SLS在间接制造陶瓷零件时有哪些瓶颈问题

加工陶瓷零件，最好的刀具是无齿的金刚石磨轮，以最高速，以最缓慢的的接触速度接触工件。冷却液必须在接触工件前供给。

陶瓷材料具有极高的硬度和良好的耐磨性和耐腐蚀性等特点，属于难加工材料，用通常的切削金属方法不能有效的进行机械加工。

目前陶瓷加工技术的研究可以概括为两方面

A 对现有的陶瓷加工技术进行深入研究，开发专用的陶瓷加工机床，优化工艺参数，提高加工质量和加工效率，降低生产成本，以扩大其应用范围。

B 开发和推广陶瓷加工新技术。其发展趋势是把两种或几种加工方法复合在一起形成一种新的加工方法。这样不仅可以大大提高加工效率，而且可以提高工程陶瓷件的加工质量。

高压直流接触器，新能源继电器产品都需要用到陶瓷外壳，用于灭弧用。

陶瓷的硬度高、熔点高，在高温和冲击作用下不变形，在电弧作用下不融化，是制作高电压大电流电子元器件的理想绝缘材料。

湖南有很多生产电子陶瓷的生产企业，尤其是湖南省美程陶瓷科技有限公司，他们生产接触器和继电器陶瓷多年，质量稳定，有需要可以联系。

佛山古兰尼陶瓷有限公司没有分厂。佛山古兰尼陶瓷有限公司是一家致力于设计，开发和生产各种先进陶瓷配件和五金配件的生产商。我司提供氧化铝，氧化锆陶瓷材料的烧结，多种先进陶瓷材质精加工，主要陶瓷材质包括氧化铝、氧化锆、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氮化硼和可加工陶瓷等。具有核心竞争力陶瓷零件包括陶瓷管、陶瓷棒、陶瓷基片、陶瓷板、陶瓷定位销、陶瓷柱塞、陶瓷泵阀等各种类型的陶瓷结构件，广泛应用于熔炉、半导体、航空航天、泵阀、新能源、流体控制等领域，机械易损件等。配备先进的成型设备包括等静压成型，干压成型，注塑成型等，烧结设备有升降炉，推板窑等，加工设备包括内外圆磨，平面磨，无心磨，精磨，CNC精雕机，激光切割机等，齐全的检测设备有三丰千分尺，三丰卡尺，三丰粗糙度检测仪，投影仪，密度检测仪，高度规，放大镜等。公司拥有专业工程师5名，技术骨干10多名，专业的团队致力于为客户提供更符合质量要求的产品。

尽管先进陶瓷有许多种，甚至难以统计，但材料学家还是按其功能和用途，大致将它们分成三类。

第一类叫电子陶瓷。电子陶瓷是指用来生产电子元器件和电子系统结构零部件的功能性陶瓷。电子陶瓷主要包括电介质陶瓷、电光陶瓷、半导体陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷等。这些陶瓷除了具有高硬度等力学性能外，对周围环境的变化能“无动于衷”，即具有极好的稳定性，这对电子元件是很重要的性能，另外就是能耐高温。

第二类先进陶瓷是结构陶瓷，它是用于作结构零件的。机械工业中的一些密封件、轴承、刀具、球阀、缸套等，都是频繁经受摩擦而易磨损的零件，用金属和合金制造有时也使用不了多久就会损坏，这时，先进的结构陶瓷零件就能经受住这种“磨难”。因为它天生硬质，就是不怕磨。另外还有在高温下工作的结构零件，用一般金属和合金甚至耐热合金也“忍受”不了。如洲际导弹的端头，回收人造地球卫星的前缘，火箭尾喷管的内衬和航天飞机的外蒙皮等，在和空气摩擦时能产生几千度的高温，在这些地方，先进的结构陶瓷具有“非它莫属”的地位。

先进高温结构陶瓷按化学成分可分为：碳化硅陶瓷、碳陶瓷；氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氮化铝陶瓷；氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化钙陶瓷及增韧氧化物陶瓷。

