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  WSSUNTAO3 2017-05-17 00:00:00

  耐磨、 耐高溫和耐腐蝕等特性， 而被日益廣泛地應(yīng)用于電子、機(jī)械、冶金、化工及航空航天等領(lǐng)域中。但由于工 程陶瓷具有很高的硬度和較大的脆性，給其成形加工帶了很大的困難。 機(jī)械磨削是目前Z常用的工程陶瓷加工方法，該加工方法需用昂貴的金剛石 砂輪和高剛度的磨床，加工成本高、 效率低，且磨削時砂輪和工件之間存在強(qiáng)烈的 作用力，易使工件表面產(chǎn)生微裂紋而降低零件的使用壽命。 為此，人們開展了絕緣 工程陶瓷的激光加工、超聲加工、電火花加工、等離子弧加工、磁力研磨，以及 相關(guān)的相復(fù)合加工等技術(shù)，并取得了較大的研究進(jìn)展【4】。 1、激光加工工程陶瓷 目前國內(nèi)外學(xué)者對陶瓷材料激光加工技術(shù)的研究主要集中在打孔、切割、劃 線和型腔加工等方面。洪蕾等人用自行研制的機(jī)械斬光盤調(diào)Q CO2，沖激光器對 Si3N4 陶瓷切割試驗表明，在高峰值能量(≥15 kW) 、短脈沖寬度(1μs) 、高脈 沖頻率(20kHz) 和適當(dāng)?shù)钠骄β?300 W) 條件下，采用高速(>220 mm/ s) 多次 重復(fù)走刀切割工藝，可以得到無裂紋的精細(xì)切口。陳可心等人采用0.25 MPa 氧氣 作輔助氣體，用800 W 的連續(xù)波CO2 激光在厚度13.5 mm 的氮化硅陶瓷上加工出 了直徑0.72 mm的無損傷深孔，深徑比達(dá)18.75Tsai Chwan2Huei 等人提出 了基于裂紋加工單元的激光銑削方法，他們采用CO2 和Nd : YAG激光器對Al2O3 陶瓷進(jìn)行了基于裂紋加工單元的激光銑削加工，并在Al2O3 陶瓷零件上加工出了 形狀較復(fù)雜的型腔。研究結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行激光銑削所需要的功率比通 常的方法低。Henry Matt等人對TBC 陶瓷、聚晶金剛石、硬質(zhì)合金和不銹鋼等材 料的激光銑削工藝進(jìn)行了試驗研究。 為把激光加工技術(shù)更好地應(yīng)用于陶瓷加工中，人們還探討了激光預(yù)熱輔助切 削或磨削等方法，其目的是增強(qiáng)陶瓷被加工部位的韌性，以達(dá)到降低切削或磨削 力、提高加工效率和質(zhì)量等目的。I. D.Marinescu 等人對Al2O3 、Ferrite 、 ZrO2 和Si3N4 4 種材料進(jìn)行了激光預(yù)熱磨削試驗，發(fā)現(xiàn)激光預(yù)熱磨削不僅能減 少磨削過程中溫度的影響作用，而且還能降低陶瓷的硬度， 增大去除量而不引起 磨削裂紋。美國Purduce 大學(xué)的C. J . Rozzi 等人對激光輔助切削工程陶瓷技 術(shù)進(jìn)行了研究，建立了激光輔助切削ZrO2 、 Si3N4 等陶瓷瞬時三維溫度場 傳遞的物理、數(shù)學(xué)模型，并總結(jié)出了相應(yīng)的加工規(guī)律。 2、超聲加工工程陶瓷 與電火花加工、電解加工、激光加工等特種加工技術(shù)相比，超聲加工既不依 賴于材料的導(dǎo)電性，又沒有熱物理作用，加工后工件表面無組織改變、 殘余應(yīng)力及 燒傷等現(xiàn)象等發(fā)生;加工過程中宏觀作用力小，適合于加工不導(dǎo)電工程陶瓷。 T. B. THOE 等人對超聲加工Al2O3 、ZrO2 、SiC等陶瓷的工藝規(guī)律和加工 機(jī)理進(jìn)行了研究，給出了的研究結(jié)果，并用超聲加工技術(shù)在Si3N4陶瓷上加工出了 航空航天用的渦輪葉片。 