脆性材料去除機(jī)理差異性分析

1、 研究生課程論文不同脆性材料加工去除機(jī)理差異性分析課程名稱 專 題 報(bào) 告 姓 名 岳 磊 學(xué) 號(hào) 1200203023 專 業(yè) 機(jī)械制造及自動(dòng)化 任課教師 沈 劍 云 開課時(shí)間 2013.2 教師評(píng)閱意見：論文成績?cè)u(píng)閱日期課程論文提交時(shí)間：2013年9月18日不同脆性材料加工去除機(jī)理差異性分析摘要：脆性材料的共性是具有高強(qiáng)度、高硬度、高脆性、耐磨損和腐蝕、隔熱、低密度和膨脹系數(shù)及化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，是一般金屬材料無法比擬的。然而，脆性材料具有的低塑性、易脆性破壞、微裂紋以及加工方法選擇不當(dāng)會(huì)引起工件表面層組織的破壞的缺點(diǎn)，使得脆性材料的加工十分困難。本文綜述了三種脆性材料：巖石、結(jié)構(gòu)陶瓷、硅

2、片在不同條件下的去除機(jī)理，總結(jié)了三種材料去除機(jī)理的差異性。關(guān)鍵字：去除機(jī)理 巖石 結(jié)構(gòu)陶瓷 硅片 延性域去除 脆性材料由于具有獨(dú)特性能，而得到迅速的應(yīng)用。特別是，近幾年脆性材料正廣泛地用于光學(xué)、計(jì)算機(jī)、汽車、航空航天、化工、紡織、冶金、礦山機(jī)械、能源和軍事等領(lǐng)域。脆性材料的共性是具有高強(qiáng)度、高硬度、高脆性、耐磨損和腐蝕、隔熱、低密度和膨脹系數(shù)及化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，是一般金屬材料無法比擬的。但是通常脆性材料坯料必須經(jīng)過機(jī)械加工才能應(yīng)用。然而，脆性材料具有的低塑性、易脆性破壞、微裂紋以及加工方法選擇不當(dāng)會(huì)引起工件表面層組織的破壞的缺點(diǎn)，使得脆性材料的加工十分困難1。因此，如何實(shí)現(xiàn)脆性材料高質(zhì)量加工

3、表面是目前先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域一個(gè)重要的研究主題，去除機(jī)理的研究是一個(gè)重要的方向。到目前為止，國內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)典型脆性材料的加工去除機(jī)理進(jìn)行了研究。但是，不同脆性材料在不同的加工方式下的去除機(jī)理有很大的差異，本文綜述了典型脆性材料：巖石、結(jié)構(gòu)陶瓷、硅片的去除機(jī)理，并進(jìn)行了差異性分析。1、 巖石的去除機(jī)理研究巖石的加工一般采用金剛石工具。金剛石工具去除石材的過程，實(shí)際上可以看作是大量的具有微刃的金剛石磨粒不斷地切削巖石的過程。不同的巖石由于形成原因及條件的不同，在礦物成分、晶體粒度、晶體形狀和組織結(jié)構(gòu)等方面具有很大的差異，同時(shí)由于受力狀態(tài)的不同對(duì)巖石的強(qiáng)度特性也有很大的影響，因此巖石的斷裂、加工過程

4、是一個(gè)非常復(fù)雜的力學(xué)行為2,3。另外工具表面上金剛石磨粒的晶形、磨損狀態(tài)、出刃高度及其在節(jié)塊表面分布的不同使鋸切花崗石過程的研究變得更加復(fù)雜了。一般對(duì)巖石去除機(jī)理的研究大都采用單顆金剛石磨粒(或其它刀具)劃擦和以壓痕理論為基礎(chǔ)的磨削實(shí)驗(yàn)研究方法。金剛石工具表面上出露的金剛石磨粒一般都具有較大的負(fù)前角，由于磨粒晶形、磨損狀態(tài)、出刃情況的不同，各磨粒具有不同的工作狀態(tài)。對(duì)于出刃高度較低、頂部磨鈍程度較大的具有較大的刃口鈍圓半徑的金剛石磨粒，通常把它對(duì)巖石的切削過程看成球形壓頭的壓痕侵入作用過程。雖然用壓頭的壓痕侵入過程來解釋金剛石工具鋸切石材過程具有很大的不足，但其基本原理仍具有一定的代表性。1.

