哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
摘要
无结合剂碳化钨材料具有高硬度、高耐磨性及较大的断裂韧性，且表面光滑、
能研磨成无气孔的光学镜面、不和玻璃发生化学反应，而成为精密玻璃模压技术中
的理想模具材料。本文以碳化钨材料作为研究对象，利用等离子体非接触式化学去
除加工方法具有速度快效率高等优势，以及小磨头抛光硬脆材料时具有的较为突
出的表面匀滑能力，故选用电感耦合大气等离子体加工技术与聚氨酯小磨头抛光
手段相组合的加工方法，立足于基础的等离子体加工技术和抛光工艺，以提高碳化
钨材料的表面质量为目标，开展碳化钨材料组合加工工艺的相关研究，结合相应的
基础理论和工艺试验，为碳化钨模具材料的修形技术及抛光工艺提供支持。
首先，基于电感耦合大气等离子体加工碳化钨的化学反应原理，利用SEM观
测等离子体加工前后的碳化钨表面形貌，简要分析了等离子体加工碳化钨的表面
作用机理。以等离子体基础加工工艺为出发点，针对加工过程中的温度变化，对多
种材料进行了对比试验，确定了等离子体加工不同材料前的预热时间。根据功率、
气体流量以及加工间距等影响因素，设计并完成了多参数组合的对比试验，选取了
等离子体加工工艺的最优参数，为后续迭代加工试验提供了等离子体工艺支撑。
其次，依托Preston方程，根据压力分布仿真模型，建立了去除函数并根据其
不同步距的叠加去除效果确定了和小磨头口径适合的最佳步距。利用EDS能谱分
析方法分析了抛光前后抛光液的成分变化，并分析了抛光前后碳化钨表面的SEM
检测结果，验证了聚氨酯小磨头对碳化钨材料表面抛光的可行性。通过全口径抛光
预试验确定了下压力的选取范围，设计并完成了基于抛光主轴转速、抛光液粒度、
输出下压力和口径的正交试验，选取了抛光工艺的最优参数，为后续迭代加工试验
提供了抛光工艺支撑。
最后，针对碳化钨模具材料的加工需求，采用不同抛光轨迹对子口径的匀滑效
果进行了对比分析，试验结果表明改进圆光栅轨迹具有更优异的匀滑效果。采用上
述研究结果选取的工艺参数组合，基于电感耦合大气等离子体与小磨头抛光的组
合加工方法完成了碳化钨材料的三轮迭代加工试验，得到了面形精度亚微米级、表
面粗糙度纳米级的碳化钨平面。
关键词：碳化钨；大气等离子体加工；聚氨酯抛光；组合加工
I
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
Abstract
Binder-freetungstencarbidematerialshavehighhardness,wearresistance,and
relativelylargefracturetoughness.Theirsurfaceissmooth,canbegroundintoanoptical
mirrorsurfacewithoutpores,anddoesnotreactchemicallywithglass.Asaresult,they
havebecomeidealmoldmaterialsforprecisionglassmoldingtechnology.Thisstudy
focusesontungstencarbidematerials,utilizingtheadvantagesofplasmanon-contact
chemicalremovalprocessingmethod,whicharefastandefficient,aswellasthe
outstandingsurfaceuniformityabilityofsmallabrasivepolishingofhardandbrittle
materials.Therefore,anapproachcombininginductivelycoupledatmosphericplasma
processingtechnologywithpolyur