Compound machining of silicon carbide ceramics by high speed end electrical discharge milling and mechanical grinding

A compound process that integrates end electrical discharge (ED) milling and mechanical grinding to machine silicon carbide (SiC) ceramics is developed in this paper. The process employs a turntable with several uniformly-distributed cylindrical copper electrodes and abrasive sticks as the tool, and uses a water-based emulsion as the machining fluid. End electrical discharge milling and mechanical grinding happen alternately and are mutually beneficial, so the process is able to effectively machine a large surface area on SiC ceramic with a good surface quality. The machining principle and characteristics of the technique are introduced. The effects of polarity, pulse duration, pulse interval, open-circuit voltage, discharge current, diamond grit size, emulsion concentration, emulsion flux, milling depth and tool stick number on performance parameters such as the material removal rate, tool wear ratio, and surface roughness have been investigated. In addition, the microstructure of the machined surface under different machining conditions is examined with a scanning electron microscope and an energy dispersive spectrometer. The SiC ceramic was mainly removed by end ED milling during the initial rough machining mode, whereas it is mainly removed by mechanical grinding during the later finer machining mode; moreover, the tool material can transfer to the workpiece surface during the compound process.     

SiC电热元件制备工艺的优化

作为一种性能优良的电热元件,SiC具有极佳的力、热、电特性。通过对SiC电热元件制备工艺的研究,找出了最佳素烧温度和最佳烧结温度制度。通过测试最佳工艺条件下制品的密度、强度、电阻率,并利用XRD,SEM测试其晶体结构和微观形貌,分析了影响碳化硅电热元件电阻率和力学性能的工艺因素。结果表明:素烧温度在1000℃,保温30min,烧成温度在1980～2060℃时的试样强度最高,电阻率值也比较合理。     

陶瓷刀具高速铣削镍基高温合金铣削力实验研究

针对高温合金材料GH3039的铣削加工性差的特点,设计了陶瓷刀具铣削加工单因素及正交实验,以研究背吃刀量、铣削速度、每齿进给量等铣削用量对高温合金数控铣削过程产生铣削力的影响。通过铣削实验分析,得到背吃刀量与铣削力的变化曲线;利用线性回归方法建立了铣削力经验公式,并通过极差分析得出最优铣削参数。该参数可以为高温合金材料GH3039加工过程中的背吃刀量的选择提供参考。     

影响SiC泡沫陶瓷浆料性能的主要因素研究

通过对碳化硅水基浆料相对沉降高度的测量及不同实验条件下浆料粘度的测定,研究了添加剂用量、固相含量及剪切速率对碳化硅泡沫陶瓷用水基浆料稳定性、触变性及粘度的影响。结果表明,浆料的粘度随剪切速率增加而减小,随固相含量增大而增大,而且具有明显的时间依附性。添加剂PAM的最佳质量分数为0.08%,固相含量在62%左右,浆料的稳定性、触变性较优。     

碳化硅陶瓷的放电等离子烧结

采用添加了Al2O3和Y2O3助烧剂的碳化硅微粉为原料,通过放电等离子烧结(SPS)技术快速制备了碳化硅陶瓷. 分析了材料致密化过程,并重点研究了烧结工艺参数对材料致密度和力学性能的影响规律. 结果表明,当SPS工艺参数的烧结温度和压力分别为1600℃和50MPa时,经过5min的烧结,碳化硅陶瓷的致密度可达到99.1%,硬度为HV 2550,断裂韧性达8.34MPa·m1/2,弯曲强度达684MPa.     

陶瓷硅材料的制备及其特性

文章研究了用来作为多晶硅薄膜太阳电池衬底的陶瓷硅材料的制备方法及其结构。对不同烧结条件制备的样品进行了XRD和SEM的测试和分析。测试分析的结果表明：形成了表面平整的陶瓷硅材料，用此方法可以获得性能良好的硅太阳电池衬底材料。     

低电阻率高性能BaTiO3基PTCR陶瓷材料

目的研制低电阻率高性能BaTiO3基PTCR陶瓷材料.方法采用"溶胶-凝胶一步法"新技术和改进的烧结工艺.结果获得了室温电阻率ρ为6.76Ω·cm,电阻率突变ρmax/ρmin为105,温度系数α30为11.63,耐电压Vb为104.8V·mm-1,居里温度TC为100℃的PTCR陶瓷材料.结论液相添加剂ST掺杂中,各掺杂量的不同对PTCR陶瓷的电性能有不同程度影响.室温电阻率ρ随Si含量或Ti/Ba含量的增加呈U形变化;温度系数α30随Si含量增加单调递减,而随Ti/Ba含量的增加呈倒U形变化.     

