对金刚石烧结体金相抛光的认识与工艺规范

王辰宇+王德新+王福泉+齐洪波

【摘 要】本文探索了金刚石烧结体金相抛光的特点，并制定岀金刚石烧结体金相抛光工艺规范。

【关键词】金刚石烧结体；金相抛光；金相组织；工艺规范

0 引言

金刚石烧结体是由无数无定向的金刚石微细晶粒，在超髙压、高温条件下，随机排列聚合而成。舆金刚石单晶相比，具有无解理面、各向同性等优异性能。产品的组织结构决定性能，金刚石晶粒结合的牢、键合状态好，性能越佳，反之性能低劣，甚至成為废品。通过金相结构观察分析，不仅能清晰的观察到晶粒结合状态，而且是整体的。这就要制作金刚石烧结体高质量的金相试样：在同一平面把晶粒磨平、抛光，展现出晶粒间结合的金相结构。为此，我们采用J28180-5/ZF型三轴研磨机，对金刚石烧结体的金相抛光原理与工艺进行摸索。认识到了金刚石烧结体金相抛光的特点，并形成了工艺规范，对金刚石烧结体形成机理、工艺的研究起了重要作用。

1 对研磨、抛光技术的考察

（1）研磨、抛光加工技术是传统的一种加工工艺，它分磨平和抛光两个基本过程。通常由组合工件（被抛光加工件）——磨粒——抛光盘相互作用来完成。抛光盘通常由被衬以固体膜、毛毡、泡沫塑料或者纤维垫（简称组织物）的刚性盘组成。有三种情况，一是，磨平过程是由磨粒与润滑剂放入铁盘上研磨；二是，通常抛光加工是在组织物中储存粒磨，抛光加工由磨粒为主与组织物合作完成。三是，由抛光盘即组织物承担，抛光过程中只用组织物与润滑液加工。

（2）磨平和抛光是两个不同的加工过程：磨平是用磨粒的“研磨力” 把加工件表面磨平，达到一定的平整度；而抛光是在磨平的基础上，用磨粒的“磨削力” 对工件再加工，达到一定光洁度。磨平与抛光两个过程，既有区别又有密切联系。

（3）金相抛光和非金相抛光有着本貭的不同。金相抛光的磨平不只是指的平整度，是指组成物体微粒在同一平面上的磨平，是指颗粒磨平。一般的光亮抛光只是达到一般平整状态，而不是颗粒平面能否在一个大平面上，这个概念也必须建立起来。

2 金刚石烧结体金相抛光的特点

一般的金相抛光，是由硬磨粒去磨削加工软工件，容易磨克它，并且用较细的粒度直接可以磨平、出金相结构。而金刚石磨粒就很难磨克金刚石烧结体，因此采用特殊的工艺技术才能实现。只有使金刚石磨粒处于特殊状态下，才能有效的磨削克动它。这就要掌握影响它的诸因素：如磨粒浓度、分布、转速、压力等。

（1）金刚石烧结体磨平过程中用较粗的金刚石磨粒，才能磨削克动金刚石烧结体，但是必须由粗到细更换粒度号。一种粒度号只能完成一定加工量、一种磨削速度，一种工作面的加工状态和平正度，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）金刚石烧结体磨平过程中，必须遵循由粗到细换号进行。每个粒度号的加工任务，不但是唯一的而且是连续继承的。使用一种粒度号的金刚石磨粒永远达不到金相磨平状态。在这种磨平过程中，存在着一个“标定”的金刚石磨粒粒度，才能达到出现金相的磨平状态，而且是唯一的。

（3）金刚石烧结体磨平状态是指组成物体颗粒磨出的平面，应处在试样同一平面上的磨平，即组织颗粒的磨平，这时金相结构隐约可见，这标志着磨平过程的结束，抛光过程的开始。实践中反复左证：如果达不到刚要出金相结构这个标志，金相抛光过程根本不能进行。

（4）达到了金相磨平的标志，颗粒间的界限隐约可见，是摸糊不清晰的。在此基础上进行抛光，去除颗粒表面的划痕、颗粒间微小不平之处与异物，从而变光变亮，真正展现出晶粒的结合状态来，展现出清晰的金相组织。

