莒南縣磨料磨具產業整治結新果
近日，莒南縣磨料磨具產業在發展成該縣支柱產業后，由于工藝落后，質量難以，并且耗能高、污染高，且受國家產業政策調整等原因，多數企業難以獲得工業產品生產許可證，發展陷入困境。在縣委、縣大力支持下，市、縣質監部門多次深入企業開展調研，向縣委、縣遞交了詳盡的調研報告，指出了產業發展面臨的問題和整改建議。 　　縣委、縣作出了科學決策，明確要求：1、淘汰工藝落后、高耗能、高污染的倒焰窯，全面推廣小型隧道窯，所有倒焰窯從2007年10月1日起20天內全部予以拆除；2、全面推廣清潔生產工藝，用氣（液化氣、天然氣）、電等清潔燃料代替高耗能、高污染的燃煤；3、砂輪生產企業建設70米以上的大型隧道窯；油石的煤燒明焰隧道窯達到35米以上，并于2007年11月1日前完成改造；樹脂磨具的隧道窯達到25米以上；4、清理整頓無證生產行為，關停所有無證小企業。嚴厲打擊摻雜使假、以假充真、以次充好等違法行為，建立良好的市場經營秩序。　　10月1日起，隨著332座倒焰窯的全部拆除，莒南磨料磨具產業進入了全新的發展時期：重新整合成立的30多家砂輪生產企業已申請建設大型燃氣節能環保隧道窯，其中20家已開工建設，有7家已建設完工并相繼投入生產。據已投產的企業初步統計，采用隧道窯新工藝后，由于利用逆流原理工作，熱能利用率高，熱量的保持和余熱的利用良好，較倒焰窯能耗降低了30-40%。因為受熱均勻，產品質量合格率由倒焰窯的60%提升到98%以上。同時，產品燒成時間減短，從倒焰窯由裝窯到出空需要10多天，變成24小時流水作業不間斷地出產成品，使產量大幅上升。能源的有效利用和產品質量的大幅度提升，的提高了勞動生產率。雖然生產企業由276家降低到40家，但產量卻能增加2.5到3倍，達到45萬噸。由于新建的隧道窯全部采用氣、電等清潔燃料，也有效削減了大氣污染物的排放量。　　莒南縣磨料磨具產業的成功整治，標志著臨沂市質監部門開展的區域性產品質量整治工作取得了又一個豐碩的成果，是全市區域整治取得的又一令人振奮的成績。石材石材

聚晶金剛石研磨工藝及機理研究
聚晶金剛石(PCD)具有接近天然金剛石的硬度、耐磨性以及與硬質合金相當的抗沖擊性，是一種被廣泛應用于有色金屬和非金屬材料精密加工的新型刀具材料。為充分發揮PCD刀具的優良性能，提高加工零件的表面質量，刀具前刀面(PCD表面)需加工成鏡面。目前，PCD鏡面通常采用樹脂基金剛石砂輪進行研磨加工，但由于PCD與所用的金剛石磨料硬度、性質相近，因而與傳統的研磨加工有著很大的不同，其研磨機理、研磨工藝具有自身的變化規律。本文對PcD研磨工藝進行了較系統的研究，并對其研磨機理進行了較深入的分析。 　　1試驗條件　　試驗在BDJP-902聚晶金剛石研磨機上進行；金剛石砂輪的類型、規格、尺寸為6A2250×36×50×5120B100，砂輪速度為18.3m/s、；試件為美國GE公司生產的三角形1600PCD90T5/1.6標準刀坯。為提高試驗精度，減小試驗誤差，在一個夾頭上同時研磨3個尺寸相同的PCD刀坯，用光較儀測量每片刀坯的去除厚度，取其平均值作為去除量。用干涉儀觀察、測量PCD研磨表面形態及粗糙度Rz值，采用JSM-5600LV掃描儀觀察PCD研磨表面微觀形貌。　　2試驗結果　　1)冷卻液對去除率及表面粗糙度的影響　　PCD干研磨(研磨前砂輪修整10秒鐘，冷卻液未加在研磨區)和濕研磨(研磨前砂輪修整10秒鐘，冷卻液加在研磨區)兩種條件下材料去除量隨研磨時間的變化情況。試驗時作用在試件夾頭上的法向載荷為20N。　　PCD材料去除量與研磨時間的關系　　干研磨材料去除率Q干與濕研磨材料去除率Q濕的關系為：研磨初期Q干=2.54Q濕；中期Q干=1.6Q濕；穩態期Q干=1.68µm/min，Q濕≈O。用干涉儀觀察、測量PCD表面形態及粗糙度：濕研磨時PCD表面上存在許多深凹坑，研磨130分鐘后其表面干涉條紋仍呈斷續狀態，即Rz>0.3µm，達不到鏡面要求；干研磨時表面粗糙度Rz隨研磨時間的延長而降低，其關系曲線如圖2所示。由圖2可知，研磨20分鐘時，PCD表面達鏡面(Rz≯0.05µm),且再延長研磨時間表面粗糙度基本無變化，但根據表面形態觀察結果可知，其平面度有所提高。