碳化硅陶瓷研抛过程中电摩擦特性的研究

论文摘要

碳化硅（Silicon Carbide）陶瓷具有高耐磨耐腐蚀性、高脆性和低断裂韧性的特点,传统的超精密加工方法难以达到高精度表面质量要求。摩擦电化学研抛（Tribo-Electrochemical Polishing,TECP）是一种对陶瓷等难加工材料实现表面光滑无损伤加工的新技术。TECP使用金属基研具和不含游离磨料的研抛液,通过摩擦微峰的化学溶解机理抛光表面;通过电极在金属研具/陶瓷研抛系统中施加适当电场,使研具表面及研抛陶瓷表面的摩擦化学过程经受可控电场的影响。并通过控制在金属研具和试件间的电压,来影响材料表面的研抛过程。本文针对碳化硅陶瓷材料的特点,在自行研制的数控圆平动研磨试验机上,研究了碳化硅陶瓷研抛过程中的电摩擦特性,首先对数控圆平动研磨试验机进行了模态分析和结构改进;其次分别考察碳化硅/灰铸铁（HT200）和碳化硅/金刚石砂轮配副在不同载荷、电压、速度等条件下的电摩擦特性,获得了不同条件下的摩擦系数的变化规律;并研究分析了外加电场作用下碳化硅陶瓷的摩擦电化学行为和摩擦作用机理。针对碳化硅陶瓷,通过实验分析了不同状态下的电摩擦特性,结果表明,电摩擦特性与摩擦副、外加电压的极性等因素有关,在不同的研磨液中生成了不同性能的边界膜,导致边界膜的导电性、致密性、厚度有所不同,进而对摩擦系数产生的影响也有所不同。本文的研究为碳化硅陶瓷的摩擦电化学研抛提供了研磨载荷、速度、电压等工艺数据,为陶瓷超精密加工提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 碳化硅陶瓷反射镜的超精密加工
• 1.2.2 摩擦电化学方面的研究
• 1.2.3 摩擦化学研抛与摩擦电化学研抛方面的研究
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 数控圆平动研磨试验机的分析及改进
• 2.1 数控圆平动研磨试验机结构及分析
• 2.1.1 数控圆平动研磨试验机的结构
• 2.1.2 数控圆平动研磨试验机的控制系统及原理简介
• 2.1.3 试件上任意一点的运动规律
• 2.1.4 数控圆平动研磨试验机的模态分析与结构改进
• 2.2 数控圆平动研磨试验机调试
• 2.2.1 传感器的标定
• 2.2.2 数控圆平动研磨试验机的调试
• 2.3 本章小结
• 第3章 碳化硅陶瓷研抛的电摩擦特性
• 3.1 试件、试剂及试验条件
• 3.1.1 试件
• 3.1.2 试剂
• 3.1.3 试验条件
• 3.2 外加电压的施加方式
• 3.3 SiC/HT200、SiC/金刚石砂轮配副的电摩擦特性
• 3.3.1 第一种加电方式下SiC/HT200 配副的电摩擦特性
• 3.3.2 第一种加电方式下SiC/金刚石砂轮配副的电摩擦特性
• 3.3.3 第二种加电方式下SiC/HT200 配副的电摩擦特性
• 3.3.4 第二种加电方式下SiC/金刚石砂轮配副的电摩擦特性
• 3.4 本章小结
• 第4章 碳化硅陶瓷研抛的摩擦电化学机理分析
• 4.1 碳化硅混合摩擦磨损模型的建立
• 4.2 摩擦电化学研抛机理分析
• 4.2.1 SiC/HT200 配副下的摩擦电化学研抛机理分析
• 4.2.2 SiC/金刚石砂轮配副下的摩擦电化学研抛机理分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