碳化硅陶瓷具有硬度高、強度高和耐高溫等優(yōu)異性能，被廣泛運用于化工、礦業(yè)、航空航天、汽車和微電子等工業(yè)領(lǐng)域。在加工過程中，陶瓷材料常需要進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。對于碳化硅陶瓷的加工，國內(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)量的研究報道。本文采用燒結(jié)金剛石鉆頭對碳化硅陶瓷片進行磨削鉆孔，通過理論計算及試驗觀察的方式，獲得碳化硅陶瓷的磨削去除方式，并通過施加預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}預緊力及其理想范圍。

磨削去除方式分析
由壓痕斷裂力學模型可知，在陶瓷磨削過程中，當對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，陶瓷材料將會產(chǎn)生裂紋，當裂紋擴展至自由面時，陶瓷材料發(fā)生脆性斷裂，從而形成切屑。當對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，裂紋不會產(chǎn)生更不會擴展，磨粒使材料發(fā)生塑性變形。
本文通過計算比較燒結(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，來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，金剛石磨粒的{zd0}出露高度占其直徑的比例為k，由文獻可知，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%。從微觀層面上來看，每個金剛石磨粒都不在同一個層面上，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)、由于在加工過程中，出露金剛石磨粒不同時工作，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給載荷為P，那么作用在工作面的1cm2單位面積上的軸向進給載荷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)、在試驗條件下，軸向進給壓力通常大于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)對試驗條件下鉆頭的單顆金剛石磨粒受到的平均載荷進行計算，得到為22.20N。