针对当前陶瓷结合剂金刚石砂轮的发展现状及存在的问题，论文制备了金刚石砂轮用高性能陶瓷结合剂，探讨了陶瓷结合剂配方对结合剂性能的影响；原创性地以TiO₂溶胶为涂膜介质，采用溶胶-凝胶工艺在金刚石磨料表面涂覆一层致密的TiO₂薄膜，实现了金刚石磨料表面的无机薄膜改性；制备出陶瓷结合剂金刚石砂轮样品，优化了陶瓷结合剂金刚石砂轮的配方和制备工艺；将陶瓷结合剂金刚石砂轮应用于单晶硅材料的外圆磨削，研究了磨削参数对砂轮磨削性能的影响。论文首先从陶瓷结合剂的制备出发，系统探讨了R2O-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃系陶瓷结合剂体系中，碱金属种类和含量对结合剂耐火度、抗弯强度、膨胀系数、耐水性和熔融结合剂对金刚石润湿性等性能的影响。首次通过实验证实了双碱效应对陶瓷结合剂性能会产生较大影响，阐述了双碱效应对结合剂产生影响的机理。在结合剂中引入高价氧化物ZrO₂，探讨了结合剂中ZrO₂含量对结合剂性能产生影响的机理为：当ZrO₂含量﹤2mol%时，Zr⁴⁺进入玻璃网络结构，起到补网和集聚作用，此时随着ZrO₂含量增加结合剂的耐火度、抗弯强度、耐水性提高，膨胀系数降低，同时，由于Zr⁴⁺在金刚石表面的富集，结合剂与金刚石的接触角降低。当ZrO₂含量﹥2mol%时，部分ZrO₂以颗粒的形式存在于结合剂中，起形核剂的作用，促进结合剂中锂辉石晶体的析出。从提高金刚石磨料与陶瓷结合剂的界面结合强度考虑，原创性地采用溶胶-凝胶工艺在金刚石磨料表面涂覆致密的TiO₂薄膜，首次讨论了TiO₂溶胶在金刚石磨料表面的成膜机理，薄膜与金刚石基体的界面结构和成键情况，以及涂膜后金刚石磨料性能的变化机理。实验结果表明，金刚石表面的TiO₂薄膜可大幅度提高金刚石磨料的抗氧化性能。未涂膜金刚石在空气中的起始氧化温度为687℃，涂膜3次经600℃热处理的金刚石磨料在空气中的起始氧化温度为762℃。在与结合剂的烧结过程中，金刚石磨料表面的TiO₂薄膜通过扩散缓慢溶解于结合剂中，在结合剂与金刚石磨料间形成过渡层，提高了结合剂对金刚石磨料的把持力。用传统的压制烧结法制备出陶瓷结合剂金刚石砂轮，系统研究了磨料表面TiO₂涂膜、金刚石粒度、结合剂含量、烧成制度、造孔剂的种类和加入量对陶瓷结合剂金刚石砂轮性能的影响。研究结果表明：磨料粒度对金刚石砂轮的物理性能有明显影响，当结合剂含量恒定为24wt%时，对于未涂膜金刚石磨料砂轮，金刚石粒度为140/170#时，砂轮的抗弯强度和硬度达到极大值：分别为77.2MPa和HRB102.8，当金刚石粒度为120/140#时，砂轮对于单晶硅的磨耗比达981.6；对于表面涂覆TiO₂薄膜的金刚石磨料砂轮，随着金刚石磨料粒径的减小，其抗弯强度和硬度上升，当磨料粒度为100/120#时，砂轮对于单晶硅的磨耗比高达1728.1。结合剂含量对金刚石砂轮的性能也有一定的影响：当金刚石粒度为140/170#时，对于未涂膜磨料金刚石砂轮，结合剂含量为26wt%时，其抗弯强度、硬度、磨耗比达最大值：分别为80.1MPa、HRB105.4和902。对于涂膜磨料金刚石砂轮，随着结合剂含量的增加，金刚石砂轮的强度和硬度上升，磨削效率下降。当结合剂含量为24wt%时，砂轮的磨耗比达到最大值1421，加工后单晶硅表面粗糙度Ra值最小，为0.32。陶瓷结合剂金刚石砂轮随着砂轮中成孔剂的增加，砂轮的抗弯强度和硬度下降，磨削效率和加工后单晶硅的表面粗糙度Ra值上升。在相同加入量的条件下，加入精萘的砂轮磨削后的单晶硅表面粗糙度Ra数值更低。将制备的陶瓷结合剂砂轮应用于单晶硅外圆磨削，其磨耗比接近金属结合剂金刚石砂轮，加工后的单晶硅棒表面在不需要HF进行腐蚀的情况下就可以达到表面粗糙度要求。同时磨削参数对陶瓷结合剂金刚石砂轮的磨削性能有明显影响：在恒定进刀量条件下，陶瓷结合剂金刚石砂轮的工作速度越高，砂轮磨削所产生的切向磨削力越小，砂轮相对单晶硅材料的磨耗比上升，单晶硅表面粗糙度Ra值下降。在恒定工作速度条件下，随着进刀量的增加，未涂膜磨料砂轮的磨耗比下降，表面粗糙度Ra值波动不大，砂轮的脱粒方式始终为整颗脱粒为主；涂膜磨料砂轮的脱粒方式随着进刀量增加，由破碎脱粒转变为整颗脱粒，砂轮磨耗比下降，表面粗糙度Ra值上升。修整周期对砂轮的磨削性能也有一定影响，修整周期越短砂轮越锋利，主轴电机输出功率越小，但砂轮的磨耗比也降低。