特種精密陶瓷的加工工藝介紹

特種精密陶瓷按成分來區分的話主要有：氧化鋯、氧化鋁、碳化硅、氮化硼、氮化鋁、氮化硅等陶瓷，由于成分不同，加工方法上也要做相應調整。今天我們要介紹的是這些陶瓷材料的加工工藝。目前針對特種精密陶瓷的加工方法主要分為機械加工、電加工、超聲波加工、激光加工及復合加工幾大類。

1、精密陶瓷的機械加工

機械加工主要包含：CNC加工、磨削加工、研磨加工、拋光加工、車削加工等。

CNC加工

（1）CNC加工主要是利用cnc機床的精密多軸聯動能力，實現對特種陶瓷的異型件加工。彌補磨削、車削加工方式的局限性，目前cnc加工已經成為精密特種陶瓷加工工序中非常重要的一個環節。cnc機床的種類也不少，建議選擇專用的陶瓷cnc，可供參考的品牌有：鑫騰輝、北京精雕、佳鐵等。

（2）陶瓷材料的車削加工

車削加工主要是用金剛石刀具切削高硬度、高耐磨性的陶瓷材料。多晶金剛石刀具難以產生光滑的切削刃,一般只用于粗加工;對陶瓷材料精車削時,使用天然單晶金剛石刀具,切削時采用微切削方式。由于陶瓷材料硬度和脆性非常大,車削加工難以保證其精度要求,故車削加工應用不多,基本上還處于研究階段。

（3）陶瓷材料的磨削加工

陶瓷材料的磨削加工是目前已有加工方法中應用最多的一種。磨削加工所用砂輪一般選用金剛石砂輪。對金剛石砂輪磨削機理不同學者有不同的解釋，但總的來看有一點是共同的,即脆性斷裂是形成材料去除的主要原因。磨削加工中,切屑的清除是一大問題,一般采用冷卻工作液清洗。冷卻液不僅起到沖洗切屑粉末的作用,而且可以降低磨削區溫度,提高磨削質量,減少磨粒周圍粘結劑的熱分解等。磨削液一般選用清洗性能好、粘度低的磨削液。金剛石砂輪因其選用結合劑種類、磨粒濃度的不同有不同的磨削特性。金剛石顆粒大小是影響陶瓷工件表面質量的又一主要原因。顆粒愈大,所加工表面粗糙度愈大,但加工效率愈高。

（4）陶瓷材料的鉆削加工

        陶瓷材料鉆削多采用掏料鉆。掏料鉆的結構為一環形金剛石砂輪焊接到一中空的鋼管上,焊接工藝為銀焊。當鉆削陶瓷材料時,金剛石砂輪高速旋轉,利用端面的金剛石磨粒切削材料。

（5）研磨和拋光

 在工業生產的某些領域,僅靠磨削是達不到陶瓷件表面光潔度要求的,通常要采用研磨和拋光。另一方面,陶瓷材料韌性較小,脆性較大,其強度很容易受表面裂痕的影響。加工表面愈粗糙,表面裂紋愈大,愈易產生應力集中,工件強度愈低。因此,研磨不僅是為了達到一定的粗糙度和高的形狀精度,而且也是為了提高工件的強度。拋光是采用軟質拋光器和細粉磨粒以較低的壓力作用于工件的一種精加工過程。

2、陶瓷材料的電加工

        電火花加工主要是通過電極間放電產生高溫熔化和汽化蝕除材料,因此材料的可加工性主要取決于材料的熱學性質,如熔點、比熱、導熱系數等,而材料的力學性能影響較小。電火花加工適合于超硬導電材料的加工。由于大多數陶瓷材料是電的絕緣體,以往很少用電火花加工法加工。但近年來許多高性能陶瓷中都含有TiC等導電材料,使得電火花加工成為可能。

（1）加工導電性陶瓷

陶瓷中的相當一部分具有一定的導電性，因而可用電火花直接加工。常用加工方法有電火花線切割加工和電火花成型加工。以電火花線切割和成型加工為基礎，還可衍生出其它方式的加工方法，如電火花內外圍和平面磨削，刀具的刃磨，電火花銑槽，齒輪及螺紋的電火花加工等。