5、 球形壓頭的作用前蘇聯(lián)學(xué)者奧斯特洛烏什柯4把球形壓頭在脆性或塑性巖石的破碎過程劃分為如下幾個(gè)階段。圖1.球形壓頭加載時(shí)脆性巖石破碎發(fā)展過程 彈性變形階段當(dāng)作用在球形壓頭上的載荷P不大時(shí)(約不到0.4巖石抗壓強(qiáng)度)，巖石只產(chǎn)生彈性變形，在a, b接觸點(diǎn)產(chǎn)生兩組微細(xì)裂隙，當(dāng)載荷P取消時(shí)，裂隙也隨之消失。見圖1(a)。 壓皺壓裂變形當(dāng)載荷增加至0.4-0.6巖石抗壓強(qiáng)度時(shí)，a, b兩組裂隙向深部發(fā)展，匯交于o點(diǎn)，形成aob角錐體，自a,b處又產(chǎn)生ac, be兩組裂隙，此階段也稱疲勞破碎階段。載荷P取消后，裂隙已不能消失，故稱壓皺壓裂階段。a為錐頂角，巖石越硬，錐頂角越小。見圖1(b)。體積破碎階段載

6、荷P繼續(xù)增加，超過巖石抗壓強(qiáng)度，球體與巖石接觸而產(chǎn)生壓碎變形，ao, bo兩組裂隙自o點(diǎn)，裂隙串通，Aoa, Bob剪切體崩離，ac, be兩組裂隙自aob主壓力被壓碎，c點(diǎn)向自由面A, B方向擴(kuò)展，即體積破碎階段。見圖1(c)。過程重復(fù)體積破碎以后，球形壓頭落在o點(diǎn)，破碎坑內(nèi)留少量磨屑，在載荷P的作用下，又開始前述過程。2. 單顆金剛石磨粒切削巖石過程模型 M. Meding在細(xì)致研究了單顆粒金剛石切削石灰?guī)r、大理巖和花崗巖后，在改進(jìn)前人提出的機(jī)理模型的基礎(chǔ)上，提出了如圖1-11所示的模型5。圖2單顆粒金剛石切削巖石的模型 該模型指出金剛石磨粒切削巖石的過程存在三個(gè)變形區(qū):第一變形區(qū)(磨粒前

7、方及其附近區(qū)域).在磨粒前方，負(fù)前角刀刃產(chǎn)生的壓應(yīng)力使巖石產(chǎn)生了剪切破壞，破裂的花崗巖顆粒飛出磨粒前部，并向磨粒兩旁擠壓，擠壓程度與負(fù)前角大小、礦物晶粒及礦物的組織解理所處的方位狀態(tài)有關(guān)。第二變形區(qū)(在磨粒下方).對(duì)于石灰?guī)r和大理巖而言，在磨粒與巖石的接觸范圍內(nèi)的工件表面上，形成了一個(gè)塑性變形區(qū)域，工件表面呈光滑狀。這是由壓應(yīng)力形成的，在形成連續(xù)切屑時(shí)，可以從清除切屑后顯示出的工件材料本體上看出這點(diǎn)。強(qiáng)烈塑性變形層只有幾微米厚，第二變形區(qū)不僅在工件表面上產(chǎn)生薄層變形，而且剝裂了本體層材料。因此，切屑是通過塑性變形和受壓的薄層材料強(qiáng)化產(chǎn)生的。對(duì)于花崗巖，在磨粒和巖石接觸區(qū)的高壓以及高溫作用下，也

