圆弧刃金刚石刀具刃磨中的关键技术
磨圆弧刀的技巧范文
磨圆弧刀的技巧范文磨圆弧刀是一项需要一定技巧和经验的工作，下面将介绍一些磨圆弧刀的技巧。
1.确定磨刀的目的：在开始磨刀之前，需要明确磨刀的目的是为了修复或者重新磨削刀具的刃口。
根据刀具的使用情况，你可以选择不同的磨削方式。
2.选择正确的磨具：根据需要磨削的刀具类型，选择合适的磨具。
常用的磨具包括砂轮、砂带、磨石以及金刚石磨具等。
确保使用的磨具尺寸、材质和粗细度与需要磨削的刃口相匹配。
3.磨具的安装和调整：在将磨具安装到磨床上之前，需要先进行调整。
调整磨具的角度、高度、圆弧半径等参数，以确保刀具可以得到正确的磨削。
4.确定磨削的方向：根据刀具和工作要求，确定磨削的方向。
通常，圆弧刀的磨削方向是与刃口相反的方向。
确保整个磨削过程中保持一致的磨削方向。
5.控制磨削的速度和压力：在磨削过程中，需要控制好磨削的速度和压力。
过快的磨削速度会导致刀具表面过热，损坏刀具的硬度和刃口。
过大的磨削压力会导致刀具表面破裂或者变形。
6.注意磨削的过程：在磨削过程中，需要时刻注意刀具表面的情况。
如果发现有划痕、磨损或者其他不均匀的现象，应及时停下来进行调整。
避免过度磨削或者磨削不足，以免影响刀具的使用寿命和效果。
7.磨削后的处理：磨削完成后，需要对刀具进行适当的处理。
可以用刷子清理刀具表面的磨削渣滓和剩余物，然后用清洁布擦拭干净。
如有需要，可以对刀具进行涂油等防锈处理。
8.定期维护和检查：磨圆弧刀是一项常规维护的工作，定期检查和保养刀具是保持其良好工作状态的关键。
可以准备一份刀具使用记录表，记录下每次磨削的情况和使用频率，以便合理安排维护和更换刀具的时间。
关于金刚石刀具刃磨技术的探讨
关于金刚石刀具刃磨技术的探讨佚名【摘要】本文通过简要介绍金刚石刀具的发展现状，着重分析了金刚石刀具现存的刃磨技术，希望为我国精密加工技术的提高做出一份贡献。
【期刊名称】《科技风》【年(卷),期】2013(000)013【总页数】1页(P50-50)【关键词】金刚石;刀具;刃磨技术【正文语种】中文超精密加工技术是一种对工业零件进行纳米级精细加工的技术，它需要加工精度突破传统的工业精度研究极限。
随着MEMS技术、光学技术等众多精密工业的崛起和发展，精密加工工业逐渐登上历史舞台，为人类提供便利，为社会做出贡献。
金刚石作为超精密切削加工使用的材料之一，可以对大多数刀具进行纳米级的精细加工，而且金刚石在测量、信号、高分子材料等各项科学领域都发挥着重要的作用。
金刚石刀具刀刃钝圆半径的精密程度是影响其所能加工的零件尺寸的关键因素。
所谓刀具刃口钝圆半径是指刀刃放大到纳米级后可以观察到的刀刃处展现出的刀刃的半径，钝圆半径越小，其可以进行加工的零件尺寸就越小，其切割能力就越强，加工范围越广泛。
据世界精密技术统计，我国金刚石刀具的刀刃钝圆半径只能达到亚微米水平，而许多发达国家早已达到纳米水平，例如美国可以达到5纳米，而日本也可以达到15纳米左右。
因此，研究金刚石刀具刃磨技术具有十分重要的现实意义。
1 金刚石刀具简述随着超精密加工技术在越来越多的领域受到重视，金刚石刀具也逐渐向越来越多的领域发展，其中最主要的有三个领域：1）是提高产品的质量，使产品性能趋于一致，针对不同的系列可以进行不同等级的加工；2）是进行更加精密的加工，加工对象随意，进行更加复杂结构的加工；3）是使CVD金刚石膜进入更加快速的商业化发展阶段。
现阶段，我国金刚石刀具研究和生产厂家主要集中在上海、北京、广州、深圳等发达地区，与欧美国家大多数金刚石刀具制造厂商的生产技术还具有较大差距，最明显的表现就是我国仍无法自主生产金刚石原材料，还需要通过GE公司、DeBeers 公司进行金刚石原材料的采购。
微圆弧金刚石刀具刃磨关键技术及应用
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圆弧刃金刚石刀具刃磨中的关键技术
圆弧刃金刚石刀具刃磨中的关键技术李增强1 夏广岚2 宗文俊1 孙 涛1 董 申1 1哈尔滨工业大学 2佳木斯大学摘 要:天然圆弧刃金刚石刀具是加工球曲面、非球曲面零件的重要工具,由于金刚石各向异性,使圆弧刃刃磨技术成为金刚石刀具制造中的难点和关键。
