固结磨料研磨过程中磨料的微破碎是实现固结磨料垫自修正特性的主要途径, 研磨压力是影响磨粒微破碎的关键参数。选用单晶金刚石和聚集体金刚石作为磨粒制备固结磨料垫, 在15 kPa压力下以石英玻璃为加工对象进行研磨实验, 比较两者的材料去除率及加工稳定性; 制备了4种陶瓷结合剂含量的聚集体金刚石, 并制备成固结聚集体金刚石磨料垫, 探索了不同压力下的固结聚集体金刚石磨料垫的自修正性能; 分析了研磨后的工件表面粗糙度和表面微观形貌。结果表明: 采用固结聚集体金刚石磨料垫, 研磨后工件表面粗糙度低, 去除效率稳定; 在15～21 kPa的压力下, 结合剂含量次高的聚集体金刚石研磨效率高, 材料去除率达到8.94~12.43 μm/min, 加工性能较稳定, 研磨后的工件表面粗糙度Ra在60 nm左右; 在3.5~7 kPa压力下, 结合剂含量次低的聚集体金刚石研磨性能较稳定, 材料去除率在2.67~3.12 μm/min, 研磨后的表面粗糙度Ra在40 nm左右。高结合剂含量的聚集体金刚石磨粒更适合高研磨压力条件, 而低结合剂的聚集体金刚石磨粒更适合于低研磨压力。

自修整能力是评价亲水性固结磨料研磨垫加工性能的重要指标。本文选择不同浓度的乙醇水溶液作为研磨介质, 表征了亲水性固结磨料垫基体在研磨介质中的溶胀率与砂浆磨损速率, 探索了亲水性固结磨料垫在不同研磨介质条件下研磨石英玻璃的加工性能, 采用亲水性固结磨料垫在不同阶段的材料去除速率变化(Material Removal Rate Variation, MRRV)衡量固结磨料垫的自修整能力。结果表明: 随着研磨介质中乙醇浓度的增加, 溶胀率与砂浆磨损速率均增大, 分别达到了1.05%与5.5 mg/h, 不仅研磨垫的材料去除率与表面质量得到了提高, 同时, 不同阶段的MRRV大幅减小, 体现了更优的自修整能力。当乙醇浓度为25%时, 平均材料去除率达到11.82 μm/min, 表面粗糙度Ra为75 nm, 磨料垫具备了良好的加工性能。研磨介质中引入乙醇能有效提高固结磨料垫的加工性能。

通过粘结剂将单晶金刚石制成粒径更大的多晶金刚石。采用SEM观察了多晶金刚石的微观形貌, 分别制备了单晶和多晶金刚石固结磨料研磨垫, 比较了单晶与多晶金刚石固结磨料研磨垫的研磨性能。结果表明: 单晶金刚石固结磨料垫与多晶金刚石固结磨料垫精研石英玻璃的表面粗糙度相似; 但多晶金刚石固结磨料垫的材料去除率更高且稳定; 多晶金刚石在研磨过程中的微破碎, 确保了其自修整过程的实现。另外, 多晶金刚石研结磨料垫研磨的石英玻璃亚表面损伤层深度小, 约为原始单晶金刚石粒径的1/2。