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【原創(chuàng)】先進(jìn)陶瓷材料的6種后加工工藝


來(lái)源:中國(guó)粉體網(wǎng)   長(zhǎng)安

[導(dǎo)讀]  陶瓷材料的后加工可根據(jù)陶瓷的形狀、加工精度、表面粗糙度、加工效率和加工成本等因素選擇不同的加工方法。常見的陶瓷加工方式主要有:機(jī)械加工、激光加工、超聲波加工、磨料水射流加工、微波加工、電加工等方式。

中國(guó)粉體網(wǎng)訊  目前市面上關(guān)于陶瓷材料的成型技術(shù)、燒結(jié)技術(shù)等方面研究較集中,而對(duì)后加工工藝研究偏少,本文則帶你了解現(xiàn)有的陶瓷材料的后加工工藝。


陶瓷材料的后加工可根據(jù)陶瓷的形狀、加工精度、表面粗糙度、加工效率和加工成本等因素選擇不同的加工方法。常見的陶瓷加工方式主要有:機(jī)械加工、激光加工、超聲波加工、磨料水射流加工、微波加工、電加工等方式。


機(jī)械加工


機(jī)械加工方法主要有車削、鉆削、銑削、磨削、研磨拋光等。


陶瓷材料車削一般選用金剛石或立方氮化硼刀具。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,并且影響加工效率,故車削加工應(yīng)用不多,基本上還處于研究階段。


陶瓷材料鉆削是使用直徑很小的金剛石砂輪作為專用鉆頭,利用鉆頭端部磨粒的微切削作用從而實(shí)現(xiàn)材料的破壞去除。


陶瓷材料銑削通常選用超硬刀如金剛石銑刀進(jìn)行銑削的一種加工方法,在高頻斷續(xù)的切削力作用下使材料去除。然而,在銑削過(guò)程中,高頻沖擊力作用力容易導(dǎo)致加工表面發(fā)生脆斷,振動(dòng)則會(huì)導(dǎo)致瞬間去除深度的變化,降低表面質(zhì)量。


陶瓷材料的磨削加工是目前已有加工方法中應(yīng)用最多的一種。利用金剛石磨針或砂輪與工件之間互相摩擦,使材料通過(guò)塑性變形、脆性斷裂等方式去除。磨削加工中,切屑的清除是一大問(wèn)題,一般采用冷卻液清洗。冷卻液不僅起到?jīng)_洗切屑粉末的作用,而且可以降低磨削區(qū)溫度,提高磨削質(zhì)量,減少磨粒周圍粘結(jié)劑的熱分解等。金剛石顆粒大小是影響陶瓷工件表面質(zhì)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。在磨削加工陶瓷材料時(shí),加工過(guò)程中受力不均易使裂紋產(chǎn)生。


在工業(yè)生產(chǎn)的某些領(lǐng)域,僅靠磨削是達(dá)不到陶瓷件表面光潔度要求的,通常要采用研磨和拋光。陶瓷材料韌性小,脆性大,其強(qiáng)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(chǎn)生應(yīng)力集中,工件強(qiáng)度愈低。因此,研磨不僅是為了達(dá)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(qiáng)度。拋光是采用軟質(zhì)拋光器和細(xì)粉磨粒以較低的壓力作用于工件的一種精加工過(guò)程。


激光加工


隨著陶瓷產(chǎn)品廣泛應(yīng)用,對(duì)產(chǎn)品規(guī);庸ば屎统杀究刂铺岢隽烁咭,針對(duì)陶瓷切割劃線,一些常見的加工方式已經(jīng)不能滿足產(chǎn)品高效率、低成本發(fā)展的需求。激光作為一種非接觸式的高能束精密加工技術(shù),具有高效可控、熱影響區(qū)小、無(wú)切削作用力、無(wú)刀具磨損,以及可加工高硬度、高脆性、高熔點(diǎn)等難加工材料的特點(diǎn),受到越來(lái)越多的關(guān)注。


激光加工原理是利用高功率密度的均勻激光束作為熱源,通過(guò)激光器光路整合聚焦在材料表面,使局部位置瞬時(shí)產(chǎn)生高溫達(dá)到材料的熔化或氣化溫度,從而實(shí)現(xiàn)材料切割加工。缺點(diǎn)是激光加工過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量易使工件表面形成裂紋與發(fā)生氧化。


