硬脆材料精密磨削的磨削力及表面質(zhì)量測(cè)試與分析實(shí)驗(yàn)

1、硬脆材料精密磨削的磨削力及表面質(zhì)量測(cè)硬脆材料精密磨削的磨削力及表面質(zhì)量測(cè)試與分析實(shí)驗(yàn)試與分析實(shí)驗(yàn)一、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庥泊嗖牧暇苣ハ骷庸し椒ㄒ约澳ハ鬟^(guò)程中磨削力的變化特點(diǎn)；了解磨削后表面質(zhì)量測(cè)試分析方法；了解相關(guān)測(cè)試分析儀器（Kistler、SEM、AFM、Leica）的工作原理、功能及使用方法。二、二、磨削力測(cè)試磨削力測(cè)試磨削(Grinding)是一種精密加工方法，能獲得很高的加工精度和表面粗糙度。對(duì)于當(dāng)今的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、鈦合

2、金、高溫合金、超高強(qiáng)度鋼等難加工材料而言，磨削是一種非常有效的加工方法。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷屬于一種典型的硬脆材料，其性能主要有：硬度比金屬高一倍多，具有好的耐磨性；高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的脆性高，受到外力作用下容易發(fā)生斷裂；在1200~1500℃的高溫下能保持較高的強(qiáng)度，具有良好的抗熱沖擊性；高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的導(dǎo)熱性較差，熱膨脹系數(shù)??；高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的密度僅為普通鋼材的二分之一至三分之一；高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的彈性模量比金屬高的多，受力后彈性變形小。由于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷

3、的脆硬性，通常用超硬磨料磨具進(jìn)行精密與超精密加工。其磨削過(guò)程中磨削力比較大、磨削比小、砂輪磨耗量大、表面質(zhì)量不易控制導(dǎo)致生產(chǎn)率低。1、實(shí)驗(yàn)原理及設(shè)備實(shí)驗(yàn)原理及設(shè)備磨削力是研究磨削現(xiàn)象的一個(gè)重要參數(shù)，磨削力測(cè)量和采集是磨削實(shí)驗(yàn)中重要內(nèi)容，需要使用測(cè)力儀和采集軟件。測(cè)量磨削力的設(shè)備使用瑞士生產(chǎn)的KISTLER9257BA三坐標(biāo)測(cè)力儀，采集磨削力的軟件采用DYSLAB軟件。KISTLER9257BA三坐標(biāo)測(cè)力設(shè)備原理：利用壓電陶瓷原理，將微弱

4、的由力產(chǎn)生的變形信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，根據(jù)事先標(biāo)定的值得到力值。測(cè)力儀在上面板和底板之間有四個(gè)三向力傳感器，它們都不接地。隔熱層保護(hù)傳感器不受外界溫度影響。將測(cè)力儀用管接頭和控制單元設(shè)備5233A1連接構(gòu)成了測(cè)力系統(tǒng)(圖1)。2、檢測(cè)軟件、檢測(cè)軟件DASYLab是一個(gè)集數(shù)據(jù)采集、過(guò)程控制及數(shù)據(jù)分析于一體的軟件系統(tǒng)。在DASYLab中，通過(guò)選擇和任意擺放模塊元素，并且把鼠標(biāo)把這些模塊元素連接起來(lái)，能夠直接在屏幕上對(duì)測(cè)量、過(guò)程控制或者仿真任務(wù)進(jìn)

5、行設(shè)置。使用黑箱模塊組合實(shí)驗(yàn)當(dāng)中需要重復(fù)使用的工作頁(yè)元素，并且把它們整合到黑箱模塊掃描電子顯微鏡JSM5610LV通過(guò)試件臺(tái)的X、Y向以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以觀測(cè)最大直徑為125mm的試件，所有的操作均可以通過(guò)電腦鼠標(biāo)來(lái)完成。提供完整的實(shí)用自動(dòng)功能，比如自動(dòng)電子槍共軸調(diào)整、自動(dòng)聚焦、自動(dòng)像散校正、自動(dòng)亮度對(duì)比度校正等。充分利用計(jì)算機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)SEM的所有操作，從儀器抽真空到圖像觀測(cè)和報(bào)告制作，簡(jiǎn)便快捷。用低真空度模式可以觀測(cè)不帶導(dǎo)電涂層的非導(dǎo)

