陶瓷结合铁磁磨粒抛光石英玻璃的性能与机理研究：高效精密加工新路径

为提升石英玻璃工件的抛光效率与表面质量，研究人员采用密封烧结法制备陶瓷结合铁磁磨粒（CBFA），通过不同抛光间隙（磁通密度）实验，探讨其抛光机理与性能。结果表明，2 mm间隙抛光30分钟可实现9.7 mg最大材料去除量（MR），1 mm间隙抛光60分钟获得最优表面粗糙度Ra 27.646 nm，揭示微切削主导的材料去除机制。CBFA最终以铁磁相大量脱落失效，为石英玻璃高精度低成本抛光提供新思路。

　　

石英玻璃因其优异的热稳定性、高硬度和光学透明性，广泛应用于航空航天、光学器件等领域。然而，其硬脆特性导致加工时易产生裂纹，传统抛光技术效率低且成本高。磁流变抛光（MAP）技术虽能通过磁性磨粒刷（magnetic abrasive brush）自适应复杂表面，但现有磁性磨粒（MA）制备依赖真空设备，成本高昂且寿命短。针对这一难题，中国某高校团队创新性地提出密封烧结法制备陶瓷结合铁磁磨粒（CBFA），为石英玻璃精密加工开辟低阈值、高兼容性的技术路径。

研究团队采用白刚玉（WA）为磨料相、高纯铁粉（HPIP）为铁磁相、硼硅酸盐玻璃（B₂O₃-SiO₂-ZnO）为粘结剂，通过密封剂构建的密闭环境替代真空烧结，在常规马弗炉中实现CBFA稳定制备。通过设计不同抛光间隙（1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm）实验，结合材料去除量（MR）、表面粗糙度及显微形貌分析，系统评估CBFA性能。

材料去除与表面粗糙度特性
实验显示，2.0 mm间隙抛光30分钟时MR达9.7 mg，效率最优；1.0 mm间隙抛光60分钟获得Ra 27.646 nm的最佳表面质量。显微观察发现连续密集浅划痕，证实材料去除主要通过微切削（micro-cutting）机制完成。

CBFA失效机制
X射线衍射与显微分析表明，CBFA最终因铁磁相大量脱落失效，而陶瓷粘结相仍保持完整。这一特性显著延长磨粒使用寿命，较传统树脂粘结磨粒提升30%以上。

结论与意义
该研究突破真空设备依赖，通过密封烧结法制备的CBFA兼具高抛光效率（2 mm间隙MR达6.7 mg/30 min）与超精密表面质量（Ra<30 nm）。其低阈值（仅需马弗炉）、高兼容性特点，为石英玻璃器件的大规模工业化生产提供关键技术支撑。论文发表于《Materials Today Communications》，为硬脆材料精密加工领域树立了新标杆。研究同时揭示的微切削主导机制与铁磁相脱落失效规律，为后续磁性磨粒设计提供理论依据。