（2）加工非導電性陶瓷

 非導電性陶瓷不具有導電性，不能直接作為電極對另一方進行電火花加工。對此，一般采用電解液法和高電壓法來創造產生火花放電的條件，對非導電陶瓷進行加工。

電解液法實際上是電解電火花復合加工，它是目前研究得最多的方法。這種方法通常是利用電化學反應時在工具電極上產生的氣泡，形成電解液中火花放電所需的非導電相，通過氣泡放電的熱作用來蝕除工件，其中電解作用和化學作用也起了重要的影響。但電解液法氣體相形成速度慢，放電擊穿延時長，大量消耗電解能，因而加工效率低、能耗大。對此，有人提出以高速旋轉的齒電極的氣流吸附及渦流作用，或用可控充氣的技術等方法來解決。

高電壓法是在尖電極與平板電極間放入絕緣的工件，兩極加以高頻高壓脈沖電源，由于兩極間存在寄生電容，使得尖電極附近部分絕緣被破壞，發生輝光放電，從而達到加工的目的。一般使用的電壓為5000—6000V，最高為12000V，頻率為數十千赫到數十兆赫。

3、陶瓷材料的超聲波加工

 超聲波加工就是利用振動頻率超過16 000 Hz的工具頭,產生0.01~0.1?的振幅,通過懸浮液磨料對工件進行加工使其成形的一種加工方法。懸浮液磨料以極高的速度強力沖擊加工表面,在被加工表面造成很大的局部單位面積壓力,使工件局部材料發生變形,當達到其強度極限時,材料將發生破壞而變成粉末被打擊下來,這是超聲波加工工件的主要作用。其次還有懸浮液磨料在工具頭高頻振動下對工件表面的拋磨作用,以及工作液進入被加工材料裂縫處,加速機械破壞的作用。

4、陶瓷材料的激光加工

 激光加工是利用高能量密度(108~ 1010w/cm2)的均勻激光束作為熱源,在加工陶瓷材料表面局部點產生瞬時高溫,局部點熔融或汽化而去除材料。激光加工是一種無接觸、無摩擦式加工技術,加工過程中不需模具,通過控制激光束在陶瓷材料表面的聚焦位置,實現三維復雜形狀材料的加工。一般激光鉆孔和切割所需激光功率為150W~15kW。但同放電加工一樣,由于陶瓷材料熱導率低,高能束可能會在材料表面產生熱應力集中,形成微裂紋、大的碎屑、甚至材料斷裂。

5、陶瓷材料的復合加工

  復合加工通常具有較高的材料去除率和或加工質量,是當前機械加工技術發展趨勢之一。目前陶瓷復合加工的方法很多,如電解電火花復合磨削、磁力研磨拋光、超聲機械磨削、電解電火花線切割、超聲電火花復合加工和充氣電解放電復合加工等。這些復合加工方法通常能獲得較好的加工質量或較高的加工效率,因此陶瓷的復合加工是解決陶瓷材料加工問題的最有效的途徑。

 陶瓷材料具有輕質、高強、超硬、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、化學穩定性好等優良特性。但由于其同時具有高脆、斷裂韌性低、彈性模量高等特點。因此硬脆性的陶瓷材料很難進行銑、刨、磨、拋、鉆孔等加工,同時高昂的機加工費用和較差的加工精度也限制了其作為工程材料在航天航空、石油化工、儀器儀表等領域的廣泛應用。通常精密陶瓷零部件的機加工費用甚至約占總成本的90%。通常利用復相增韌、組分搭配、結構設計等制備技術，在盡可能少犧牲力學性能的前提下提高材料的可加工性能。

以上詳細介紹了特種精密陶瓷的完整工藝流程，希望能幫到想進行陶瓷加工的朋友。想獲取更多有關陶瓷加工方面的技術指導，請撥打：15012558160。