3 金刚石烧结体金相抛光工艺规范

金刚石烧结体金相研磨、抛光工艺包括准备、预磨、磨平和抛光工序。这种划分不是人为的，是有内涵、客观存在的。严格做好每道工序，就能制作出金刚石烧结体的合格金相试样。

3.1 准备、预磨工序

3.1.1 目地、要求

通过准备工序的操作，使样品合理而规范的镶装在上研磨盘上，在整个加工过程中保持不变。工件在盘上排布合理，运转规迹得当，使每个样品加工状态一致。每个样品两面平行、高度一致，运转中各样品都是整个平面接触研磨盘，这是最基本要求，否则不能进行。

3.1.2 设备、工具、材料

J28180-5/ZF型三轴研磨机、千分尺、多种粒度的金刚石磨料等

3.1.3 操作要点

（1）样品检查、判断处理：看样品端面平整度，查看两端面是否平行。

（2）将研磨盘平面处理好，将样品按设计要求用环氧树脂粘在上研磨盘上。

（3）精确观察、判断每个样品的平面是否都处在一个平面上，装到J28180-5/ZF型三轴研磨机上预磨一下。

4.2 磨平工艺

4.2.1 目地：研磨工件达到金相磨平的要求，这标志着磨平工艺结束，为抛光工序准备稳定的条件。

4.2.2 工艺概述

在带有抛光纹的铁盘上进行，硝酸甘油为工作液，金刚石磨粒按一定浓度配比在工作液中，均匀的布置在铁盘上，粘结着样品的上盘与下盘相对而置，两者相随转动，研磨力加到上磨盘上，从而磨粒对工件研磨。

研磨力的大小与垂直力和转动力有关，垂直重力越大研磨力越大，旋转力越大研磨力越大。研磨去除效率不仅与研磨力有关，还与磨粒在铁盘上状态相关，磨粒滚动与滑动是影响去除效率的因素。

4.3 抛光工艺

4.3.1 目地：在达到金相磨平的基础上，再进行抛光，去除颗粒表面的划痕、颗粒间微小不平之处与异物，从而变光变亮，真正展现出晶粒的结合状态，就是展现出金相组织结构。整个抛光过程就是出金相组织结构的过程。颗粒间的平面高低误差在0.5um之内。

4.3.2 工艺概述

原来铁盘、金刚石磨粒粒度已达不到抛光要求的精度，因此更换玻璃盘、水、10um以细金刚石微粉进行。特别注意的是在整个精磨过程中上下盘都不要更换，使上下盘在工作液、磨粒作用下磨合，做到“缓、慢、圆” 。

用10um磨粒充分磨平后，再更换玻璃抛光盘、水、10um磨粒，时间要适量延长。一方面修正玻璃抛光盘，另一方面充分利用10um磨粒修正晶粒平面，否则下面无论怎样抛光，也显示不出金相结构来，这个界限一定要掌控好。

关于回补问题，在抛光到一定进程后，发现距出金相组织还相差甚远，只能返回到10u粒度重新开始；若差的不大可向上一个、二个粒度号找，重新抛起。抛光的最大故障是抛偏，措施是按上述规范防止，大者重来。

4 小结

（1）一般的金相抛光，由硬磨料去研磨加工软工件，因此容易磨克它，而且用较细的粒度也能磨平、出金相结构。金刚石烧结体的金相抛光，是用金刚石磨粒加工，两者硬度相同，它是“硬碰硬” 加工，因此采用特殊的工艺技术才能实现。

（2）金刚石烧结体金相磨平和抛光这两个基本过程都有着显著特点，整个过程中，金刚石磨粒必须严格按照“由粗到细”原则，每个粒度都有各自的加工任务，各尽其责。每个粒度不但是唯一的而且是连续继承的。

（3）金刚石烧结体的磨平和抛光过程之间有一条不可逾越的“鸿沟”。这是金刚石烧结体金相抛光的最主要的特点。实践中左证：达不到出金相结构这个标志，下面金相抛光无论怎样进行，都不出金相结构。

（4）用J28180-5/ZF型三轴研磨机，采用本规范可对多个金刚石烧结体进行金相抛光。

【参考文献】

[1]王德新，卢炳秀.对复合片生长型结构的理解与认识[J].超硬材料工程，2009，21（1）：24-27.endprint