碳化硅陶瓷冲蚀磨损行为与机理

采用了冲蚀试验和微观表面测试相结合的方法,对碳化硅陶瓷的冲蚀磨损行为与机理进行了系统的研究。结果表明:碳化硅陶瓷的冲蚀率随冲蚀角的增大而迅速增大,当接近90°时冲蚀率达到最大值。其冲蚀磨损机理表现为:在低角冲蚀时,以微裂纹和微切削的形式为主;高角冲蚀时,以裂纹扩展和脆性断裂为主。根据试验结果分析,碳化硅陶瓷的冲蚀磨损表现为明显的脆性冲蚀行为特征。     

球磨环境对机械合金化合成纳米TiC的影响

以Ti粉和活性炭粉作为原始粉末在行星式球磨机(QM ISP2)上进行高能球磨,分别在低真空、高真空、Ar、空气+H2和H2等不同球磨环境下机械合金化合成TiC。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等技术对合成产物进行物相和形貌分析,并用热力学和Maurice Courtney模型等理论对其合成机理进行了探讨。结果表明,在5种不同球磨环境下用Ti粉和活性炭粉都能合成TiC,其中在H2环境下的合成速度最快。H2对TiC的机械合金化合成具有加速作用,其机理是H2不仅能促使Ti与活性炭粉末细化,使断裂的新鲜表面保持清洁,而且能使Ti的活性增强。     

伴生高阻层电阻率的估算

报道一种隐埋条形半导体激光器伴生高阻层电阻率的估算方法,解决了该电阻率不能用常规手段直接测量的问题;在给定的实验条件下,算得电阻率约为４１２Ω·ｃｍ;这种方法也适于其他类似情况下材料电阻率的估算．     

微细塑性铣削单晶硅实验研究

为了深入探讨塑性铣削单晶硅的切削机理,对单晶硅进行了微细铣削实验研究.结果表明,合理地设定铣削参数与保证特定的铣削环境都很重要,在这个前提下,可以实现塑性切削,在单晶硅上获得具有完整几何外形的特征,同时表面质量可以达到单纳米级别.     

镍基高温合金高速铣削加工表面完整性

采用高速铣削加工试验,研究切削速度对2种不同的镍基高温合金FGH95和Inconel718已加工表面完整性的影响规律,并观察高速铣削加工后的切屑形貌。试验结果表明:在较低切削速度范围内(800~2 000 m/min),切削速度对表面粗糙度的影响很小,两者表面粗糙度相差不大,但在较高的切削速度范围内(>2 000 m/min),FGH95的表面粗糙度要大于Inconel718的表面粗糙度。在相同切削条件下,Inconel718的加工硬化率和加工硬化层深度要明显比FGH95的大,并且Inconel718表面白层的厚度大于FGH95表面白层厚度。高速铣削加工FGH95和Inconel718切屑均出现明显的锯齿化现象,并且随着切削速度的提高,锯齿化程度不断加剧以至变为碎屑。     

工程陶瓷高效深切磨削加工中声发射的实验研究

通过对部分稳定氧化锆(PSZ)和Al2O3两种工程陶瓷材料进行高效深切磨削加工中声发射的实验研究,分析了这两种材料在高效深磨过程中,在不同的砂轮线速度、工作台速度和磨削深度的条件下声发射信号变化的规律;同时也分析了在同一磨削参数下这两种材料对声发射信号的影响. 还分析了砂轮修整前后声发射信号的变化. 进一步在时域分析的基础上,对声发射信号进行了频谱分析. 分析了高效深磨过程中声发射信号的频谱分布范围. 实验研究结果表明,声发射信号与磨削过程有着良好的对应关系,可以利用磨削过程中声发射信号的变化规律实现对工程陶瓷材料高效深磨削过程的监测和控制.     