本文针对圆弧金刚石刀具刃磨机理,设计了相应的刃磨机,并对刃磨结果进行了检测,表明这种刃磨机完全可以满足超精密球面和非球面曲面零件的加工要求。
关键词:天然金刚石刀具, 圆弧刃, 研磨工艺, 精密测量Key Technique of Grinding Circular Arc Diamond Cutting ToolLi Zengqiang Xia Guanglan Zong Wenjun et alA bstract :The natural circular arc diamond cutting tool is an important cutting tool by which the spherical or aspherical curved s urface parts can be machined .The cutter grinding technique of the circular arc edge is the key technique and a difficult problem to solve because of the anisotropism of the natural diamond .Through the analyzing of the cutter grinding mechanism ,the key technologies and related techniques in the process of the arc edge cutter grinding are investigated using the developed cutter grinding device .The grinded edges are measured .The high -quality tools that meet the requirements of the ultra -precise curved face machining have been obtained .Keywords :natural diamond cutting tool , circular arc ed ge , grinding craft , precision measurement 1 引言利用天然金刚石刀具进行超精密车削加工是获得高质量加工表面的主要方法,采用天然金刚石刀具加工球曲面、非球曲面零件,可保证切削的纹理粗糙度较小,容易安装刀具以及刀具磨损后对加工表面的影响较小。
金刚石刀具的磨损机理
金刚石刀具的磨损机理引言：由于金刚石材料的高硬度和各向同性使其磨损非常缓慢。
是一种理想的刀具材料。
为了充分发挥PCD刀具的切削性能，世界各国先后投入大量人力物力对PCD刀具进行研究。
1、金刚石刀具的磨损形态金刚石刀具的磨损形态常见于前刀面磨损、后刀面磨损和刃口崩裂。
1、金刚石刀具的磨损机理金刚石刀具的磨损机理比较复杂，可分为宏观磨损与微观磨损。
前者以机械磨损为主，后者以热化学磨损为主。
宏观磨损的基本规律如图，早期磨损迅速，正常磨损十分缓慢。
通过高倍显微镜观察，刃口质量越差及锯齿度越大，早期磨损就越明显。
这是因为金刚石刀刃圆弧采用机械方法研磨时，实际得到的是不规则折线如图，在切削力作用下，单位折线上压力迅速增大，导致刀刃磨损加快。
另一个原因是，当金刚石刀具的刃磨压力过大或刃磨速度过高，及温度超过某一临界值时，金刚石刀具表面就会发生氧化与石墨化，使金刚石刀具表面的硬度降低，形成硬度软化层。
在切削力作用下，软化层迅速磨损。
由此可见，金刚石刀具刃磨质量的高低会严重影响它的使用寿命与尺寸精度的一致性。
当宏观磨损处于正常磨损阶段，金刚石刀具的磨损十分缓慢，实践证明，在金刚石的结晶方向上的磨损更是缓慢。
随着切削时间的延长，刀具仍有几十至几百纳米的磨损，这就是微观磨损。
通过高倍显微镜长期观察以及用光谱与衍射分析后，金刚石刀具的微观磨损原因可能有以下3个：1随着切削时间的不断延长，切削区域能量不断积聚，温度不断升高，当达到热化学反应温度时，就会在刀具表面形成新的变质层。
变质层大多是强度甚差的氧化物与碳化物，不断形成，不断随切屑消失，逐渐形成磨损表面。
