试验结果分析

    超声振动研磨工艺可明显提高研磨PCD的材料去除率。试验数据还显示，随着超声波发生器输出功率的增大，PCD材料去除率有较大幅度的提高(超声波发生器输出功率为250W时，PCD材料去除率比普通研磨提高一倍以上)，即采用超声振动研磨比普通研磨可获得更高的加工效率。这是因为超声波发生器输出功率的提高使PCD试件的振幅增大，说明在超声振动研磨中振幅对PCD材料去除率的影响很大；由图1还可看出，在相同试验条件下，随着研磨盘转速的提高，PCD材料去除率也相应提高。

    在相同试验条件下，超声振动研磨粗粒度PCD时的材料去除率比研磨细粒度PCD的材料去除率更高，这说明合成PCD的金刚石晶粒粒度对PCD材料的耐磨性和强度有很大影响。
3 超声振动研磨PCD的去除机理分析
PCD是由经预处理的、具有一定粒度的金刚石微粉为原料，以镍、钴、钛、硅、硼等作为粘结剂，在高温、高压下烧结而成。PCD是金刚石微粒随机排列的金刚石密集体，具有“混凝土”式的微观结构，这种结构使PCD材料具有各向同性的特点，因而可获得比天然金刚石更高的耐磨性和较高的抗冲击强度。
 
    3、研磨PCD材料的去除机理 

    研磨PCD材料的去除机理主要包括机械作用和热化学作用。在研磨初期，由于PCD的表面粗糙度较大，金刚石晶粒凸出PCD表面较多，使高速运动的磨粒很容易着力，促使金刚石晶粒容易在底部间接粘结部分产生应力集中。PCD晶粒间的结合部位是其薄弱环节，其结合能小于组成PCD的金刚石单晶体最易解理的(1 1 1)晶面的结合能。当受到磨粒高速撞击时，由于应力逐步集中，使微裂纹沿金刚石晶粒间的结合部位扩展，在磨粒的反复高速冲击下，将发生沿晶疲劳断裂，使金刚石微粒发生整体松动并脱落。随着研磨的继续进行，PCD表面粗糙度逐步下降，发生金刚石晶粒整体脱落的情况也逐渐减少。

    根据Griffith断裂力学理论，某些固体的共价键和离子键强度很高，其缺陷相对来说受到束缚，因而容易在较低应力下发生断裂(相对其强度而言)，此类固体称为脆性固体。如果断裂的阻力主要取决于固体的固有键强度，则该固体可称为高脆性固体。由于PCD材料中金刚石晶粒所占比例高达80%～90%，去除阻力主要取决于构成PCD的金刚石晶粒本身的强度，因此可将PCD材料划归为高脆性固体。PCD属于高脆性多晶固体材料，各个金刚石晶粒的晶向不同，当裂纹遇到两个晶粒的边界时，或者穿过它在第二个晶粒中继续扩展(对于小角度晶界及高强度晶界，易发生穿晶断裂)，或者裂纹沿晶界扩展。由于金刚石微粒的(1 1 1)晶面裸露的机率，相对于高速运动的磨粒较容易着力，高速运动的磨粒产生与(1 1 1)晶面垂直的拉应力，当该拉应力超过其临界值时，即产生裂纹，裂纹沿(1 1 1)晶面方向产生穿晶裂纹，在PCD表面产生光滑的解理断裂平面和解理台阶(如图5所示)。金刚石晶粒的解理性脆断是在拉应力作用下裂纹扩展的结果。由于受孪晶带的影响以及金刚石的随机排列方式，金刚石颗粒的断裂表面往往呈“之”字形，即在解理面上形成微小的解理台阶。这是由于许多孪晶带相互交叉，使裂纹扩展方向不得不发生改变，因此阻碍了裂纹贯穿整个金刚石。金刚石晶粒的解理性脆断是研磨PCD的主要去除方式之一。