8、會(huì)產(chǎn)生局部塑性變形。第三變形區(qū)(在磨粒后方) 在與磨粒緊鄰的地方，產(chǎn)生了一些宏觀細(xì)小巖石顆粒組成的尾巴，還不清楚這些顆粒是否是集中在磨粒下方的已破碎的切屑或至少部分是碎屑。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推斷，這是由于磨粒劃過后，劃痕表面的應(yīng)力由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)化為拉應(yīng)力所致。隨著劃傷深度增大，磨粒后方出現(xiàn)的顆粒切屑數(shù)量增加，其大小均在微米范圍之內(nèi)。該模型還反映了巖石加工表面在金剛石磨粒擠壓作用下的壓實(shí)層在磨粒的前下方起著靜水應(yīng)力作用，傳遞部分切削載荷，但未能表明壓實(shí)層形成規(guī)律及其對(duì)鋸切表面形成過程的影響。由前述的巖石斷裂屈服理論和金剛石的破巖機(jī)理可以看出，金剛石工具在不同的切削條件下切削花崗石時(shí)，脆性斷裂的崩碎行為在巖

9、石破碎過程中占主導(dǎo)地位，但是同時(shí)只要受力情況符合一定的條件，仍然有塑性變形區(qū)存在。這一些情況都可以從我們用金剛石工具切削加工后的巖石表面形貌的掃描電鏡圖中得到驗(yàn)證6。文獻(xiàn)7,8對(duì)鋸切花崗石過程中不同礦物成分的去除形式進(jìn)行了觀察和分析，指出花崗石中云母的解離最完整，最易去除，其次是正長石和斜長石，而石英幾乎不發(fā)生解理斷裂，因此最難切割。石英含量越高，金剛石磨損越劇烈;正長石的含量若明顯偏高，則鋸切過程相對(duì)較難進(jìn)行;粒度粗的花崗石較之粒度細(xì)的花崗石，在相同的鋸切條件下，更難以發(fā)生解理斷裂。2、 結(jié)構(gòu)陶瓷的去除機(jī)理研究結(jié)構(gòu)陶瓷作為一種新型的高性能陶瓷材料，是具有機(jī)械功能、熱和尖端科技領(lǐng)域。隨著科學(xué)技

10、術(shù)特別是材料科學(xué)的進(jìn)步和現(xiàn)代高新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)π滦筒牧闲枨蟮牟粩嗵岣?，大大促進(jìn)了工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料的研究發(fā)展，同時(shí)也掀起了加工技術(shù)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。國內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)工程陶瓷的加工機(jī)理也進(jìn)行了研究。陶瓷材料磨削加工過程中的材料去除機(jī)理一般都有脆性斷裂和塑性變形兩種形式，即使是在大切深緩進(jìn)給磨削的情況下也會(huì)發(fā)現(xiàn)塑性耕犁的痕跡，當(dāng)脆性材料的磨削深度小于其臨界磨深時(shí)，能實(shí)現(xiàn)脆性材料的塑性域磨削，以獲得超光滑的加工表面 9,10。脆性斷裂的材料去除方式是通過氣相、晶界和裂紋的成形和擴(kuò)展、剝落及碎裂11等方式來完成的。而塑性變形去除方式則類似于金屬材料磨削中的切屑形成過程，其中涉及了磨粒的滑擦、耕犁和切屑形成

11、過程，材料是以剪切變形方式去除12。在陶瓷材料磨削機(jī)理的研究中大多應(yīng)用壓痕斷裂力學(xué)模型或切削加工模型為基礎(chǔ)，結(jié)合在這些模型下的材料彈塑性變形和裂紋形成擴(kuò)展的特征來解釋各種形式的材料去除機(jī)理。1. 壓痕斷裂力學(xué)模型尖壓頭對(duì)結(jié)構(gòu)陶瓷的作用過程13如圖3。當(dāng)尖壓頭在載荷P作用下以某一緩慢速度壓入脆性材料表面，壓應(yīng)力的作用使壓頭下部的試件材料發(fā)生非彈性流動(dòng)。載荷不大時(shí)，卸載后，壓痕保留，即非彈性流動(dòng)結(jié)果保留。對(duì)于韌性好的某些脆性材料，壓頭側(cè)面會(huì)出現(xiàn)類似于切削塑性金屬材料那樣的隆起現(xiàn)象，但并不十分顯著。盡管這種壓痕流動(dòng)是許多原因造成的，如密度、嵌雜等，但可以將這種非彈性流動(dòng)稱之為顯微塑性流動(dòng)。若壓痕是通