2金刚石晶体在切削力特别是承受交变脉冲载荷持续作用下，一个又一个C原子获得足够的能量后从晶格中逸出，造成晶体缺陷，原子间引力减弱，在外力作用下晶格之间发生剪切与剥落，逐渐形成晶格层面的磨损，达到一定数量的晶格层面磨损后就会逐渐形成刀具的磨损表面。
3金刚石刀具在高速切削有色金属及其合金时，在长时间的高温高压作用下，当金刚石晶体与工件的金属晶格达到分子甚至原子之间距离时，引起原子之间相互渗透。
一种圆弧刃金刚石刀具刀尖材料均匀去除微进给装置[发明专利]
![一种圆弧刃金刚石刀具刀尖材料均匀去除微进给装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/b5e32327a1c7aa00b42acb80.png)
专利名称：一种圆弧刃金刚石刀具刀尖材料均匀去除微进给装置
专利类型：发明专利
发明人：张瑞涛,孙涛,张强,李增强
申请号：CN202011442853.2
申请日：20201208
公开号：CN112548692A
公开日：
20210326
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种圆弧刃金刚石刀具刀尖材料均匀去除微进给装置，属于超精密制造装备技术领域。
本发明提供一种高精度且操作简便的基于高精度进给工作台的圆弧刃金刚石刀具刀尖材料均匀去除装置。
本发明包括液体静压转台部件、微进给部件、粗进给部件、刀架和机床基座；刀架安装在微进给部件上，微进给部件安置于粗进给部件上，粗进给部件安装在液体静压转台部件上，液体静压转台部件固定在机床基座的上表面。
本发明可以控制微进给部件减小进给量从而减小研磨压力，可以控制微进给部件增大进给量从而增大研磨压力，进而实现金刚石刀具研磨过程中，刀尖圆弧材料始终被均匀去除，如此可以提高圆弧刃的波纹度，得到质量更高的金刚石刀具。
申请人：哈尔滨工业大学
地址：150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
国籍：CN
代理机构：哈尔滨龙科专利代理有限公司
代理人：高媛
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金刚石刀具
金刚石的刀具发展与技术侯文文0840202211摘要：本文主要对金刚石刀具的分类、加工方法、金刚石刀具的发展现状及应用领域作了简单的介绍，对聚晶金刚石刀具的刃磨技术作了详细的研究分析。
1、引言：随着现代加工制造业对高速切削加工的要求不断提高，对于各种难切削复合材料、工程陶瓷材料等，传统的切削加工刀具已不能满足高速切削的需要，而超硬切削刀具是解决以上问题的有效手段，其中，金刚石刀具的应用较为广泛。
金刚石具有极高的硬度、良好的耐磨性和导热性、低摩擦系数和热膨胀系数，在现代切削加工中体现出难以替代的优越性，被誉为当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。
目前，金刚石刀具在机械加工中的应用日渐普及，已成为现代材料加工中不可或缺的重要工具。
2、金刚石刀具的基本介绍2.1 天然金刚石(ND)刀具为天然金刚石拉蔓峰谱，具有以下特征：(1)1332尖锋处显示存在金刚石。
(2)波型幅度(FWHM)为4.1cm-1显示为纯金刚石。
ND是目前已知矿物中最硬的物质，主要用于制备刀具车刀。
天然金刚石刀具精细研磨后刃口半径可达0.01～0.002µm。
其中天然单晶金刚石(Single Crystalline Diamond，SCD)刀具切削刃部位经高倍放大1500倍仍然观察到刀刃光滑。
SCD车削铝制活塞时Ra可达到4µm，而在同样切削条件下用PCD 刀具加工时的表面粗糙时的Ra为15～50µm。
故采用SCD刀具配合精密车床进行精密和超精密加工，可获得镜面表面。
2.2 聚晶金刚石(PCD)刀具PCD是高温超高压条件下通过钴等金属结合剂将金刚石微粉聚集烧结合成的多晶体材料，又称烧结金刚石。
聚晶金刚石刀具整体烧结成铣刀，用于铣削加工，PCD晶粒呈无序排列状态，属各向同性，硬度均匀，石墨化温度为550℃。
