陶瓷材料作为一种难加工材料，进行机械加工时候要注意哪些问题
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Q CO2，冲激光器对 Si3N4 陶瓷切割试验表明,在高峰值能量(≥15 kW) 、短脉冲宽度(1μs) 、高脉 冲频率(20kHz) 和适当的平均功率(300 W) 条件下,采用高速(>220 mm/ 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0.25 MPa 氧气 作辅助气体,用800 W 的连续波CO2 激光在厚度13.5 mm 的氮化硅陶瓷上加工出 了直径0.72 mm的无损伤深孔,深径比达18.75Tsai Chwan2Huei 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。Henry Matt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Si3N4 4 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Ra <0. 01 μm 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。 Apiwat Muttamara 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. 3 mm 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80 V 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6 mm 厚的Al2O3 陶瓷板进行了切割试验,得到了上口宽 5. 0 mm , 下口宽4. 7 mm , 切口角2. 9°的光滑切口。
（一）成型方法对陶瓷性能的影响
低气孔率、高致密度的氧化锆陶瓷节构性能优良。告致密度意味着陶瓷体内晶粒排列紧密，在承受外界载荷或腐蚀性物质侵蚀的时候不易形成破坏性的突破点。而要得到钙质密度的陶瓷胚体，成型方法是关键。氧化锆陶瓷的成型一般采用干压、等静压、热压铸等方法。不同的方法具有不同的特点，对养护率陶瓷烧结性和显微结构的影响也会有所不同。一般对于形状复杂的制品多以注浆和热压铸工艺为主，对于形状简单的制品可采用干压成型。一般而言，干压成型的制品致密性好于热压铸成型的制品。
（二）原料粒度对陶瓷性能的影响
原料粉粒度对制品性能影响很大，只有原料足够细，最后的烧制成品才有可能形成微结构，使他具有很好的耐磨性。氧化锆粉体颗粒越细，活性也越大，可促进烧结，制成的瓷强度也越高，小颗粒还可以分散由于刚玉和玻璃相线膨胀系数不同在晶界处造成的应力集中，减少开裂的危险性，细的晶粒还能妨碍微裂纹的发展，不易在成穿晶断裂，有利于提高断裂韧性，还可以提高耐磨性。
（三）烧结对陶瓷性能的影响
对于陶瓷的烧结，简单的讲就是陶瓷生坯在高温下的致密化过程。随着温度的上升和时间的延长，粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，把粉末颗粒的聚集体变为坚强的具有某种显微结构的多晶烧结体，并获得所需的物理，机械性能的制品或材料。样品的致密化速率、最终结构往往也反应了它经历过什么样的热处理过程。
1、结构：一般说来，离子键耐磨陶瓷片高温强度比共价键陶瓷低一些，高温下坯体的杂质玻璃相会出现较大塑性导致变形，急剧降低强度，对多晶陶瓷，很大程度上决定于晶界的高温性质。
2、气孔：气孔增多必然导致降低高温强度。而在高温下，由于裂纹尖端的钝化等原因，使陶瓷材料对裂纹和微缺陷的敏感性降低，这主要体现在对断裂韧性的影响上。
3、晶粒：晶粒直径小则质点移动容易，变形速度大，高温强度下降剧烈，晶粒形状的影响尚无定论，一般来说，各向异性明显的晶粒所构成的烧结体强度都高。
4、温度：材料不同，强度随温度的变化也不一致。其断裂机制由低温下的脆性断裂而转变为高温下的韧性断裂，因此具有一定的脆-韧转变温度。
5、使用条件：使非氧化物氧化，氧化物表面粗糙或开裂的气氛均降低强度。
影响耐磨陶瓷的因素还不止温度的变化范围，粒子的冲蚀性强度，受力情况，还包括腐蚀的介质的特点，硬颗料碰撞入射角的大小等因素，总之耐磨陶瓷的性能是受到这些因素影响的，而只有这些因此影响最少的时候，耐磨陶瓷才能发挥出最大的性能特点。
陶瓷轴承，耐磨耐腐蚀。
陶瓷涂层——保护金属不被腐蚀或者磨损。
陶瓷抛光膏——各种抛光、打磨。
绝缘基板——起到绝缘保护的作用。
不光要考虑技术性能，还要考虑综合成本问题。能满足需要就够了。根据实际情况，能用碳钢的就不用合金钢，能用普通合金钢的就不用轴承钢。
结构陶瓷是以强度、刚度、韧性、耐磨性、硬度、疲劳强度等力学性能为特征的材料。
2 应用于提高陶瓷材料的超塑性
只有陶瓷粉体的粒度小到一定程度才能在陶瓷材料中产生超塑性行为,其原因是晶粒的纳米化有助于晶粒间产生相对滑移,使材料具有塑性行为。
纳米陶瓷的超塑性在电子、磁性、光学以及生物陶瓷方面有潜在应用。纳米陶瓷可能具有的低温超塑性、延展性和极高的断裂韧性，将使其成为兼具陶瓷和金属的优良特性(如高强度、高硬度、高韧性、耐高温、耐腐蚀、易加工等)的新结构和功能材料，在航空、航天、机械、电子信息等众多领域具有无限广阔的应用前景。
3 应用于制备电子(功能)陶瓷
纳米陶瓷粉体之所以广泛地用于制备电子陶瓷,原因在于陶瓷粉体晶粒的纳米化会造成晶界数量的大大增加,当陶瓷中的晶粒尺寸减小一个数量级,则晶粒的表面积及晶界的体积亦以相应的倍数增加。
4 应用于制备陶瓷工具刀
纳米技术的出现以及纳米粉体的工业化生产,使得制备金属陶瓷刀成为现实。