目前,對(duì)陶瓷激光加工主要有CO2激光器、光纖激光器、紫外激光器、皮秒激光器等。


激光切割原理示意圖


超聲波加工


超聲波加工是利用超聲振動(dòng)工具在有磨料的液體介質(zhì)中或干磨料中產(chǎn)生磨料的沖擊、拋磨、液壓沖擊及由此產(chǎn)生的氣蝕作用來(lái)去除材料,或給工具或工件沿一定方向施加超聲頻振動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)加工,或利用超聲振動(dòng)使工件相互結(jié)合的加工方法。超聲波加工技術(shù)應(yīng)用于對(duì)陶瓷的銑削、打孔、磨削、車削、打磨等,可以有效解決陶瓷材料的加工難題,明顯降低切削力與加工損傷,減少刀具磨損量,抑制脆性材料邊緣破損,減少表面微裂紋的產(chǎn)生,提升工件的表面加工質(zhì)量。然而,超聲波加工的效率低,難以加工復(fù)雜曲面零件。


超聲波磨削加工示意圖


磨料水射流加工


水射流通常是利用增壓泵將水加壓至一定壓力,通過(guò)直徑較小的噴嘴后噴射出來(lái)的高能束射流,它是一種加工能力強(qiáng)、加工范圍廣的冷態(tài)加工技術(shù)。純水射流加工的水中無(wú)任何添加,僅利用純水經(jīng)高壓形成的高速射流的動(dòng)能作用在工件上,它的加工能力非常有限,對(duì)水的壓力依賴程度高。到20世紀(jì)70年代,為了提高水射流的沖擊力,人們開始在水中添加細(xì)小的固體顆粒,使射流束能量得到巨大的提升。這便是形成磨料水射流加工技術(shù)的開始。磨料水射流具有極強(qiáng)的破壞去除能力,加工工件的材料不受限制,如不銹鋼、巖石、陶瓷、鈦合金和高分子材料等。


磨料水射流加工原理示意圖(圖片來(lái)源:郭露露.電解機(jī)械銑削Al2O3陶瓷材料技術(shù)研究)


磨料水射流加工能力強(qiáng)、無(wú)熱影響、無(wú)刀具磨損,且屬于冷加工技術(shù)的范疇,在對(duì)材料的加工中,特別是在對(duì)各類難加工材料或熱敏材料的加工中顯示出了極大的優(yōu)勢(shì),受到了制造業(yè)的廣泛關(guān)注。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,磨料水射流技術(shù)面向不同加工需求逐漸形成了多種工藝方法,其中切割是磨料水射流技術(shù)應(yīng)用最廣泛和成熟的領(lǐng)域之一,然而,在磨料水射流切割后的工件上往往會(huì)出現(xiàn)拖尾、切口錐度等缺陷。



磨料水射流不同工藝方法的常見應(yīng)用及特征(圖片來(lái)源:王志敏.生物陶瓷磨料水射銑削表面質(zhì)量研究)


微波加工


微波加工的基本原理:當(dāng)微波進(jìn)入陶瓷內(nèi)部后,陶瓷分子會(huì)吸收一部分微波,陶瓷分子在微波高頻電場(chǎng)會(huì)相互摩擦,將振動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換為熱能量,從而去除材料。微波加工特點(diǎn):穿透能力強(qiáng),可以有效控制加工陶瓷微波。微波加工主要用在陶瓷的燒結(jié)、涂層、裂紋修復(fù),也可以用來(lái)加工陶瓷孔。這種加工方法加工的陶瓷表面會(huì)出現(xiàn)灼燒情況,陶瓷表面粗糙度比較大。


微波鉆孔原理示意圖(圖片來(lái)源:郭露露.電解機(jī)械銑削Al2O3陶瓷材料技術(shù)研究)


電加工


電加工主要指電火花加工,對(duì)不導(dǎo)電的陶瓷材料來(lái)說(shuō),需借助輔助電極,將其置于陶瓷材料表面,輔助電極和工具電極之間留有一定間隙,兩者之間能形成電火花放電,直至將輔助電極擊穿,其上脫落的碎屑與從工作液中分解而出的碳在陶瓷表面形成新的導(dǎo)電層繼續(xù)放電,陶瓷表面材料被去除。


采用電火花加工技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜形狀工件的加工,但由于其對(duì)被加工材料的強(qiáng)導(dǎo)電性能的要求,只有借助輔助電極才可實(shí)現(xiàn)對(duì)絕緣陶瓷的加工,且加工效率低、加工精度不高,在加工表面產(chǎn)生的高熱量會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)生微裂紋,降低陶瓷的使役性能。


參考來(lái)源:

1.繆小進(jìn).磨料水射流切割機(jī)理及質(zhì)量提升方法研究 

2.王志敏.生物陶瓷磨料水射銑削表面質(zhì)量研究 

3.張浩等.氮化鋁陶瓷激光切割工藝技術(shù)研究

4.梅雪松等.電子陶瓷基板表面激光孔加工綜述

5.郭露露.電解機(jī)械銑削Al2O3陶瓷材料技術(shù)研究


(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安)

注:圖片非商業(yè)用途,存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除!

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