过程（1）制备MAX相前驱体：通过高温固相反应制备MAX相陶瓷。

（2）刻蚀A元素：将MAX相陶瓷与氢氟酸溶液反应，刻蚀掉A元素，得到MXene。

（3）液相剥离：将MXene分散在溶剂中，通过超声波处理得到MXene纳米片。

三、光催化降解水中有机污染物性能研究1. 实验方法采用常见的水中有机污染物如染料、苯酚等为目标污染物，研究MXene基纳米材料的光催化性能。

在实验中，将MXene纳米片分散在含目标污染物的水溶液中，通过模拟太阳光照射，观察污染物的降解情况。

2. 结果与讨论（1）光催化活性：实验结果表明，MXene基纳米材料具有良好的光催化活性，能够有效降解水中的有机污染物。

（2）降解机制：MXene基纳米材料在光照下产生光生电子和空穴，这些活性物种能够与水中的有机污染物发生氧化还原反应，从而实现污染物的降解。

（3）影响因素：MXene基纳米材料的光催化性能受多种因素影响，如材料的比表面积、表面官能团种类及数量、光照强度等。

通过优化制备条件和改性处理，可以提高MXene基纳米材料的光催化性能。

四、结论本文研究了MXene基纳米材料的制备方法及其在光催化降解水中有机污染物方面的性能。