中國粉體網(wǎng)訊 目前市面上關于陶瓷材料的成型技術、燒結技術等方面研究較集中，而對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。
機械加工
機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，在銑削過程中，高頻沖擊力作用力容易導致加工表面發(fā)生脆斷，振動則會導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，加工過程中受力不均易使裂紋產(chǎn)生。
在工業(yè)生產(chǎn)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。陶瓷材料韌性小，脆性大，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(chǎn)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(zhì)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。
激光加工
隨著陶瓷產(chǎn)品廣泛應用，對產(chǎn)品規(guī)模化加工效率和成本控制提出了更高要求，針對陶瓷切割劃線，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，具有高效可控、熱影響區(qū)小、無切削作用力、無刀具磨損，以及可加工高硬度、高脆性、高熔點等難加工材料的特點，受到越來越多的關注。
激光加工原理是利用高功率密度的均勻激光束作為熱源，通過激光器光路整合聚焦在材料表面，使局部位置瞬時產(chǎn)生高溫達到材料的熔化或氣化溫度，從而實現(xiàn)材料切割加工。缺點是激光加工過程中產(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)生的氣蝕作用來去除材料，或給工具或工件沿一定方向施加超聲頻振動進行振動加工，或利用超聲振動使工件相互結合的加工方法。超聲波加工技術應用于對陶瓷的銑削、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，通過直徑較小的噴嘴后噴射出來的高能束射流，它是一種加工能力強、加工范圍廣的冷態(tài)加工技術。純水射流加工的水中無任何添加，僅利用純水經(jīng)高壓形成的高速射流的動能作用在工件上，它的加工能力非常有限，對水的壓力依賴程度高。到20世紀70年代，為了提高水射流的沖擊力，人們開始在水中添加細小的固體顆粒，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的開始。磨料水射流具有極強的破壞去除能力，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（圖片來源：郭露露.電解機械銑削Al2O3陶瓷材料技術研究）
磨料水射流加工能力強、無熱影響、無刀具磨損，且屬于冷加工技術的范疇，在對材料的加工中，特別是在對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，受到了制造業(yè)的廣泛關注。經(jīng)過多年的發(fā)展，磨料水射流技術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應用最廣泛和成熟的領域之一，然而，在磨料水射流切割后的工件上往往會出現(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用及特征（圖片來源：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：當微波進入陶瓷內(nèi)部后，陶瓷分子會吸收一部分微波，陶瓷分子在微波高頻電場會相互摩擦，將振動的能量轉(zhuǎn)換為熱能量，從而去除材料。微波加工特點：穿透能力強，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、涂層、裂紋修復，也可以用來加工陶瓷孔。這種加工方法加工的陶瓷表面會出現(xiàn)灼燒情況，陶瓷表面粗糙度比較大。
微波鉆孔原理示意圖（圖片來源：郭露露.電解機械銑削Al2O3陶瓷材料技術研究）
電加工
電加工主要指電火花加工，對不導電的陶瓷材料來說，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可實現(xiàn)對復雜形狀工件的加工，但由于其對被加工材料的強導電性能的要求，只有借助輔助電極才可實現(xiàn)對絕緣陶瓷的加工，且加工效率低、加工精度不高，在加工表面產(chǎn)生的高熱量會導致其產(chǎn)生微裂紋，降低陶瓷的使役性能。
參考來源：
1.繆小進.磨料水射流切割機理及質(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.電解機械銑削Al2O3陶瓷材料技術研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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