12、過材料的顯微塑性流動(dòng)形成，則作用于壓頭上的載荷P與壓痕特征尺寸2a有如下關(guān)系:P=*H*a2式中:壓頭幾何因子，對(duì)于維氏壓頭，=2,H脆性材料硬度。圖3.壓頭的壓痕斷裂力學(xué)模型圖4 Vickers壓痕裂紋的形成過程裂紋產(chǎn)生的臨界載荷值與陶瓷材料的硬度及斷裂韌性是密切相關(guān)的。對(duì)于陶瓷磨削過程，只要磨粒上所受的力超過這一臨界值，工件就會(huì)產(chǎn)生側(cè)向裂紋，陶瓷材料便以斷裂方式去除，而當(dāng)載荷低于此臨界值，側(cè)向裂紋就不會(huì)產(chǎn)生，金剛石磨粒與工件界面產(chǎn)生塑性流動(dòng)142.切削加工模型壓痕斷裂力學(xué)模型可以成功地解釋磨削加工中陶瓷材料的裂紋形成機(jī)制并為延性域磨削提供了理論基礎(chǔ)，然而壓痕斷裂力學(xué)模型中壓頭與試件間的作用

13、是靜態(tài)的，而磨削過程中金剛石磨粒切削工件過程是動(dòng)態(tài)的過程，因此人們就在壓痕斷裂力學(xué)模型的基礎(chǔ)上發(fā)展了切削加工模型，也就是移動(dòng)壓頭劃擦陶瓷試件的模型。圖5.切削加工模型切削加工模型的研究通常是采取單顆粒金剛石磨削硬脆材料工件形成劃痕來解釋磨削機(jī)理，在研究中常常要用到掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡或其它一些顯微觀測(cè)方法。在對(duì)不同切削深度的劃擦過程及劃痕觀察中可以發(fā)現(xiàn)在磨削過程中，當(dāng)磨粒的切深較小時(shí)，陶瓷材料在金剛石磨粒的擠壓和劃擦下產(chǎn)生塑性流動(dòng)，表面只有塑性變形引起的隆起;而隨著切深加大，在劃擦后溝痕表面可以同時(shí)觀察到鱗狀裂紋和塑性流動(dòng)，且材料的去除多為細(xì)小顆粒，這表明磨粒作用在陶瓷工件上的載荷超

14、過了陶瓷材料裂紋產(chǎn)生的臨界載荷，這時(shí)就會(huì)在加工表面產(chǎn)生中央裂紋、側(cè)向裂紋，側(cè)向裂紋也會(huì)擴(kuò)展到材料表面，使部分材料以崩碎形式去除，而大部分工件材料是在磨粒的前刀面壓擠作用下以裂紋擴(kuò)展形成碎屑的形式去除。而隨著切深的進(jìn)一步加大，裂紋的擴(kuò)展隨之加劇，并導(dǎo)致大規(guī)模的鏟除和破碎。3. 脆性去除機(jī)理陶瓷材料磨削過程中的脆性去除主要有晶粒去除、材料剝落、脆性斷裂和晶界微破碎等幾種方式。在晶粒去除過程中，材料是以整個(gè)晶粒從工件表面上脫落，這種材料去除機(jī)理發(fā)生的同時(shí)伴有材料的剝落去除方式，它是磨削過程中所產(chǎn)生的橫向和徑向裂紋的擴(kuò)展而形成局部剝落去除15。而磨粒前下方的材料破碎則是表面圓周應(yīng)力和剪切應(yīng)力分布引起的

