近年来,强磁场已广泛的应用到材料制备领域,并在研究中发挥着越来越大的作用。本论文在国家自然科学基金项目(NO.51275084)的资助下,针对陶瓷结合剂CBN砂轮,磨粒取向随机和砂条强度低的问题,开展了强磁场条件下的陶瓷结合剂CBN砂轮制备的研究,并在此基础上对其磨削性能进行了详细的研究。利用磁场控制CBN磨粒的取向,改善陶瓷结合剂CBN砂轮结构;另一方面,开展了强磁场下陶瓷结合剂以及陶瓷镀镍CBN材料的研究,以探索利用强磁场改善陶瓷结合剂CBN砂轮的综合性能。本文从陶瓷结合剂的配方着手,研究了碱金属氧化物,过渡金属氧化物对陶瓷结合剂性能的影响,并在此基础上研究了强磁场对陶瓷结合剂的作用。以优化磨粒取向为目标,以镀镍CBN磨粒替代普通CBN磨粒,分析了磁场对CBN磨粒的作用,并在强磁场烧结环境下完成了陶瓷结合剂CBN砂轮的制备,同时针对强磁场陶瓷结合剂CBN砂轮的结构特点,在理论分析的基础上,采用建模仿真与试验相结合的方法,对强磁场陶瓷结合剂CBN砂轮的磨削特性进行了较为系统的研究。总结全文,本文的研究工作与取得的成果概括如下:(1)碱金属氧化物添加到陶瓷结合剂中,可以在一定程度上提高陶瓷结合剂的强度,随着碱金属氧化物添加量的增多,陶瓷结合剂的强度反而降低,当碱金属氧化物的摩尔含量与Al2O3和B2O3两者和的摩尔量相当时,结合剂的强度最高。Li2O,Na2O对陶瓷结合剂性能的改善要优于K2O。添加ZrO2能够改善结合剂的综合性能,对提高结合剂的强度,改善结合剂的微观结构以及抑制磨粒与结合剂之间微裂纹的产生都是有利的,但是ZrO2量需要控制好,保持在8wt.%左右,对结合剂以及CBN材料的作用效果较好。(2)强磁场对普通CBN磨粒及镀钛CBN磨粒的影响甚微,而对镀镍CBN磨粒的影响非常显著,在适当磁场强度的作用下就能使镀镍CBN实现偏转,且镀镍CBN磨粒的长轴方向与磁场方向相一致。在交变磁场的作用下,镀镍CBN磨粒可以在陶瓷结合剂粉末中实现偏转和移动,通过调节振动控制器的强度,可以使镀镍CBN磨粒在砂条成型型腔内取向一致,利用此方法能够制备出取向优良的陶瓷结合剂CBN砂条。(3)强磁场能够改变陶瓷结合剂气孔分布取向,在一定程度上会降低陶瓷结合剂及陶瓷CBN材料的强度,但对陶瓷结合剂晶粒的取向和晶粒的细化都有积极的作用。强磁场对镀镍CBN磨粒有明显的作用,能够促进镍的迁移,提高陶瓷结合剂与镀镍层的结合强度,在烧结陶瓷镀镍CBN材料时,适当的提高磁感应强度有利于改善陶瓷镀镍CBN材料的强度,如果磁感应强度过高反而会降低陶瓷镀镍CBN材料的强度。(4)从强磁场陶瓷结合剂CBN砂轮磨粒取向的特点出发,以未变形切屑为基础,建立了磨削刃角锋利的磨削力模型,结合磨粒分布的随机性,进一步构建了统计磨削力模型,实现了对动态磨削力的预测。从磨削热源着手,建立了基于有限差分法的温度场模型,通过测定磨削力,计算磨削热,进而实现了对磨削温度场的计算;同时借助反算法,得到了陶瓷结合剂CBN砂轮磨削钛合金TC4的能量系数,在干磨削的条件下能量分配系数约为5%。(5)从分析磨粒形状尺寸入手,结合对砂轮表面的形貌分析,建立了砂轮表面的数字化模型,而后结合磨削几何学原理仿真得到了磨削表面的形貌,并详细分析了磨削加工参数对磨削表面形貌的影响。从磨削实际工况出发,建立了考虑振动情况的磨削表面模型,并结合磨削试验,研究了磨削加工参数对磨削表面形貌的影响。(6)开展了强磁场陶瓷结合剂CBN砂轮磨削钛合金TC4和氧化铝陶瓷的试验研究,并与普通陶瓷CBN砂轮的试验结果进行对比,证实了研制的强磁场陶瓷结合剂CBN砂轮磨削性能比较优越。