第三类先进陶瓷是生物陶瓷，它是用于制造人体骨骼-肌肉系统、用于修复或替换人体器官或组织的一种陶瓷材料。因为它关系到人的健康和生命，属于“人命关天”的材料，所以性能特别，首先是它必须和人体组织有相容性，即用生物陶瓷制成的人体代用“零件”，在植入体内后，绝不能引起人体组织的发炎和不适应。

生物陶瓷是使人延年益寿的材料，人体到了一定年龄，各种“零件”会老化甚至坏死。这时，只要把有病变的器官或组织去掉，用生物陶瓷器件取代，人又能恢复健康。例如人的牙齿和骨骼是经常受损的“零部件”。这时要恢复牙齿和骨骼的功能，往往要借助生物陶瓷的功能。据美国统计，有两千万人无牙或缺齿，其中至少有20％是满口假牙，这些假牙就是生物陶瓷制造的。

陶瓷材料如何运用于3D打印技术中？3D打印技术又称增材制造，具有操作简单、成型速度快、精度高等优点。随着3D打印技术的不断发展，它已逐步应用于制造业的各个领域。采用3D打印陶瓷材料，结合先进的烧结技术制备高精度、高强度的陶瓷零件，与传统的制备技术相比，可以大幅降低加工成本，缩短生产周期，节约原材料，其发展潜力巨大，将推动3D打印陶瓷技术在航空航天、医疗、工业等领域得到更广泛的应用。下面小编为大家介绍几种3D打印陶瓷材料的技术和应用。

陶瓷材料传统的数控制造一般是以原材料为基础，采用切割、研磨、腐蚀、熔化等方法去除多余的材料，得到零件，再以拼接、焊接等方法组合成最终产品。印刷陶瓷技术主要包括喷墨打印技术、熔融沉积成型技术、激光固化成型技术、分层固体制造技术和激光选择性烧结技术，可根据不同标准进行分类。其中，基于激光成型的方法有光固化成型技术、分层固体制造技术和激光选择性烧结技术，其他两种为非激光成型方法。

陶瓷材料采用切割、研磨、腐蚀、熔化等方法去除多余的材料，得到零件，再以拼接、焊接等方法组合成最终产品。3D喷墨打印陶瓷技术的工作原理是通过加热喷嘴，使喷嘴底部毛细管中的陶瓷墨水在极短的时间内迅速汽化并形成气泡。

熔融沉积成型技术和选择性激光烧结技术需要设置支撑结构，而其他三种不需要设置支撑结构。最后，按工艺可分为直接成型法和逐层粘接法，喷墨打印技术的技术是将陶瓷粉末与粘结剂混合制备陶瓷墨水，通过3D打印直接成型，属于直接成型法，其他四种技术属于逐层粘接法。

利用陶瓷刀具加工普通钢、铸铁、淬硬钢、高锰钢、镍基高温合金、粉末冶金烧结件、玻璃钢和各种工程塑料等难加工材料时，刀具寿命可比硬质合金刀具高几倍甚至十几倍。在生产中不但能用于一般的车、镗和铣削加工，而且已成功地用于孔加工刀具上；除可在普通机床上使用外，也能有效地用于数控机床和加工中心等高效设备上，被国际上公认为是当代提高生产效率最有潜质的一种刀具。此外，与金刚石和立方氮化硼等超硬刀具相比，陶瓷刀具的价格相对较低（陶瓷刀具的主要原料氧化铝、氧化硅等是地壳中最丰富的成份，取之不尽，用之不竭），因此，有人认为：“随着现代陶瓷刀具材料性能的不断改进，今后将与涂层硬质合金刀具、金刚石和立方氮化硼等超硬刀具一起成为高速切削、干切削和硬切削的三种主要刀具。”

