【原创】研磨液—氮化硅陶瓷球的“美肤”“磨”术师！

中国粉体网讯  氮化硅陶瓷（Si₃N₄）是机械物理综合性能较优的陶瓷材料，具有低密度、高弹模、高硬度、高强度、低热膨胀系数、耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及绝缘性等特性。使用该材料制备的氮化硅陶瓷球组装的轴承目前已被广泛应用于各种高精度高转速机床、地铁、航天发动机和石油化工机械等领域。

在实际使用中，氮化硅陶瓷球对尺寸精度、形状精度以及表观质量等指标均有严格要求，因此，氮化硅陶瓷球烧结体毛坯需经研磨抛光加工才能达到使用要求。

陶瓷球研磨成球基本原理与方法简介

陶瓷球的研磨抛光成球原理主要是沿用轴承钢球的成球原理，都是利用磨料磨粒去除表面材料，使球体的直径减小、表面粗糙度降低，精度提高。球体在研磨盘中受到摩擦力，并在它的作用下，绕圆盘的轴线做公转运动，球面与研磨盘上沟槽接触弧线所形成的线速度差形成自转，在这种复合运动下，球体、研磨盘及研磨液之间存在相互作用。

陶瓷球研磨成球基本原理

氮化硅陶瓷球研磨加工技术主要包括机械研磨加工技术、化学研磨加工技术及化学机械研磨加工技术等。这些研磨加工方式都需要研磨液来辅助加工，研磨液既能去除材料还能对工件表面精整处理。当球体的加工方式及相应设备确定后，影响陶瓷球加工质量和效率的主要因素就是加工参数和研磨液。

研磨液：一种别样的“液体磨具”

研磨液主要是由磨料、基载液、添加剂等组成，是一种别样的“液体磨具”。磨粒相当于刀具，可以去除表面余量，磨粒的硬度与大小影响加工效率与精度；基载液是磨粒的载体，需满足磨粒的充分悬浮；添加剂主要是辅助磨粒研磨，改善研磨环境。

研磨液中磨粒作为刀具加工球体时，出现表面损伤的概率要比固结磨料和砂轮低。研磨加工过程中磨粒如果在基载液中无法均匀分散，那么被去除的碎屑将会附着在工件表面，导致工件的表面质量下降，研具的寿命也会受到影响。加工过程中产生的磨屑若长时间的停留，会对球体表面产生划伤，研磨液中的添加剂可以降低磨屑的附着能力，并带走磨屑，避免影响加工质量，保证了加工精度。

研磨液中液相介质选择

液相介质是研磨液的重要组成部分，不仅可以做为磨粒的载体，还可以在研磨过程中与被加工元件进行化学反应提高研磨速率，在整个加工过程中起着不可忽视的作用。

（1）悬浮作用。研磨液应具有良好的悬浮性，来保证磨料均匀的分布在液相中，且短时间不产生絮凝或者沉淀，可以提高研磨效率以及加工质量。

（2）冷却作用。在研磨过程中由于磨具与工件表面挤压，研磨区域的温度会很高，液相可以有效的带走高温热量，降低研磨区域的温度，防止工件由于温度过高产生烧伤以及裂纹等影响。

（3）润滑作用。在研磨过程中降低磨料物质与被加工工件表面之间的摩擦，可以防止已加工表面粗糙度恶化保证工件加工精度。

（4）清洗作用。在进行研磨的时候产生的碎屑一般留在工件的表面，这些杂质切屑在研磨加工时对工件产生划伤，可以加入表面活性剂来降低碎屑的附着能力，通过液相介质的流动性可以带走多余的杂质切屑，从而确保加工时工件精度。

研磨液可以分为两大类：油基研磨液和水基研磨液。油基研磨液大致分为三类：动、植物基础油和矿物基础油以及合成基础油，油基研磨液的润滑和防锈性能较好，存在清洗时必须用有机溶剂，污染环境以及费用高等缺点。水基研磨液由水和水溶性添加剂组成，水基研磨液的优点在于具有良好的冷却性和清洗性。同样水基研磨液也存在许多缺点，水基研磨液的润滑效果不太明显，防锈性能差，而且水基研磨液细菌滋生快，存在着环保问题。

研磨液中磨粒选择

要想使磨粒对工件产生最好的作用，在选择磨粒的时候一定要选择硬度大、高强度、韧性好、稳定性高、化学稳定性好同时具备自锐性等性能的磨粒。

一般来说磨粒的硬度必须不能低于被加工工件的硬度，不然就不可能对工件进行有效研磨，但时也不能过高，硬度过高往往会造成磨具磨损使其寿命缩短。磨粒应该具有良好的韧性，在受到冲击力时磨粒应补破损，从而保证可以正常去除工件表面材料。其次磨粒应具有自锐性，在研磨过程中磨粒的刃部则渐渐的钝化，研磨的时间越长就会看到研磨的效率越低，所以它的自锐性至关重要可以确保研磨效率不会下降，也就是说自锐性越好研磨效率就会越高。在对工件进行研磨加工时，研磨区的温度会偏高，磨粒应具有良好的热稳定性以及化学稳定性，磨粒不会发生形变和变质，保证可以正常加工。

目前，常用的磨粒大致分为三种：刚玉类磨粒、碳化物磨粒、金刚石磨粒。通常铸铁、高速钢等材料碳素工具钢会使用刚玉类磨粒来研磨。碳化物磨粒硬度相对较高，一般用于硬质合金以及陶瓷材料的研磨加工。金刚石类磨粒硬度最高，其研磨加工效果也很好，一般用于玛瑙、宝石、和陶瓷等材料高精度工件的精加工。

对于一些要求表面质量高的研磨时也可以用纳米金刚石，纳米金刚石属于碳纳米物质，在使用时一般需要在其表面附加醚基、羟基、羧基等具有长碳链活性基团来对其进行表面改性。对于氮化硅高硬度陶瓷进行研磨加工一般选用碳化物磨粒和金刚石类磨粒。

参考来源：

[1]徐欢.氮化硅陶瓷球制备技术的研究进展

[2]薛会民等.轴承陶瓷球研磨加工技术研究进展

[3]张益昆.氮化硅陶瓷球专用研磨液的研究及装置设计

（中国粉体网编辑整理/山川）

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