刀具具有高硬度、高导热性、低热胀系数、高弹性模量和低摩擦系数。
刀刃非常锋利等特点。
修磨圆弧铣刀
修 磨 圆 弧 铣 刀
湖北十堰技师学院 （４ ０ １ 程德平 ４２１ ） 陈修芳
在修磨圆弧铣 刀时 ，可根据圆弧铣刀的使用情 况来 分析刀具的磨损 。一般来说 ，圆弧铣刀用外 圆切 削刃切 削的情况 比较少见，主要集ｒ 在圆弧切 削刃 上 ，所 以刀 卜
圆弧与外 圆相切点连线的夹角 。碟形砂 轮修整好后 将砂 轮引入刀具修磨前角 ，前角 ＝ ５ 一８ 。手持 刀具 引入 。 。 刀齿 ，逐齿刃磨 ，操作方法及要 求与修磨 铰刀相 同。 （ ）后角的修磨 ４ 在后角刃磨时 ，可在铲 齿磨 床上
时 日值加上 ０ ０ ～ ． ２ ｍ） ． １ ０ ０ ｒ 。调整 时使金刚石笔尖与平 ａ 板底 面接触 即可 ，具体是否接触可用手感 觉金 刚石 笔尖
（ 最好采用 单 晶金 刚 石颗粒 ）经 钎焊 而成 的金 刚石笔 ，
焊接时应保证 金刚石一个尖端朝 向外部 ，以便修整砂 轮
时方便 找 出一 个尖锐 的尖 角 ，提高砂 轮的
具磨损严重的部位在圆弧切削刃上。而外圆切削 刃可作
为圆弧切削刃的后备部分 ，所以修磨圆弧刃铣刀实 际就 是修磨圆弧刃的 圆弧切削刃处的前角 、后 角 ，使之重
新 变 得 锋 利 ，而 对 外 圆 部 分 是 不 需 要 进 行 修 磨 的 。 因此
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修整 精度 。金 刚石笔
的焊接结构 如图 ２所 示 。金刚石 笔基 体前 端 是 ６ 。 角 ，后 端 ０锥 为 Ｍ１ ２×１２ 的 螺 ．５
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Ｉ ／ Ｅ 图
与底面的摩擦力来控制 。
进行 ，也可以在普通刀具磨床上进 行。后角刃磨 时 ，为
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圆弧刃金刚石刀具刃磨中的关键技术李增强1 夏广岚2 宗文俊1 孙 涛1 董 申1 1哈尔滨工业大学 2佳木斯大学摘 要:天然圆弧刃金刚石刀具是加工球曲面、非球曲面零件的重要工具,由于金刚石各向异性,使圆弧刃刃磨技术成为金刚石刀具制造中的难点和关键。
本文针对圆弧金刚石刀具刃磨机理,设计了相应的刃磨机,并对刃磨结果进行了检测,表明这种刃磨机完全可以满足超精密球面和非球面曲面零件的加工要求。
关键词:天然金刚石刀具, 圆弧刃, 研磨工艺, 精密测量Key Technique of Grinding Circular Arc Diamond Cutting ToolLi Zengqiang Xia Guanglan Zong Wenjun et alA bstract :The natural circular arc diamond cutting tool is an important cutting tool by which the spherical or aspherical curved s urface parts can be machined .The cutter grinding technique of the circular arc edge is the key technique and a difficult problem to solve because of the anisotropism of the natural diamond .Through the analyzing of the cutter grinding mechanism ,the key technologies and related techniques in the process of the arc edge cutter grinding are investigated using the developed cutter grinding device .The grinded edges are measured .The high -quality