碳化硅陶瓷具有硬度高、強(qiáng)度高和耐高溫等優(yōu)異性能，被廣泛運(yùn)用于化工、礦業(yè)、航空航天、汽車和微電子等工業(yè)領(lǐng)域。在加工過(guò)程中，陶瓷材料常需要進(jìn)行鉆孔和開槽等工序，而碳化硅陶瓷片具有較高的硬度及較低的斷裂韌性，是典型的難加工材料。對(duì)于碳化硅陶瓷的加工，國(guó)內(nèi)外研究主要涉及碳化硅陶瓷的磨削工藝和加工效率等，鮮有關(guān)于碳化硅陶瓷片的具體磨削去除方式及加工質(zhì)量的研究報(bào)道。本文采用燒結(jié)金剛石鉆頭對(duì)碳化硅陶瓷片進(jìn)行磨削鉆孔，通過(guò)理論計(jì)算及試驗(yàn)觀察的方式，獲得碳化硅陶瓷的磨削去除方式，并通過(guò)施加預(yù)緊力的工藝裝置較大程度地減小孔出口的崩豁和裂紋，從而改善孔加工質(zhì)量，獲得{zy}預(yù)緊力及其理想范圍。

磨削去除方式分析
由壓痕斷裂力學(xué)模型可知，在陶瓷磨削過(guò)程中，當(dāng)對(duì)單顆磨粒施加的法向載荷大于由陶瓷材料本身決定的單顆磨粒臨界切削載荷時(shí)，陶瓷材料將會(huì)產(chǎn)生裂紋，當(dāng)裂紋擴(kuò)展至自由面時(shí)，陶瓷材料發(fā)生脆性斷裂，從而形成切屑。當(dāng)對(duì)單顆磨粒施加的法向載荷低于由陶瓷材料本身決定的單顆磨粒臨界切削載荷時(shí)，裂紋不會(huì)產(chǎn)生更不會(huì)擴(kuò)展，磨粒使材料發(fā)生塑性變形。
本文通過(guò)計(jì)算比較燒結(jié)金剛石鉆頭單顆磨粒受到的平均載荷及由碳化硅本身決定的單顆磨粒臨界切削載荷時(shí)，來(lái)判斷碳化硅陶瓷材料的磨削去除形式。
①單顆磨粒受到的平均載荷
假定金剛石磨粒為圓球體，設(shè)1cm3單位體積的鉆頭工作層內(nèi)所包含的金剛石顆粒數(shù)為nv，則有

(1)、式中，C為金剛石濃度；ρ為金剛石密度；d為金剛石顆粒平均直徑。
在加工過(guò)程中，燒結(jié)金剛石鉆頭不斷磨損，金剛石磨粒隨之脫落。設(shè)金剛石磨粒在沒有脫落時(shí)，金剛石磨粒的{zd0}出露高度占其直徑的比例為k，由文獻(xiàn)可知，在鉆頭工作層表面，金剛石磨粒的{zd0}出露高度不大于其直徑的三分之一，且k≤30%。從微觀層面上來(lái)看，每個(gè)金剛石磨粒都不在同一個(gè)層面上，設(shè)1cm3單位體積內(nèi)包含的金剛石磨粒層數(shù)為mv，則有

(2)、設(shè)燒結(jié)金剛石鉆頭工作層上1cm2單位面積上所包含的出露金剛石顆粒數(shù)量為N0，則有

(3)、由于在加工過(guò)程中，出露金剛石磨粒不同時(shí)工作，設(shè)參加工作的金剛石顆粒占出露金剛石顆粒的比例為ξ，文獻(xiàn)表明，ξ≤26%。那么在1cm2單位面積上參加工作的金剛石顆粒的數(shù)量Nξ為

(4)、設(shè)作用在燒結(jié)金剛石鉆頭工作面上的軸向進(jìn)給載荷為P，那么作用在工作面的1cm2單位面積上的軸向進(jìn)給載荷P0可表示為

(5)、式中，S為燒結(jié)金剛石鉆頭工作面的總面積；D1、D2分別為燒結(jié)金剛石鉆頭的外徑、內(nèi)徑；N為鉆頭的水口數(shù)；b為鉆頭的水口寬度。
所以，在燒結(jié)金剛石鉆頭的工作面上，單顆金剛石磨粒受到的平均載荷為

(6)、在試驗(yàn)條件下，軸向進(jìn)給壓力通常大于695N(取最小值695N)；金剛石密度為3.52g/cm3；金剛石粒度為500/60(直徑為250μm)；金剛石濃度為50%(400%濃度制，0.44g/cm3)；金剛石沒有脫落時(shí)的{zd0}出露高度占金剛石直徑的比例k取{zd0}值30%；參加工作的金剛石顆粒占出露金剛石顆粒的比例ξ取{zd0}值26%；鉆頭外徑、內(nèi)徑分別為20mm、16mm；鉆頭的水口數(shù)為2，水口寬度為2mm。根據(jù)以上參數(shù)，結(jié)合式(6)對(duì)試驗(yàn)條件下鉆頭的單顆金剛石磨粒受到的平均載荷進(jìn)行計(jì)算，得到為22.20N。