因此，PCD鏡面加工應采用干研磨工藝，在試驗條件下，研磨20～30分鐘其表面可達鏡面；若對研磨表面的平面度要求較高，可適當延長研磨時間。　　2)法向載荷對去除率的影響　　PCD干研磨時作用在試件夾頭上的法向載荷F與材料去除率Q的關系。由圖3可知，材料去除率Q隨著法向載荷F的增大而增加，且存在一個折點A(F=15N)，當≤15N時，其去除率Q以較小的幅度隨著F的增大而增加，當F>15N時，其去除率O隨著F的增大而大幅度增加。　　3結果分析及機理探討　　為了弄清產生上述試驗結果的原因，需對PCD材料去除機理進行探討。　　1)濕研磨去除機理　　濕研磨表面雖也凹凸不平，但與未研磨表面凹凸狀態完全不同，明顯存在大量的剝落坑。這種現象說明PCD表面發生了脆性去除。筆者認為其脆性去除方式是動載脆性去除(即疲勞脆性去除)而不是靜載脆性去除。這是因為研磨狀態下法向載荷F較小(20N)，作用在PDD表面上的應力大大低于靜載荷下產生裂紋的極限應力值，因此基本不會發生靜載脆性去除。但英國學者coopr曾通過試驗指出：金剛石在沖擊載荷的循環作用下，產生裂紋的應力值大大低于所需的靜應力。而研磨過程中PCD片承受的是交變沖擊載荷，因此將會產生疲勞脆性去除。濕研磨時PCD材料的脆性去除方式正是這種疲勞脆性去除。在圖5中同時還可觀察到局部平滑區，這是PCD局部發生熱化學去除的結果。因濕研磨時雖然冷卻液加在研磨區內，PCD表面與砂輪間產生的摩擦熱大部分被冷卻液帶走，研磨區平均溫度較低，但仍會產生局部高溫接觸點，使此處PCD材料產生氧化、石墨化的熱化學去除。由此可見，PCD材料濕研磨時，其去除機理以疲勞脆性去除為主，同時存在局部的熱化學去除。　　2)干研磨去除機理　　其表面呈平滑形貌，基本無剝落坑，說明干研磨時PCD材料基本不發生疲勞脆性去除。干研磨時PCD材料去除機理應以熱化學去除為主。這是因為干研磨時冷卻液未加在研磨區，PCD材料表面與砂輪中金剛石磨粒間產生的摩擦熱只能通過PCD片和砂輪擴散出去，所以研磨區平均溫度較高。另外，在高溫非高壓條件下，石墨或無定形碳是熱力學上碳的穩定結構，金剛石的硬度隨著溫度的升高(T>350℃)而降低，且研磨是在空氣氛圍下進行，PCD材料表面將會發生氧化、石墨化，同時表面還會產生一定的硬度軟化層。同時砂輪中金剛石磨粒也將發生氧化、石墨化，產生硬度軟化層，但程度較輕，且磨粒硬度PCD軟化層硬度。因為干研磨時冷卻液加在砂輪非工作層的基體上，砂輪中金剛石磨粒初始溫度較低，因此磨粒工作溫度比PCD片低；另外，磨粒瞬時通過研磨區，其保溫時間比PCD片短，有研究表明：溫度不變，金剛石燒失率隨著保溫時間呈線性增加；而且PCD材料中殘存觸媒鉆等，在高溫非高壓條件下又進一步促使其產生氧化、石墨化和硬度軟化。所以，干研磨時PCD材料的熱化學去除包括PCD表面氧化、石墨化去除以及因磨粒硬度PCD軟化層硬度而產生一定的機械去除，由于產生機械去除的原因是熱作用的結果，所以在此稱為機械熱去除。　　綜上所述，由于干、濕研磨時PCD材料去除機理不同，從而導致干、濕研磨時材料去除率明顯不同，即Q干＞Q濕。濕研磨時材料去除機理以疲勞脆性去除為主，而干研磨時材料去除機理以熱化學去除為主，基本不發生疲勞脆性去除，所以濕研磨不能使PCD表面達到鏡面，而干研磨當砂輪磨損到一定程度時將會使PCD表面達到鏡面。干研磨時，隨著法向載荷F的增大，研磨區溫度將升高，PCD材料更易產生熱化學去除，所以其去除率口隨著法向載荷F的增大而增加(見圖3)。由耶格爾的觀點可知：溫升與載荷F成正比。因此，材料去除率Q應與F基本成正比，但圖3中卻存在折點A(F=15N)，這與耶格爾的觀點并不矛盾，只是以折點A為分界點，PCD材料的熱化學去除方式發生變化而已。當F≤15N時，由于法向載荷F較小，研磨區平均溫度T＜750℃，因此其熱化學去除將以機械熱去除方式為主，以局部氧化、石墨化去除方式為輔；當F＞15N時，研磨區平均溫度T＞750℃，其熱化學去除將同時以PCD表面氧化、石墨化及機械熱去除方式進行，因此材料去除率遠大于F≤15N時的去除率。　　從上述分析可知：只有干研磨才能使PCD表面達到鏡面，而PCD干研磨時材料的去除機理是熱化學去除，因此可以嘗試采用價格低廉、熔點較高的非金剛石磨粒的砂輪進行研磨加工，以降低PCD刀具的加工成本；干研磨時，高材料去除率必然帶來研磨后PCD表面硬度軟化加劇，這將在一定程度上影響PCD刀具的使用壽命，因此PCD表面的鏡面加工應采用逐漸減載的干研磨工藝，既可保持較高的研磨效率，又可降低研磨后表面硬度的軟化程度。石材