tools that meet the requirements of the ultra -precise curved face machining have been obtained .Keywords :natural diamond cutting tool , circular arc ed ge , grinding craft , precision measurement 1 引言利用天然金刚石刀具进行超精密车削加工是获得高质量加工表面的主要方法,采用天然金刚石刀具加工球曲面、非球曲面零件,可保证切削的纹理粗糙度较小,容易安装刀具以及刀具磨损后对加工表面的影响较小。
但圆弧刃金刚石刀具制造工艺的难度(要求同时产生锋利度和圆弧精度),特别是刃磨工艺一直阻碍我国超精密曲面切削技术的发展。
圆弧刃金刚石车刀的制造包括金刚石晶体定向、刃磨、刃磨质量测试以及刀体焊接等,其刃磨设备精度和刃磨工艺技术是其制造的关键。
它包括刃口锋利度和刃口圆轮廓度两个研磨指标,参见图1。
图中,ρ为刃口半径指标(亦称为刃口锋利度);R 为圆弧半径;ΔR 为圆弧度指标。
图1 圆弧刃刀具制造中两个关键刃磨参数目前国外要求加工非球面零件(如光学透镜)用的刀具锋利度在0.1μm 以内(亦称为刃口半径),120°范围内圆度为0.1μm ,60°圆弧范围内圆度指标为0.05μm 。
目前国内刃磨直线刃最好的锋利度指标约0.2μm ,而圆弧度最好为0.5μm 左右,与国外技术水平有较大差距。
而圆轮廓度正是曲面超精密加工中的重要指标,当采用双轴数控超精密车床进行加工时,圆弧误差将直接复映到被加工件表面,产生形状误差,因此圆弧度也就成了刃磨的重要指标。
加工球曲面的例子参见图2。
当双轴数控位移量为常值时,R 变化时(即由R 1～R 2时)将引起被加工件表面产生形状误差。
图2 圆弧刃的圆度轮廓对加工表面的影响刃磨方法有多种,机械研磨是最传统的方法,此方法工艺简单,费用低廉,经过精细研磨的金刚石晶体能获得高质量的表面。
因此,针对目前国内圆弧刃金刚石刀具制造的低水平以及针对刃磨技术中的关键问题,进行了有针对性的关键技术研究。
获得了质量较好的合格刀具。
2 刃磨机理主要机理问题包括金刚石与金刚石对研中的去除规律,不同晶向对研时去除量是不同的;产生什么1052004年第38卷№9样的研磨运动才能得到高质量的圆弧刃。
经检测发现,在研磨过程中,金刚石晶体(110)晶面和(100)晶面的易磨和难磨方向都存在着塑性沟槽,这就说明在研磨过程中表层材料必定经历了塑性变形。
不同的是易磨方向塑性变形容易些,沟槽的数目少,但宽而深,而难磨方向的塑性变形相对较难,沟槽数目多,但窄且浅。
这就说明金刚石晶体进行机械研磨时,表层材料去除的主要方式是塑性变形方式[1]。
研究工作表明,单晶金刚石晶体进行机械研磨时,其研磨效率有明显的各向异性[2]。
图3是对金刚石晶体以不同的研磨方向及相同的研磨条件研磨后,用原子力显微镜观察得到的研磨表面沟槽深度变换曲线。
由图可知,各研磨方向的最大沟槽深度存在显著的各向异性。
对其作研磨效率的定理比较后得到(110)晶面的研磨效率要高于(100)晶面,就是磨损率较高。
高的磨损率会使刀具的使用寿命在很大程度上缩短,因此我们使用(100)晶面作为刀具的前后刀面。
图3 不同研磨方向最大沟槽深度在研磨工艺诸因素中,对金刚石刀具研磨质量影响最大的是研磨方向,如果找到了最佳研磨方向,在这个方向上研磨,就可以得到很高的研磨效率和研磨质量;当研磨方向偏离最佳方向时,研磨效率和研磨质量将有所下降;如果正好选在难磨方向,就有可能出现研磨不动或崩刃现象[3]。
研磨时,一般应附加一个与研磨方向交叉的往复运动。
这样,不仅可以使研磨盘的磨损比较均匀,更重要的是可以明显改善研磨状况及金刚石刀具的粗糙度。
实践证明,表面粗糙度、研磨切向力和研磨温度,是随往复运动的减小而增大。
即当往复运动的速度为零时,它们的值达到最大。
鉴于这种情况,应给主轴加一个偏摆运动,就是主轴在回转的同时,主轴整体又绕另一轴线作回转运动,而这种回转运动对主轴来说就是一种偏摆运动。
3 刃磨设备结构及其工作原理根据研磨机理,以及需要产生的运动方式,设计了一种研磨机,结构见图4,研制后的装置参见图5。