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。

采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。本节主要介绍特种陶瓷。

特种材料分类

根据用途不同，特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。

结构陶瓷

氧化铝陶瓷主要组成物为Al2O3，一般含量大于45%。氧化铝陶瓷具有各种优良的性能。耐高温，一般可要1600℃长期使用，耐腐蚀，高强度，其强度为普通陶瓷的2~3倍，高者可达5~6倍。其缺点是脆性大，不能接受突然的环境温度变化。用途极为广泛，可用作坩埚、发动机火花塞、高温耐火材料、热电偶套管、密封环等，也可作刀具和模具。

氮化硅陶瓷主要组成物是Si3N4，这是一种高温强度高、高硬度、耐磨、耐腐蚀并能自润滑的高温陶瓷，线膨胀系数在各种陶瓷中最小，使用温度高达1400℃，具有极好的耐腐蚀性，除氢氟酸外，能耐其它各种酸的腐蚀，并能耐碱、各种金属的腐蚀，并具有优良的电绝缘性和耐辐射性。可用作高温轴承、在腐蚀介质中使用的密封环、热电偶套管、也可用作金属切削刀具。

碳化硅陶瓷主要组成物是SiC，这是一种高强度、高硬度的耐高温陶瓷，在1200℃~1400℃使用仍能保持高的抗弯强度，是目前高温强度最高的陶瓷，碳化硅陶瓷还具有良好的导热性、抗氧化性、导电性和高的冲击韧度。是良好的高温结构材料，可用于火箭尾喷管喷嘴、热电偶套管、炉管等高温下工作的部件；利用它的导热性可制作高温下的热交换器材料；利用它的高硬度和耐磨性制作砂轮、磨料等。

六方氮化硼陶瓷主要成分为BN，晶体结构为六方晶系，六方氮化硼的结构和性能与石墨相似，故有“白石墨”之称，硬度较低，可以进行切削加工具有自润滑性，可制成自润滑高温轴承、玻璃成形模具等。

工具陶瓷

硬质合金主要成分为碳化物和粘结剂，碳化物主要有WC、TiC、TaC、NbC、VC等，粘结剂主要为钴（Co）。硬质合金与工具钢相比，硬度高（高达87~91HRA），热硬性好（1000℃左右耐磨性优良），用作刀具时，切削速度比高速钢提高4~7倍，寿命提高5~8倍，其缺点是硬度太高、性脆，很难被机械加工，因此常制成刀片并镶焊在刀杆上使用，硬质合金主要用于机械加工刀具；各种模具，包括拉伸模、拉拔模、冷镦模；矿山工具、地质和石油开采用各种钻头等。

金刚石天然金刚石（钻石）作为名贵的装饰品，而合成金刚石在工业上广泛应用，金刚石是自然界最硬的材料，还具备极高的弹性模量；金刚石的导热率是已知材料中最高的；金刚石的绝缘性能很好。金刚石可用作钻头、刀具、磨具、拉丝模、修整工具；金刚石工具进行超精密加工，可达到镜面光洁度。但金刚石刀具的热稳定性差，与铁族元素的亲和力大，故不能用于加工铁、镍基合金，而主要加工非铁金属和非金属，广泛用于陶瓷、玻璃、石料、混凝土、宝石、玛瑙等的加工。

立方氮化硼（CBN）具有立方晶体结构，其硬度高，仅次于金刚石，具热稳定性和化学稳定性比金刚石好，可用于淬火钢、耐磨铸铁、热喷涂材料和镍等难加工材料的切削加工。可制成刀具、磨具、拉丝模等