6、電試件。1）掃描電子顯微鏡功能掃描電子顯微鏡功能掃描電子顯微鏡是以電子束作為照明源，把聚焦得很細(xì)的電子束以光柵狀掃描方式照射到試樣上，產(chǎn)生各種同試樣性質(zhì)有關(guān)的信息，然后加以收集和整理，從而獲得微觀形貌放大像的一種顯微鏡。2）掃描電子顯微鏡原理掃描電子顯微鏡原理以類似電視攝影顯像的方式，利用細(xì)聚焦電子束在樣品表面掃描時(shí)激發(fā)出來(lái)的各種物理信號(hào)來(lái)調(diào)制成像的。由發(fā)夾式電子槍所發(fā)射出來(lái)的電子束，在加速電壓（2～30KV）的作用下，經(jīng)過(guò)兩個(gè)電磁透鏡

7、，會(huì)聚成一個(gè)細(xì)小的電子探針，在末級(jí)透鏡上部掃描線圈的作用下，使電子探針在試樣表面做光柵狀掃描。高能電子與物質(zhì)相互作用，在試樣上產(chǎn)生各種信息如二次電子、背反射電子等。從試樣中所得到各種信息的強(qiáng)度和分布各自同試樣的表面形貌、成分、晶體取向、以及表面狀態(tài)的一些物理性質(zhì)(如電性質(zhì)、磁性質(zhì)等)等因素有關(guān)，因此，通過(guò)接受和處理這些信息，就可以獲得表征試樣形貌的掃描電子像，或進(jìn)行晶體學(xué)分析和成分分析。檢測(cè)－放大系統(tǒng)的作用是把入射電子和物質(zhì)相互作用所產(chǎn)

8、生的各種信息進(jìn)行接受和放大，并轉(zhuǎn)化為視頻信號(hào)電壓。閃爍晶體檢測(cè)系統(tǒng)是由收集極，閃爍晶體，光導(dǎo)管和光電倍增管的前置放大器組成。在收集極電場(chǎng)的作用下，從試樣表面所發(fā)出的電子信息，通過(guò)閃爍晶體轉(zhuǎn)換為光子，光子通過(guò)光導(dǎo)管進(jìn)到光電倍增管被放大并轉(zhuǎn)換為信號(hào)電流再通過(guò)放大器的放大后轉(zhuǎn)換為信號(hào)電壓。3）掃描電子顯微鏡成像類型）掃描電子顯微鏡成像類型a)二次電子像SEI（Secondaryelectronimage）在入射電子束作用下被轟擊出來(lái)并離開(kāi)樣品

9、表面的樣品的核外電子叫做二次電子。由于原子核和外層價(jià)電子間的結(jié)合能很小，因此外層的電子比較容易和原子脫離，使原子電離。二次電子一般都是在表層10nm深度范圍內(nèi)發(fā)射出來(lái)的，它對(duì)樣品的表面形貌十分敏感，因此，能非常有效地顯示樣品的表面形貌。二次電子的產(chǎn)額和原子序數(shù)之間沒(méi)有明顯的依賴關(guān)系，所有不能用它來(lái)進(jìn)行成分分析。二次電子像具有無(wú)陰影的性質(zhì)，故在二次電子像中可以看到細(xì)節(jié)。b)背散射電子像BEI（Backscatteredelectronim

10、age）背散射電子是被固體樣品中原子核反彈回來(lái)的一部分入射電子，其中包括彈性背散射電子和非彈性背散射電子。彈性背散射電子是指被樣品中原子核反彈回來(lái)的，散射角大于900的那些入射電子，其能量沒(méi)有損失(或基本上沒(méi)有損失)。非彈性背散射電子是入射電子和樣品核外電子撞擊后產(chǎn)生的非彈性散射，不僅方向改變，能量也有不同程度的損失。背散射電子來(lái)自樣品表層300nm的深度范圍，由于它的產(chǎn)額隨樣品原子序數(shù)增大而增多，所以不僅能用作形貌分析，而且可以用來(lái)顯