研究資料表明， 采用超聲磨削工程陶瓷時，當(dāng)磨削深度小于某臨界值時，工程 陶瓷的去除機(jī)理與金屬磨削相似，工件材料在磨刃的作用下通過塑性流動形成切 屑，避免了較深變質(zhì)層的形成，塑性磨削可以獲得Ra < 0. 01 μm 的表面質(zhì)量。超 聲磨削工程陶瓷的優(yōu)點是加工效率比普通磨削高一倍以上，可采用較大的磨削用 量，能有效防止砂輪堵塞，減少砂輪的修整時間。 3、電火花加工工程陶瓷 在用電火花工藝加工工程陶瓷方面，日本長岡技術(shù)科學(xué)大學(xué)福澤康與豐田工 業(yè)大學(xué)毛利尚武的研究成果Z具有代表性，他們提出了用輔助電極的方法加工絕 緣陶瓷材料。 該方法是利用放置在陶瓷表面的金屬輔助電極被擊穿放電時的熔化 和碳化等作用，來形成絕緣陶瓷表面的導(dǎo)電層以進(jìn)行電火花加工的。 此后，他們又 探討了采用物理蒸汽沉積TiN 來形成絕緣陶瓷表面導(dǎo)電層的電火花加工方法，以 及用廉價的石墨膠體溶液涂敷在工件表面，經(jīng)過烘干等工序形成輔助電極的方 法。 Apiwat Muttamara 等人用普通電火花成形機(jī)和輔助電極電火花加工系統(tǒng)相 結(jié)合，以直徑45μm 銅鎢電極在0. 3 mm 厚的Si3N4 陶瓷工件上成功地加工出了 直徑55μm 的微孔。 4、電解電火花復(fù)合加工 絕緣工程陶瓷電解電火花復(fù)合加工時，工具電極和輔助電極分別接電源的 負(fù)、 正極，工作液為電解液，由電解液的導(dǎo)電作用和電化學(xué)反應(yīng)來形成火花放電的條件，達(dá)到放電蝕除加工的目的。 劉永紅等人提出了絕緣陶瓷材料的充氣電解電火花復(fù)合加工方法，研究結(jié)果 表明該加工方法具有生產(chǎn)率高和能耗小等優(yōu)點。B. Bhattacharyya 等人使用 NaOH 溶液作電解液對高純Al2O3 的加工試驗發(fā)現(xiàn)，加工電壓越高材料去除速度 越高，但微裂紋和其他缺陷也相應(yīng)增加;電解液濃度越高材料去除率越高，但過切 現(xiàn)象也越嚴(yán)重。 試驗顯示能夠同時獲得較高材料去除率和尺寸精度的加工參數(shù)為: 加工電壓80 V 左右，電解液是NaOH 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40 %的溶液。另外，工具電極的尖 端形狀也是影響電解電火花復(fù)合加工的一個重要因素，端部為錐形形狀的電 極要比端部為圓柱形的加工效果好。 5、等離子弧切割 等離子弧切割可加工所有導(dǎo)電材料，生產(chǎn)成本低、切割速度快、生產(chǎn)率高。 對于非金屬可以采用非轉(zhuǎn)移型等離子弧進(jìn)行切割，非轉(zhuǎn)移型等離子弧在切割時陽 極斑點在噴嘴上，大量熱能經(jīng)水冷散失，因此能量利用率低。 由于受弧柱形態(tài)及溫 度場分布限制，該加工技術(shù)很難勝任較大厚度工件的切割。 大連理工大學(xué)進(jìn)行了 絕緣陶瓷材料附加陽極等離子弧切割技術(shù)的研究工作，其基本原理是在被加工陶 瓷件下方設(shè)置一個附加電極，利用陰極與附加電極之間產(chǎn)生的等離子弧進(jìn)行切割 加工。他們用該方法對6 mm 厚的Al2O3 陶瓷板進(jìn)行了切割試驗，得到了上口寬 5. 0 mm ， 下口寬4. 7 mm ， 切口角2. 9°的光滑切口。

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