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一文了解工程陶瓷的加工技术


来源:中国粉体网   初末

[导读]  一文了解工程陶瓷的加工技术。

中国粉体网讯  工程陶瓷具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、抗腐蚀、绝热性好等优异性能,在能源、机械电子、航空航天、计算机、生物工程等领域日益显现出广阔的应用前景。但是工程陶瓷一般具有抗剪切应力很高而抗拉伸力极低、弹性模量大、脆性大等特性,使其加工成本高、效率低、加工质量不理想。


陶瓷材料的加工可根据材料的种类、工件的形状、要求加工精度、表面粗糙度、加工效率和加工成本等因素选择不同的加工方法。


工程陶瓷的传统加工


车削加工

车削加工主要是用金刚石刀具切削高硬度、高耐磨性的工程陶瓷。多晶金刚石刀具难以产生光滑的切削刃,一般只用于粗加工;对陶瓷材料进行精车时,使用天然单晶金刚石刀具,切削时采用微切削方式。由于工程陶瓷材料硬度和脆性非常大,车削难以保证其精度要求,加工效率低。


切削加工

切削加工是利用金刚石、立方氮化硼硬质合金钢等超硬刀具等对陶瓷材料进行平面加工,通常采用湿法切削,即不间断向刀具喷射切削液。由于加工过程材料表面受到机械应力作用,容易在材料表面产生凹坑、崩口及表下层微裂纹。


磨削加工

磨削加工是目前已有加工方法中应用最多的一种。磨削加工所用砂轮一般选用金刚石砂轮。金刚石砂轮磨削去除材料是由于磨粒切入工件时,磨粒切削刃前方的材料受到挤压,当压力值超过陶瓷材料承受极限时被压溃形成碎屑。另一方面磨粒切入工件时,由于压应力和摩擦热的作用,磨粒下方的材料会产生局部塑性流动,形成变形层。当磨粒划过后,由于应力的消失,引起变形层从工件上脱离形成切屑。在材料去除的整个过程中,前刀面压溃去除是主要的。在磨削加工中切屑不易排除,加工效率低,砂轮磨损严重,加工成本高。


陶瓷材料的钻孔

陶瓷发动机、航天航空、化工机械等工程领域,通常需要对材料进行孔洞等钻削加工。目前机械钻削方法只能加工数毫米的陶瓷孔洞。微小孔洞的加工需要超声、激光、放电加工以及机械加工等加工技术的复合加工。


工程陶瓷的特种加工


激光加工

激光加工是利用高能量密度的均匀激光束作为热源,在加工陶瓷材料表面局部点产生瞬时高温,局部点熔融或汽化而去除材料。激光加工是一种无接触、无摩擦式加工技术。加工过程中不需模具,通过控制激光束在陶瓷材料表面的聚焦位置,实现三维复杂形状材料的加工。


电火花加工

电火花加工又称作电蚀加工或放电加工,是利用工具电极和工件电极间脉冲放电时产生的电蚀现象对材料进行加工的一种无接触式精细热加工技术。其原理是首先将形模(刻丝)和加工元件分别作为电路的阴、阳极,液态绝缘电介质将两极分开,通过悬浮于电解质中的高能等离子体的刻蚀作用,表层材料发生熔化、蒸发或热剥离而达到加工材料的目的。由于加工过程模具未与工件直接接触,故无机械应力作用于材料表面,理论上能加工任何高硬度、高致密的物质。


超声波加工

超声波(振动频率超过16000次的振动波)加工是利用产生超声振动的工具(模具),带动工具和陶瓷元件间的磨料和悬浮液,冲击和抛售元件进行加工。随着工具在三维方向上的进给,工具端部的形状被逐步复制在陶瓷元件上。常用的磨料是碳化硼、碳化硅和氧化铝等。一般选用的工作液为水,为提高表面材料的加工质量,也可用煤油或机油作液体介质。


微波加工

微波是一种频率范围300MHz~3000GHz的电磁波,微波电磁能量能穿透介质材料,传送到有耗物质的内部,并与物体的原子、分子互相碰撞、摩擦,从而使物体发热,熔融甚至汽化。由于微波加热具有内外同热、热应力小、效率高、加热速度快、成本低、具有选择性等特点,因此被广泛地应用于陶瓷烧结与焊接、化学合成与消解、刻蚀镀膜、手术杀菌、材料改性等方面。


参考资料:

黄宇婷.工程陶瓷加工技术的应用与发展研究

王瑞刚.可加工陶瓷及工程陶瓷加工技术现状及发展

罗志海.工程陶瓷加工技术的现状与发展


(中国粉体网编辑整理/初末)

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