图4 圆弧刃刀具研磨机结构图5 圆弧刃刀具研磨机外观如图4所示,机床大体由七大部件组成:①箱体;②主轴偏摆部件;③研磨盘主轴部件;④夹具部件;⑤摆动主轴部件;⑥后角调节部件;⑦导轨部件,另外还有控制系统,图中没有画出。
研磨盘由空气主轴支撑,主轴由涡流式电动机直接驱动;刀具夹持部分用摆角可调的高精度轴承支撑,以保证刀刃的圆弧精度;刀具主轴固定在三座标运动装置上,某一个方向的研磨点的速度矢量可调;刀具在垂直方向由高灵敏度滚动导轨支承,并加以配重来控制研磨压力;通过电机-皮带轮-涡轮涡杆-四连杆机构来实现主轴的偏摆,实现研磨盘的复杂运动。
4 刃磨工艺试验(1)晶面选择金刚石晶体各晶面在好磨方向上,(111)晶面的磨削率最低,(100)晶面次之,(110)晶面磨削率最高。
由于(111)晶面硬度太高,研磨加工难,而且微观强度不高,易解理,很难磨出锋利刃口,因此不宜选用(111)晶面作为刀具的工作面。
虽然(110)晶面在好磨方向上磨削率比(100)晶面高近一倍,但从金106工具技术刚石不同晶面产生破损的机率来看,(110)晶面的破损机率最大,(111)晶面次之,(100)晶面最不易破损。
因此从刀具制造角度看,虽然(100)晶面的研磨效率低于(110)晶面,但最后精磨时,由于(100)晶面微观强度高,反而更易于获得锋利的刃口[4]。
因此选用(100)作为磨削面。
(2)线速度研磨速率越大,热点温度越高,从而加剧了材料去除的各种机制(主要为机械磨损和热化学去除),提高了研磨效率。
一般来说,粗磨时以去除余量为主要目的,研磨速度一般取30m/s比较合适。
但在精磨时,为获得完美刃口,减小研磨粉对刃口的撞击程度,研磨速度降低到20～25m/s[5],而在实际研磨试验中选取25m/s。
(3)磨粒研磨粉有天然和人造两种金刚石微粉,基本要求是粒度均匀,天然金刚石粉比人造金刚石粉贵,但持久耐用,一般只在精磨时用。
粗磨时可以使用较粗的微粉(如W10～W30),以提高效率,而精磨时应选用较细的微粉(如W0.5～W1),以保证得到高质量的刃口,最小选用W0.1。
(4)动平衡控制余量高精度的主轴是研磨高精度金刚石刀具的基础,研磨盘的平面度和动平衡不好将严重影响刀具精度和刃口质量。
对现有的气浮主轴进行了动平衡,研磨机主轴的轴向跳动达到0.2μm、径向跳动也达到0.3μm。
利用动平衡机在刃磨主轴轴向、径向进行平衡控制。
(5)研磨压力增加研磨正压力P,研磨温升加大,也可以提高金刚石的磨削率。
但所加压力过大,会影响研磨金刚石的表面质量,也会使研磨盘磨损加剧,粗磨时压力一般为9～12N,精磨时则为5N左右。
(6)刃磨检测对刀具刃磨前及刃磨后的刃口锋利度进行了测量,结果见图6和图7。
图6 刃磨前刃口AFM测量图象图7 刃磨后刃口AFM测量图象参考文献1 Van B ouwelen F M,Van Enckevort W J P.A simple model to describe the anisotropy of diamond polishing.Diamond and Re-lated Materials,1999,8:840～8442 Gogots i Y G.Pressure-induced phase transformations in dia-mond.Journal of Applied Physics,1998,84(3):1299～1304 3 何雅全编译.超精密金刚石刀具的研磨.超精密加工技术译文集.航空航天部303所国防科技重点试验室, 1999.124 袁哲峻,王先逵.精密和超精密加工技术.机械工业出版社,1999.23～425 刘志平,董丽华等.超精密金刚石刀具研磨技术的研究.人工晶体学报,2001(4):413～418第一作者:李增强,博士研究生,哈尔滨工业大学精密工程研究所,150001哈尔滨市哈工大413信箱(上接第98页)小,烧结体均匀、致密,这对于制备高性能精细陶瓷具有广阔的应用前景,特别是为纳米材料的研制提供了重要的工艺手段。
(3)本法建立的烧结工艺稳定、操作方便,配合所设计的辅助保温加热装置和选择的助热材料成功地对金属陶瓷进行了烧结。