基于变质层的Al2O3陶瓷激光铣削试验研究

介绍一种基于变质层控制的氧化铝陶瓷激光铣削方法.在无辅助气体条件下,激光扫描照射陶瓷表面,产生一变质层,对变质层的性质和尺寸进行控制,达到激光铣削Al2O3陶瓷材料的目的;同时,对变质层进行晶相组织分析,指导对激光铣削参数的选择,形成陶瓷材料的激光铣削工艺.试验研究了变质层的形成和脱落机理,分析了激光铣削工艺参数对铣削深度和铣削表面质量的影响规律.利用优化的铣削工艺对Al2O3陶瓷进行了激光多层铣削试验,得到各单层铣削深度为0.35~0.50 mm、各层表面粗糙度为2.0~3.2μm的激光铣削效果.试验结果可为Al2O3陶瓷激光铣削提供理论依据与应用指导.     

高温高压煤复电阻率各向异性实验研究

电阻率各向异性是影响煤储层电法勘探的重要因素,针对煤样复电阻率各向异性的参数评价,对焦作地区煤矿储层沿平行和垂直层理方向分别钻取了煤样,并在高温高压条件下测量得到了相应的复电阻率频谱。为了定量分析温度、压力对煤样复电阻率各向异性的影响,建立了煤样不同方向频散参数(界面极化频率、模值频散度、弛豫时间)与温度压力的对应关系,电阻率各向异性系数与温度、压力的对应关系。结果表明：平行层理方向频散参数均与温度、压力呈现良好的线性关系,垂直层理方向频散参数的线性关系不如平行层理方向好;任意方向煤样频散与温度、压力的响应关系都可以用弛豫时间来定量评价;随温度升高各向异性系数增大,随压力增大各向异性系数变化不明显。研究结果可为更精确地定量评价温度、压力对煤储层电各向异性的影响提供实验基础和理论参考。     

碳化硅颗粒级配优化的理论与实验研究

运用堆积颗粒的颗粒级配优化模型,计算了碳化硅制品工业生产中使用原料常用的3种粒径的最优配比,同时通过3种粒径碳化硅颗粒的粉体堆积密度和压实密度的实验,获得了最优堆积密度和压实密度,对比验证了理论模型的计算结果。实验结果表明不同颗粒级配的堆积密度和压实密度的最优配比,与最优理论模型基本相符合。实验研究发现当粗中细3种颗粒粒度的最优化配比百分数为:63∶9.7∶26.8时,粉体自由堆积密度与压实密度达到最大。     

多热源合成SiC传热规律

对多热源合成SiC冶炼炉的温度场进行了数值模拟,研究了冶炼炉内的温度分布、热流强度以及温度梯度的动态变化规律,揭示了多热源合成SiC的传热传质规律.研究表明,由于多热源之间的屏蔽作用与热能叠加作用,导致多热源合成SiC技术比Acheson单热源炉的单炉产量提高48.1%,特、一级品率提高30%,节能10%以上,并且杜绝了单热源生产中频繁喷炉事故,使生产更安全.     

颗粒级配对SiC-Si复相陶瓷材料摩擦性能的影响

采用SiC颗粒级配的方法形成了SiC-Si复相陶瓷材料,研究颗粒级配SiC-Si的组织结构及其对SiC-Si复相陶瓷干摩擦磨损性能的影响.结果表明,采用SiC颗粒级配方法能明显改善SiC-Si复相陶瓷材料的干摩擦磨损性能.粗细颗粒间的级配具有相互强化的作用,并且有利于光滑摩擦表面的获得与稳定;同时可提高复相陶瓷对断裂磨损的抗力.     

关于改进高密度电阻率法数据采集方法的设想

运用地面点电流源电场的分布规律和高密度电阻率法的基本思想,提出了分别利用单极供电、偶极子供电,其余电极同时测量,通过室内数据整理实现高密度电阻率法的温纳对称四极、温纳偶极、温纳微分、温纳三极A、温极三极B和二极等装置.     

高密度电阻率法在路基空洞探测中的应用

为了研究高密度电法应用于已运营公路路基空洞病害无损检测的可行性与适用性,依据长沙绕城高速公路路基空洞病害模拟试验,分别对同路段预埋病害区和正常路基区进行探测,并结合干燥空洞的电性特征,探讨了高密度电阻率法温纳排列对路基空洞病害的探测应用.通过比对分析探测结果可知,预埋病害区探测结果显示视电阻率有明显异常区域,并且视电阻率异常区位置及尺寸与预埋空洞大致相同.这也验证了高密度电法在路基空洞病害检测中的可行性和适用性.