15、各種形式脆性斷裂破壞的結(jié)果16。陶瓷材料加工表面的觀察也表明在陶瓷磨削過程也存在著晶界微破碎和材料晶粒狀位錯(cuò)的去除方式。在磨削過程中，單個(gè)金剛石顆粒與陶瓷工件的接觸時(shí)產(chǎn)生一個(gè)晶界微裂紋的損傷區(qū)，而材料去除則是通過這些晶界微破碎處的位錯(cuò)方式來完成的17。鄧朝暉教授等學(xué)者將微破碎去除解釋為粉末化去除機(jī)理18，磨削過程中磨粒引起的流體靜態(tài)壓應(yīng)力所包圍的局部剪切應(yīng)力場(chǎng)所引起的晶界和晶間微破碎的結(jié)果，陶瓷材料晶粒因粉末化去除被碎裂成更細(xì)的晶粒，并形成粉末域。通過磨削實(shí)驗(yàn)和顯微觀測(cè)，當(dāng)磨粒切削深度在亞微米級(jí)時(shí)，磨削后陶瓷工件表面微粉碎而產(chǎn)生的粉末堆積而不是塑性變形，且無宏觀斷裂，工件表面上粉碎層材料間的結(jié)

16、合比主體材料松散，是磨削過程接觸弧區(qū)內(nèi)的磨粒與工件間的靜壓應(yīng)力使其重新被壓實(shí)在工件表面。4. 塑性變形去除從材料的宏觀性能分析，結(jié)構(gòu)陶瓷等脆性材料經(jīng)過一定的彈性變形后即發(fā)生斷裂，而在微觀情況下，這些材料都會(huì)產(chǎn)生一定的塑性變形，這從陶瓷材料在壓頭載荷作用下先形成一個(gè)局部的塑性區(qū)也得到了印證19。因此在一定的加工條件下，任何脆性材料能夠以塑性流動(dòng)的方式被去除，而壓痕斷裂力學(xué)模型也預(yù)測(cè)了產(chǎn)生橫向裂紋臨界載荷20，在低于這一臨界載荷加工條件時(shí)，材料去除將以塑性變形去除為主。而在達(dá)到臨界切削深度后，最初的塑性流動(dòng)不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔褷顟B(tài)，法向力在塑性區(qū)域里隨切削深度呈線性增大。而在脆性區(qū)域里，法向力波動(dòng)

17、且并未增大多少，這表明了切削力和加工能量主要消耗于塑性流動(dòng)21利用陶瓷等脆性材料的塑性變形去除的特點(diǎn)，尋找各種材料出現(xiàn)塑一脆性轉(zhuǎn)變的臨界磨粒切削深度，并在加工系統(tǒng)中應(yīng)用高剛度高精度機(jī)床或者使用超細(xì)粒度金剛石砂輪控制磨粒切深，實(shí)現(xiàn)塑性域磨削(或者延性域磨削)，從加工結(jié)果看，在塑性區(qū)域被磨的試件呈現(xiàn)出更好的表面質(zhì)量及強(qiáng)度。3、 硅片去除機(jī)理研究單晶硅片在加工和應(yīng)用過程中都經(jīng)歷機(jī)械作用即接觸加載，這種加載過程往往伴隨著塑性變形、微觀/宏觀斷裂、材料晶體結(jié)構(gòu)的變化以及接觸體之間的機(jī)械化學(xué)作用。由于研究接觸表面層的結(jié)構(gòu)特性比較困難，并且試驗(yàn)量很大，會(huì)造成材料的浪費(fèi)。因此，很多學(xué)者通過單晶硅片的壓痕、劃痕

