微晶玻璃板材拋光工藝探討

摘 要：本文分析了微晶玻璃板材的特性及其拋光工藝，得出影響拋光工藝參數(shù)的主要因素是壓力、時間、速度和磨具。通過實例說明微晶玻璃拋光線的配置及參數(shù)對拋光工藝的影響，并進行討論。

關(guān)鍵詞：微晶玻璃；板材；拋光工藝；加工成本

1 引 言

微晶玻璃板材是一種由適當(dāng)?shù)牟Ａьw粒經(jīng)燒結(jié)與晶化制成的微晶體和玻璃的混合體，亦稱為玻璃陶瓷。它具備了玻璃、陶瓷和晶體的共同優(yōu)點，具有很高的機械強度、表面硬度、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。其質(zhì)地堅硬、密實均勻，無放射性污染，是一種新型的環(huán)保材料。 微晶玻璃板材對拋光工藝有著更高的要求，本文從其工藝特性入手，分析工藝參數(shù)對加工以及經(jīng)濟特性的影響，并通過實例計算來說明工藝參數(shù)的配置。

2 微晶玻璃板材的特性

（1） 高強度、高硬度

微晶玻璃板材比重為2.65~2.7，莫氏硬度為6.5~7.0，抗彎強度達到40～50MPa，抗壓強度為500MPa。硬度大于石材，強度是石材的2倍以上。微晶玻璃的結(jié)構(gòu)致密、均勻，比天然石材更堅硬、更耐磨。

（2） 光澤度高

微晶玻璃板材毛坯經(jīng)拋光后，表面光澤度達95°以上，遠遠大于瓷質(zhì)拋光磚和石材。

（3） 化學(xué)穩(wěn)定性好

微晶玻璃板材的耐酸堿性能優(yōu)異。在大氣污染嚴(yán)重、酸雨頻繁的地區(qū)，即使暴露于風(fēng)雨及被污染的環(huán)境中也不易變質(zhì)損壞。

（4） 不吸水、耐污染、免維護

微晶玻璃層完全致密，吸水率為零。微晶玻璃幾乎不與空氣發(fā)生反應(yīng)，可以歷久彌新。

3 微晶玻璃板材的拋光工藝

3.1微晶玻璃板材拋光工藝的特殊性

微晶玻璃板材拋光工藝與瓷質(zhì)磚拋光工藝相比有很大不同。在普通瓷質(zhì)磚拋光工藝中，瓷磚先經(jīng)過磨邊倒角和刮平定厚處理，使每片瓷磚的周邊尺寸、厚度、平整度基本一致，減少拋光階段的磨削量，提高生產(chǎn)效率和降低運行成本。

微晶玻璃板材質(zhì)地堅硬、脆性大，不適宜采用滾筒式刮平定厚，否則容易引起微晶玻璃層碎裂，并且在拋光階段難以消除刮削刀痕。目前，微晶玻璃板材的拋光基本采用直接拋光工藝，也就是在拋光加工前，表面未作任何預(yù)處理。因此，粗拋階段的磨削量很大，這是微晶玻璃板材拋光特性之一。

由于微晶玻璃層完全致密，不吸水，拋光時必須對磨削區(qū)進行充分冷卻。

3．2 微晶玻璃板材拋光工藝要求

（1） 對拋光磨頭的要求

微晶玻璃板坯毛面平整度較差，為了使拋光能適應(yīng)不平整的毛面，通常采用直徑較小的磨頭，并且要求磨頭有良好的浮動性能和排屑性能。

（2） 對磨具的要求

在粗拋階段，為了能快速磨平表面，對磨具的磨削效率要求較高，因此要求磨粒有較好的鋒利度，同時磨具要有較好的自銳性。

在中拋階段，要求磨料粒度有較好的一致性，否則拋光表面會產(chǎn)生較深的磨痕，精拋時也難以消除。

在精拋階段，則要求磨具有較好的研磨性能，以消除磨痕，達到鏡面效果。并且要有一定的仿形性，以使拋光效果均勻一致。

（3） 對冷卻的要求

微晶玻璃層導(dǎo)熱性差、不吸水，磨削過程中產(chǎn)生的大量熱量不能由工件本體傳出，磨削區(qū)溫度過高對磨粒和結(jié)合劑有較大影響。所以要求單個磨削區(qū)域面積不宜過大，否則冷卻水難以進入磨削部位；并且要求冷卻水量充足，保證冷卻和排渣效果。

