陶瓷的加工方法

1条回答耐磨、耐高温和耐腐蚀等特性,而被日益广泛地应用于电子、机械、冶金、化工及航空航天等领域中。但由于工程陶瓷具有很高的硬度和较大的脆性,给其成形加工带了很大的困难。机械磨削是目前最常用的工程陶瓷加工方法,该加工方法需用昂贵的金刚石砂轮和高刚度的磨床,加工成本高、效率低,且磨削时砂轮和工件之间存在强烈的作用力,易使工件表面产生微裂纹而降低零件的使用寿命。为此,人们开展了绝缘工程陶瓷的激光加工、超声加工、电火花加工、等离子弧加工、磁力研磨,以及相关的相复合加工等技术,并取得了较大的研究进展【4】。1、激光加工工程陶瓷目前国内外学者对陶瓷材料激光加工技术的研究主要集中在打孔、切割、划线和型腔加工等方面。洪蕾等人用自行研制的机械斩光盘调QCO2，冲激光器对Si3N4陶瓷切割试验表明,在高峰值能量(≥15kW)、短脉冲宽度(1μs)、高脉冲频率(20kHz)和适当的平均功率(300W)条件下,采用高速(220mm/s)多次重复走刀切割工艺,可以得到无裂纹的精细切口。陈可心等人采用0.25MPa氧气作辅助气体,用800W的连续波CO2激光在厚度13.5mm的氮化硅陶瓷上加工出了直径0.72mm的无损伤深孔,深径比达18.75TsaiChwan2Huei等人提出了基于裂纹加工单元的激光铣削方法,他们采用CO2和Nd:YAG激光器对Al2O3陶瓷进行了基于裂纹加工单元的激光铣削加工,并在Al2O3陶瓷零件上加工出了形状较复杂的型腔。研究结果表明,采用该方法进行激光铣削所需要的功率比通常的方法低。HenryMatt等人对TBC陶瓷、聚晶金刚石、硬质合金和不锈钢等材料的激光铣削工艺进行了试验研究。为把激光加工技术更好地应用于陶瓷加工中,人们还探讨了激光预热辅助切削或磨削等方法,其目的是增强陶瓷被加工部位的韧性,以达到降低切削或磨削力、提高加工效率和质量等目的。I.D.Marinescu等人对Al2O3、Ferrite、ZrO2和Si3N44种材料进行了激光预热磨削试验,发现激光预热磨削不仅能减少磨削过程中温度的影响作用,而且还能降低陶瓷的硬度,增大去除量而不引起磨削裂纹。美国Purduce大学的C.J.Rozzi等人对激光辅助切削工程陶瓷技术进行了研究,建立了激光辅助切削ZrO2、Si3N4等陶瓷瞬时三维温度场传递的物理、数学模型,并总结出了相应的加工规律。2、超声加工工程陶瓷与电火花加工、电解加工、激光加工等特种加工技术相比,超声加工既不依赖于材料的导电性,又没有热物理作用,加工后工件表面无组织改变、残余应力及烧伤等现象等发生;加工过程中宏观作用力小,适合于加工不导电工程陶瓷。T.B.THOE等人对超声加工Al2O3、ZrO2、SiC等陶瓷的工艺规律和加工机理进行了研究,给出了的研究结果,并用超声加工技术在Si3N4陶瓷上加工出了航空航天用的涡轮叶片。研究资料表明，采用超声磨削工程陶瓷时,当磨削深度小于某临界值时,工程陶瓷的去除机理与金属磨削相似,工件材料在磨刃的作用下通过塑性流动形成切屑,避免了较深变质层的形成,塑性磨削可以获得Ra0.01μm的表面质量。超声磨削工程陶瓷的优点是加工效率比普通磨削高一倍以上,可采用较大的磨削用量,能有效防止砂轮堵塞,减少砂轮的修整时间。3、电火花加工工程陶瓷在用电火花工艺加工工程陶瓷方面,日本长冈技术科学大学福泽康与丰田工业大学毛利尚武的研究成果最具有代表性,他们提出了用辅助电极的方法加工绝缘陶瓷材料。该方法是利用放置在陶瓷表面的金属辅助电极被击穿放电时的熔化和碳化等作用,来形成绝缘陶瓷表面的导电层以进行电火花加工的。此后,他们又探讨了采用物理蒸汽沉积TiN来形成绝缘陶瓷表面导电层的电火花加工方法,以及用廉价的石墨胶体溶液涂敷在工件表面,经过烘干等工序形成辅助电极的方法。ApiwatMuttamara等人用普通电火花成形机和辅助电极电火花加工系统相结合,以直径45μm铜钨电极在0.3mm厚的Si3N4陶瓷工件上成功地加工出了直径55μm的微孔。4、电解电火花复合加工绝缘工程陶瓷电解电火花复合加工时,工具电极和辅助电极分别接电源的负、正极,工作液为电解液,由电解液的导电作用和电化学反应来形成火花放电的条件,达到放电蚀除加工的目的。刘永红等人提出了绝缘陶瓷材料的充气电解电火花复合加工方法,研究结果表明该加工方法具有生产率高和能耗小等优点。B.Bhattacharyya等人使用NaOH溶液作电解液对高纯Al2O3的加工试验发现,加工电压越高材料去除速度越高,但微裂纹和其他缺陷也相应增加;电解液浓度越高材料去除率越高,但过切现象也越严重。试验显示能够同时获得较高材料去除率和尺寸精度的加工参数为:加工电压80V左右,电解液是NaOH质量分数为40%的溶液。另外,工具电极的尖端形状也是影响电解电火花复合加工的一个重要因素,端部为锥形尖端形状的电极要比端部为圆柱形的加工效果好。5、等离子弧切割等离子弧切割可加工所有导电材料,生产成本低、切割速度快、生产率高。对于非金属可以采用非转移型等离子弧进行切割,非转移型等离子弧在切割时阳极斑点在喷嘴上,大量热能经水冷散失,因此能量利用率低。由于受弧柱形态及温度场分布限制,该加工技术很难胜任较大厚度工件的切割。大连理工大学进行了绝缘陶瓷材料附加阳极等离子弧切割技术的研究工作,其基本原理是在被加工陶瓷件下方设置一个附加电极,利用阴极与附加电极之间产生的等离子弧进行切割加工。他们用该方法对6mm厚的Al2O3陶瓷板进行了切割试验,得到了上口宽5.0mm,下口宽4.7mm,切口角2.9°的光滑切口。