18、及單點(diǎn)金剛石加工來研究單晶硅片機(jī)械加工表面層的損傷機(jī)理及材料去除機(jī)理22。1. 單晶硅片的壓痕分析 李東升等對(duì)單晶硅片不同壓痕載荷卜的壓痕形貌和壓痕邊緣的微裂紋進(jìn)行了觀測(cè)23。研究指出載荷較小時(shí)，由于靠近壓頭和單晶硅表面接觸區(qū)有拉應(yīng)力存在，壓痕邊緣向內(nèi)凹入，沒有明顯的降起線;而當(dāng)載荷較大時(shí)，在壓痕回復(fù)區(qū)域內(nèi)有脆性同心裂紋以及蝶翅形變形區(qū)產(chǎn)生。當(dāng)接觸區(qū)卜的拉應(yīng)力最大值超過臨界值時(shí)，在壓痕對(duì)角線邊緣形成中位裂紋，中位裂紋的形成使接觸區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)分布復(fù)雜化，從而導(dǎo)致卸載后不僅有近似理想的彈性接觸應(yīng)力場(chǎng)，還會(huì)有以拉應(yīng)力分量為主的殘余應(yīng)力場(chǎng)出現(xiàn)。彈性接觸應(yīng)力場(chǎng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)的迭加使中位裂紋沿著擇優(yōu)取向的晶向

19、或者沿著與主張應(yīng)力分量正交的軌跡擴(kuò)向自由表面并與之相切于壓痕的兩側(cè)。最終，隨著載荷的進(jìn)一步增大，中位裂紋的擴(kuò)展呈半圓狀剖面的幾何形狀，構(gòu)成從壓痕棱角擴(kuò)展開來的表面徑向裂紋。當(dāng)裂紋產(chǎn)生堆集并與試樣表面交截時(shí)，會(huì)導(dǎo)致部分表面材料的剝落。福州大學(xué)張瓊等用TEM研究了單晶硅壓痕微裂紋的形成與擴(kuò)展，指出壓痕應(yīng)力場(chǎng)使高脆性單晶硅發(fā)生滑移方式的塑性變形，從而表現(xiàn)出形態(tài)各異的位錯(cuò)組態(tài):位錯(cuò)圈、堆垛層錯(cuò)、壓桿位錯(cuò)、擴(kuò)展不全位錯(cuò)及位錯(cuò)偶等24。2. 單晶硅片的劃痕分析L.C. Zhang不不同載荷下的金剛石劃痕進(jìn)行了TEM檢測(cè)25。表明載荷較小時(shí)有非晶面產(chǎn)生，隨著載荷增大，有大量的位錯(cuò)和面缺陷產(chǎn)生，當(dāng)變形超過極限

20、或者劃痕過程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過硅片的強(qiáng)度極限時(shí)，微裂紋產(chǎn)生從而釋放變形產(chǎn)生的彈性能，材料會(huì)發(fā)生脆性斷裂。Y. Gogotsi等的研究指出26:當(dāng)劃痕寬度超過5 um時(shí)裂紋產(chǎn)生，材料脆性去除產(chǎn)生較大的碎片，如果切深進(jìn)一步加大，硅片將會(huì)破碎。不同形狀的劃痕器產(chǎn)生微裂紋的臨界切削深度不同，錐形劃痕器的臨界切削深度比球形劃痕器的臨界切削深度大。在無裂紋區(qū)域，球形劃痕的深寬比比錐形劃痕的深寬比小，這是由于球形劃痕的尖端比較鈍的原因。錐形劃痕時(shí)劃痕邊緣有較明顯的堆積，這表明單晶硅在微米級(jí)的高塑性。3.硅片延性域磨削的材料去除機(jī)理硅片延性域磨削的材料去除機(jī)理為:在高溫或高壓條件下，硅也能表現(xiàn)出流動(dòng)性質(zhì)即塑性

21、，在刀具刃圓半徑很小且切削深度很小的情況下，刀具尖端作用于工件表面形成局部靜水壓力區(qū)域，當(dāng)靜水壓力達(dá)到10-13Gpa，有效剪切應(yīng)力達(dá)到剪切強(qiáng)度極限，產(chǎn)生塑性變形(此時(shí)拉應(yīng)力值沒有達(dá)到抗拉強(qiáng)度極限不足以產(chǎn)生微觀裂紋)，從金剛石晶體結(jié)構(gòu)(Si-I相)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俳Y(jié)構(gòu)(Si-II相)，體積減小22%。當(dāng)切削深度小于某一臨界值，塑性區(qū)域邊界處的拉應(yīng)力小于斷裂強(qiáng)度，不足以產(chǎn)生微細(xì)裂紋，剪切應(yīng)力使磨粒前下方的材料產(chǎn)生塑性流動(dòng)進(jìn)而形成切屑，從而實(shí)現(xiàn)延性域加工。加工后的表面不存在微觀裂紋，僅由晶格錯(cuò)亂層和位錯(cuò)層組成，而且損傷層深度很淺，一般在幾百納米以下274、 三種材料去除機(jī)理的差異性分析（1）巖石的去除過