科學家設計出超硬新材料
圖注：加州大學洛杉磯分校科學家制造出“超硬材料”二硼化錸。圖中展示的是二硼化錸的粉未形態。這些粉未是通過加熱熔爐中的元素煉制而成，其程序與電弧熔化煉丹法類似。　　據報道，超硬材料的用途非常廣泛，無論是鉆探石油和修公路用的鉆頭，還是精密儀器和手表表面的抗摩涂層，都需要使用超硬材料。加州大學洛杉磯分校科學家開發出一種制造超硬材料的新方法，他們制造的超硬材料具有的耐摩性和抗裂性。他們的發現已經刊登在4月20日出版的《科學雜志》上。　　這項研究的合著者查德·B·凱恩是加州大學洛杉磯分校無機化學、材料科學和工程學教授。他認為，金剛石之所以是世界上硬的材料，是因為金剛石的碳原子間具有極短的共價鍵。實事上，世界上所用的大多數金剛石都是人工合成的，而且價格非常昂貴。金剛石粉未可用于制造石油鉆頭、筑路機和挖山洞用的挖穴機。然而，金剛石不能用于切割鋼鐵，因為切割鋼鐵將毀壞金剛石刀片。凱恩說，立方結構的氮化硼是金剛石的替代品，可以用來用來切割鋼鐵，但它是在非常高的溫度和壓力條件上合成的，其價格比金剛石還要昂貴。　　超硬材料具有“超級不可壓縮性”，意思是它們具有抵抗外形變化的抗性，這正是產生硬度的必要條件。制造超硬材料的方法有兩種：一種是通過使用碳元素并將其與硼或氮合成在一起來仿制金剛石，從而保持較短的共價鍵；另一種是尋找具有“不可壓縮性”的金屬并設法使其堅硬。凱恩和他的同事正在發展第二種方法。凱恩說：“我們的設想是合成一種‘不可壓縮的’金屬，這種金屬碰巧是低硬度的，但它具有可以使其變硬的短共價鍵。”凱恩是加州大學洛杉磯分校加州納米系統研究院成員，該研究院鼓勵通過跨學科合作來解決納米科學和納米技術領域的相關問題。　　鋨是一種相對柔軟的金屬元素，是目前所知道的具“不可壓縮性”的金屬，2005年，凱恩的研究團隊把鋨元素與短共價鍵原子合成在一起，制造出一種幾乎與金剛石同樣“不可壓縮的”材料。它是如此堅硬，甚至可以在硬度達9級的藍寶石上劃出痕跡（硬度的劃分級別為1－10級）。“我們發現，如果我們把硼和鋨結合在一起，我們只能使鋨金屬中鋨原子的分隔距離擴大10%，這已經非常不錯了；如果你想盡可能地縮小原子之間的分隔距離，就需要尋找更好的過渡金屬。”凱恩說：“于是我們仔細搜索了所有過渡金屬以確認是否有比鋨更好的過渡金屬，從而使膨脹系數少于10%。我們發現只有錸具有這種潛力，因此，我們制造出二硼化錸。”　　錸是一種高密度、低硬度的金屬，它在元素周期表中剛好排在鋨元素的后面。“我們合成出了短共價鍵，我們只能使錸金屬中錸原子的分隔距離擴大5%，從而使其既具有‘不可壓縮性’又非常堅硬。錸金屬中的錸原子之間的距離僅膨脹了5%——這是這篇科學論文的關鍵。在某個方向上，二硼化錸的‘不可壓縮性’與金剛石相同，在另一個方向上，二硼化錸的‘可壓縮性’僅比金剛石稍高。”在低作用力下，二硼化錸的硬度與立方結構的氮化硼相等，而氮化硼是第二硬的材料。在更高的作用力下，二硼化錸的硬度僅比氮化硼稍低。凱恩稱：“我們的材料非常堅硬，足以劃破金剛石，比二硼化鋨要硬得多。”　　而且其它超硬材料，包括金剛石和立方結構的氮化硼都是在昂貴的高壓條件下制造出來的。凱恩說，“我們的材料只需要通過一種簡單的程序就可以制造出來，不需要使用壓力。”在談到合作時，凱恩說，“我之所以來到加州大學洛杉磯分校，之所以喜歡這個地方，是因為無論你做什么，比如，以我個人來說，無論你何時想要制造一種新材料，你經常需要你自己不具有的設備和技能。而加州大學洛杉磯分校擁有材料制造領域的和相應的設備，每次我有疑問時，所有人都樂于幫助我進行實驗并積極地與我合作。”凱恩認為，盡管新超硬材料有的潛力，但它們還不可能在短時間內取代金剛石。石材