（4） 對工作參數(shù)的要求

工作參數(shù)對拋光效率和拋光效果有重要作用。影響拋光的參數(shù)有壓力、時間、速度、磨具等。表面材料去除的數(shù)學(xué)模型是 Preston方程，表達式見式（1）。

R=kpvt （1）

式中：

R——材料去除量；

k——與工件材料、工藝參數(shù)等有關(guān)的系數(shù)，稱為Preston系數(shù)；

p——磨具對工件表面的壓力；

v——工件與磨具的相對運動速度；

t——拋光時間。

從式（1）中可以看出，增大磨頭的工作壓力可以提高磨削效率。所以粗拋階段工作壓力要比精拋階段大一些，以磨頭不出現(xiàn)振動為原則，否則拋光表面會形成較深的振紋，影響拋光效果。

增大磨頭轉(zhuǎn)速也可以提高磨削效率，但是磨頭的轉(zhuǎn)速通常根據(jù)所使用磨具的最佳磨削速度而設(shè)計為一個定值，不可調(diào)節(jié)。

拋光時間的調(diào)節(jié)。一般情況下，拋光磨頭的磨削直徑比微晶玻璃板材的外形尺寸要小，安裝磨頭的橫梁需要作往復(fù)擺動才能磨削到整個板面。為了使整個拋光表面效果均勻一致，需要調(diào)節(jié)橫梁擺動頻率和輸送皮帶的速度，使拋光表面每個部位的磨削時間基本相同。這一調(diào)節(jié)較為重要，調(diào)節(jié)不好容易出現(xiàn)漏拋、劃痕、光澤度不均勻等缺陷。

4 拋光加工的經(jīng)濟性

單件微晶玻璃板材生產(chǎn)成本可用式（2）表示：

總成本=加工成本+工藝成本+材料成本（2）

其中：

加工成本——對坯體進行拋光、磨邊等板坯精加工相關(guān)的費用；

工藝成本——成形、燒成等制成板坯相關(guān)的費用；

材料成本——與原材料制備相關(guān)的費用。

實際上，成本的組成依賴“成品率”。成品率是指生產(chǎn)達到成品或可供使用工件總數(shù)所占的比例。每個工序的成品率都會影響總成本，尤其是拋光磨邊這一加工工序的成品率，會對包括材料、制坯、燒成、加工在內(nèi)的整個生產(chǎn)流程的成本產(chǎn)生影響。這種影響可表示為式（3），加工成本可表示為式（4）：

加工一個工件所消耗的時間稱為周期時間。設(shè)備費、勞力費、管理費與周期時間有關(guān)。周期時間越短，設(shè)備費、勞力費、管理費越低，因此，周期時間直接影響加工成本。

板坯平整度、磨削效率直接影響周期時間。控制板坯的燒成過程、提高板坯表面的平整度，減小拋光磨削量；同時采用更高效的磨削工藝來提高拋光效率，以此來縮短周期時間。

實際上，周期時間與加工成品率是相互依賴，又相互制約的。通過加大磨頭工作壓力來提高磨削效率、縮短周期時間，但加大磨頭工作壓力會影響到成品率。在實際生產(chǎn)中可以綜合調(diào)整和優(yōu)化各個運行參數(shù)，使成品率達到最高，而周期時間達到最短。

5 微晶玻璃板材拋光工藝實例及討論

5．1微晶玻璃板材拋光工藝實例分析

以某陶瓷廠的微晶玻璃復(fù)合板拋光生產(chǎn)線為例，說明微晶玻璃拋光線的配置及參數(shù)。

產(chǎn)品規(guī)格：800mm×800mm，微晶層厚度約2mm。

生產(chǎn)線設(shè)備配置：PJ1000/16→PJ1000/20→PJ1000/20→QB1000/4→Z1000/3.5→QB1000/4→BS1000/14→ Z1000/3.5→BS1000/14。