22、程實(shí)際上是大量的具有微刃的金剛石磨粒不斷地切削巖石的過程。巖石的礦物成分、晶體粒度、晶體形狀和組織結(jié)構(gòu)的巨大差異造成了去除機(jī)理的復(fù)雜性?？偟膩碚f，巖石的去除機(jī)理包括：第一變形區(qū)的剪切和擠壓作用使巖石產(chǎn)生了彈性變形；第二變形區(qū)的細(xì)粒巖石層產(chǎn)生塑性變形，使該層巖石逐層剝落；在第三變形區(qū)劃痕表面的應(yīng)力由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)化為拉應(yīng)力，拉應(yīng)力使已經(jīng)變細(xì)的巖石細(xì)粒從巖石本體去除，并隨著隨著劃傷深度增大，進(jìn)一步使巖石顆粒破裂，磨粒后方出現(xiàn)的顆粒切屑數(shù)量增加，將切屑排除，從而完成了整個(gè)去除過程。在整個(gè)過程中，脆性斷裂的崩碎行為一直中占主導(dǎo)地位，但是同時(shí)只要受力情況符合一定的條件，仍然有塑性變形區(qū)存在（如第二變形區(qū)）。由

23、于巖石每層的不同礦物成分不同，出現(xiàn)了解離現(xiàn)象。并且花崗石中云母的解離最完整，最易去除，其次是正長石和斜長石，而石英幾乎不發(fā)生解理斷裂，因此最難切割。粒度粗的花崗石較之粒度細(xì)的花崗石，在相同的鋸切條件下，更難以發(fā)生解理斷裂（2） 陶瓷材料磨削加工過程中的材料去除機(jī)理一般都有脆性斷裂和塑性變形兩種形式，當(dāng)脆性材料的磨削深度小于其臨界磨深時(shí)，能實(shí)現(xiàn)脆性材料的塑性域磨削。脆性去除主要有晶粒去除、材料剝落、脆性斷裂和晶界微破碎等幾種方式。磨削過程中所產(chǎn)生的橫向和徑向裂紋不斷擴(kuò)展使材料局部剝落；磨粒和陶瓷接觸產(chǎn)生的晶界微破碎裂紋區(qū)和材料晶粒狀位錯(cuò)完成了材料的最終去除。當(dāng)磨粒切削深度在亞微米級(jí)時(shí)，磨削過程接

24、觸弧區(qū)內(nèi)的磨粒與工件間的靜壓應(yīng)力使陶瓷表面的粉碎層重新被壓實(shí)在工件表面。在微觀情況下結(jié)構(gòu)陶瓷經(jīng)過一定的彈性變形后隨即發(fā)生塑性變形，并且在臨界切削深度以下，主要去除方式以塑性去除為主。（3）單晶硅的精密磨削過程存在4個(gè)明顯的階段:脆性去除階段、摩擦裂紋階段、延性去除階段和彈性接觸階段。存在兩個(gè)明顯的脆性延性轉(zhuǎn)變:由第一階段到第二階段，表面裂紋消失;由第二階段到第三階段，摩擦裂紋消失，進(jìn)入完全的延性域切削階段。參考文獻(xiàn)1 魏源遷.國外硬脆材料的最新加工技術(shù).磨床與磨削，1997(4): 24-29.2 李遠(yuǎn)，黃輝，朱火明，徐西鵬.鋸切不同花崗石過程中鋸切力特征.金剛石與磨料磨具工程，2002, (

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