其它工具陶瓷尚有氧化铝、氧化锆、氮化硅等陶瓷，但从综合性能及工程应用均不及上述三种工具陶瓷。

功能陶瓷

功能陶瓷通常具的特殊的物理性能，涉及的领域比较多，常用功能陶瓷的特性及应用见表。

常用功能陶瓷 种类 性能特征 主要组成 用途 介电陶瓷 绝缘性 Al2O3、Mg2SiO4 集成电路基板 热电性 PbTiO3、BaTiO3 热敏电阻 压电性 PbTiO3、LiNbO3 振荡器 强介电性 BaTiO3 电容器 光学陶瓷 荧光、发光性 Al2O3CrNd玻璃 激光 红外透过性 CaAs、CdTe 红外线窗口 高透明度 SiO2 光导纤维 电发色效应 WO3 显示器 磁性陶瓷 软磁性 ZnFe2O、γ-Fe2O3 磁带、各种高频磁心 硬磁性 SrO．6 Fe2O3 电声器件、仪表及控制器件的磁芯 半导体陶瓷 光电效应 CdS、Ca2Sx 太阳电池 阻抗温度变化效应 VO2、NiO 温度传感器 热电子放射效应 LaB6、BaO 热阴极 精陶瓷

陶瓷材料中已崛起了精细陶瓷，它以抗高温、超强度、多功能等优良性能在新材料世界独领风骚。精细陶瓷是指以精制的高纯度人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制工艺烧结的高性能陶瓷，因此又称先进陶瓷或新型陶瓷。精细陶瓷有许多种，它们大致可分成三类。

结构陶瓷

这种陶瓷主要用于制作结构零件。机械工业中的一些密封件、轴承、刀具、球阀、缸套等都是频繁经受摩擦而易磨损的零件，用金属和合金制造有时也是使用不了多久就会损坏，而先进的结构陶瓷零件就能经受住这种“磨难”。

电子陶瓷

指用来生产电子元器件和电子系统结构零部件的功能性陶瓷。这些陶瓷除了具有高硬度等力学性能外，对周围环境的变化能“无动于衷”，即具有极好的稳定性，这对电子元件是很重要的性能，另外就是能耐高温。

生物陶瓷

生物陶瓷是用于制造人体“骨骼一肌肉”系统，以修复或替换人体器官或组织的一种陶瓷材料。

精细陶瓷是新型材料特别值中得注意的一种，它有广阔的发展前途。这种具有优良性能的精细陶瓷，有可能在很大的范围内代替钢铁以及其他金属而得到广泛应用，达到节约能源、提高效率、降低成本的目的；精细陶瓷和高分子合成材料相结合．可以使交通运输工具轻量化、小型化和高效化。

精陶材料将成为名副其实的耐高温的高强度材料，从而可用作包括飞机发动机在内的各种热机材料、燃料电池发电部件材料、核聚变反应堆护壁材料、无公害的外燃式发动机材料等。精细陶瓷与高性能分子材料、新金属材料、复合材料并列为四大新材料。有些科学家预言．由于精细陶瓷的出现，人类将从钢铁时代重新进入陶瓷时代

陶瓷与金属材料在切削加工方面存在着显著的差异，由于工程陶瓷材料硬度高、脆性大，车削难以保证其精度要求，表面质量差，同时加工效率低，加工成本高，所以车削加工陶瓷零件 应用不多。 陶瓷材料的切削首先应选择切削性能优良的新型切削刀具，如 各种超硬高速钢、硬质合金、涂层刀具、陶瓷、金刚石和立方氮化硼(CBN)等。 对陶瓷材料进行精车时，必须使用天然单晶金刚石刀具，采用 微切削方式；其次，车削陶瓷时，在正确选择刀具的前提下， 还要考虑选择合适的刀具几何参数，由于切削陶瓷材料时，刀具磨损严重，可适当加大刀具圆弧半径，以增加刀尖的强度和 散热效率。

磨削加工，是用高硬度的磨粒、磨具来去除工件上多余材料的方法。在磨削过程中，大体可分为三个阶段：弹性变形阶段(磨粒开始与工件接触)、刻划阶段(磨粒逐渐切人工件，在工件表面形 成刻痕)、切削阶段(法向切削力增加到一定程度，切削物流出)。 在磨削陶瓷和硬金属等硬脆材料时，磨削过程及结果与材料剥离 机理紧密相关。材料去除剥离机理是由材料特性、磨料几何形状、 磨料切入运动以及作用在工件和磨粒上的机械及热载荷等因素的交互作用决定的。 陶瓷属于硬质材料，其磨削机理与金属材料有很大的差别。