設(shè)備流程表示為：進板線架→16頭微晶拋光機→中間線架→20頭微晶拋光機→中間線架→20頭微晶拋光機→中間線架→8頭雙邊切邊機→3.5m轉(zhuǎn)向線架→8頭雙邊切邊機→中間線架→14頭雙邊磨邊機→3.5m轉(zhuǎn)向線架→14頭雙邊磨邊機→出板線架。

拋光磨頭配置為：粗拋階段6個行星磨頭；中拋和精拋階段42個擺腳式磨頭；上光階段8個上光磨盤。

拋光磨塊配置為：粗拋使用樹脂結(jié)合金剛石磨輪；中拋和精拋使用T1L140菱苦土碳化硅磨塊；上光使用金剛石軟拋片。

工作參數(shù)調(diào)節(jié)為：皮帶輸送速度3.5m/min；粗拋磨頭工作壓力0.1～0.2MPa；中拋和精拋磨頭工作壓力0.2～0.3MPa；上光磨盤工作壓力0.2Mpa。加工產(chǎn)品表面光澤度在85°以上，日產(chǎn)量達3500m2。

5．2微晶玻璃板材拋光工藝討論

通體微晶玻璃板與微晶玻璃復(fù)合板的成形和燒成工藝不同，板坯表面平整度差異較大。一般情況下，通體微晶玻璃板外形尺寸較大，表面平整度差值較大，因此粗拋磨頭數(shù)量配置要多一些，通常磨頭配比為，粗拋:中拋:精拋:上光=3:2:2:2。粗拋、中拋、精拋、上光均可采用擺腳式磨頭。在磨塊配置方面，粗拋、中拋、精拋、上光均可采用菱苦土碳化硅磨塊。但實驗證明，粗拋、中拋、精拋采用菱苦土碳化硅磨塊，上光采用樹脂結(jié)合金剛石彈性磨塊，這樣配置磨塊使表面澤度更均勻。通體微晶玻璃板拋光磨削量較大，產(chǎn)量較低。

微晶玻璃復(fù)合板是采用特殊工藝，在陶瓷基板表面上覆蓋一層微晶玻璃，其平整度較好，粗拋階段通常可以配置金剛石磨塊。為了使每件板坯的拋光效果一致，在拋光前應(yīng)作平整度檢測，將超差過大的板坯剔除出去。磨頭配比為，粗拋:中拋:精拋:上光=1:4:3:1。粗拋采用行星磨頭，中拋、精拋采用擺腳式磨頭，上光采用磨盤。在磨塊配置方面，粗拋采用樹脂金剛石磨輪，中拋、精拋采用菱苦土碳化硅磨塊，上光采用金剛石軟磨片。為了提高粗拋磨輪的耐用度，可采用金屬結(jié)合金剛石磨輪。上光階段同樣可以采用擺腳式磨頭，配用樹脂結(jié)合金剛石彈性磨塊。這樣的配置可以提高產(chǎn)量。微晶玻璃復(fù)合板拋光磨削量較小，產(chǎn)量較高，有較好的經(jīng)濟性。通常，微晶玻璃陶瓷復(fù)合板比高檔天然石材的價格低35%～50%左右。

6 結(jié) 語

在微晶玻璃拋光加工過程中，針對其硬度高、致密性高、板坯表面平整度差等特點，采用不同的拋光磨頭和磨具配置，綜合調(diào)整各種工作參數(shù)，以達到高質(zhì)量、較高產(chǎn)量、高成品率的目的，以使加工成本控制在適宜范圍內(nèi)。

參考文獻

[1] 理查德，布魯克.陶瓷工藝[M](第2部分).北京:科學(xué)出版社，

1999，6.

[2] 張紅霞，殷伯華，吳明根等．超光滑高精度微晶玻璃的平面拋光

工藝[J].半導(dǎo)體技術(shù)天地，1999，12.

[3] 程金樹，李宏，湯李纓等. 微晶玻璃[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，

2006，1.