99氧化铝陶瓷常用加工方法

　　99氧化铝陶瓷常用加工方法

　　99氧化铝陶瓷材料属难加工材料，具有高硬度、脆性大的特点，常见的有磨削加工、切削加工、激光加热加工、高压磨料水射流加工以及超声波加工等加工方法。

　　磨削加工：

　　目前大部分的陶瓷加工主要是采用磨削加工的方法。由于99氧化铝陶瓷材料硬度高，磨削砂轮的磨具磨料一般采用金刚石（天然、人造）材料，而研磨时大多采用B4C材料作为研磨的磨料。研究表明，99氧化铝陶瓷在磨削过程中陶瓷材料主要有晶粒去除、脆性断裂、材料剥落、晶界微破碎等脆性去除方式。陶瓷表面空隙和裂纹通过成形、延展、剥落、碎裂，整个晶粒从工件表面上脱落，完成材料的脆性去除过程。在实际磨削过程中，机床的特性，磨削参数以及的磨粒形状对磨削加工都有影响。当前研究的热点是如何利用材料的塑性去除机理实现陶瓷磨削的延展性磨削，目前，可以实现结合了陶瓷表面微破碎面和塑性变形的半延展性磨削，由此减少了工件表面的微裂纹，提高了工件的强度。

　　切削加工：

　　考虑到刀具的磨损和加工效率，99氧化铝陶瓷的切削加工，通常采用金刚石或立方氮化硼作为刀具材料。日本学者杉田忠彰，根据线性断裂力学原理，提出了陶瓷材料去除的三种模型：(1)不稳定裂纹扩展型（2）裂纹残留型（3）塑性变形型。研究表明，99氧化铝陶瓷的临界切削深度apmax=2μm，ap>apmax时，材料为脆性去除方式，切削时将会在陶瓷件表面残留脆性龟裂，从而对陶瓷零件的强度和工作可靠性产生影响。

　　激光加工：

　　激光加工是以激光作为加工能源的非接触式加工，因此避免了材料脆性去除时产生的表面裂纹。当高能量的激光作用在被加工零件的加工面上时，陶瓷局部区域的能量可达108JCM2以上，因为陶瓷材料对长波激光的吸收效率很高，所以零件加工面上经过光能转变成的热能会让工件的表面小范围内的温度快速升高，并使工件材料融化、汽化，从而达到去除工件表面的材料的效果。由于聚焦光斑小，其热影响区小，因此可以实现精密加工。

　　常用于陶瓷加工的有激光和激光两类激光，二氧化碳激光有效功率比较高，脉冲时间比较长，一般用于高速加工。但是，因为陶瓷吸收二氧化碳激光的效率较高，且在陶瓷表面的光斑范围较大，使得陶瓷工件受热区域大，这样就使得陶瓷表面容易产生脆性破坏；激光的有效功率低且脉冲时间短，但是其激光束的能量密度高，因此常用于加工陶瓷零件。

　　超声波加工：

　　超声波加工实质上是在工具和被加工零件的空隙之间投入液态或者糊状的磨料，利用超声波的振动作用，使得磨粒高速地连续撞击、打压并抛磨被加工材料的表面，使得被撞击磨削的材料流出，从而实现切削的目的。需注意的是：超声波施加在加工工具与被加工工件表面上；在工具和被加工零件的空隙之间存在液态或者糊状的磨料；需要给加工工具施加微小的压力，使其压住被加工零件，才能实现对加工零件的采用超声波加工。

　　超声波振动很早就应用于陶瓷加工，当前已经得到普遍的应用。超声波在加工不同的孔或者槽时，所需要的工具也是不一样的，更换工具会降低加工效率；如果设计专用夹具则会增加制造成本；同时如果工具使用过于频繁会使得工具磨损加剧，质量精度不高，从而影响超声波磨料的共振频率，最终影响加工质量。目前超声波加工的研究方向是采用多种加工方法实现超声波复合加工，以此来提高工件表面的加工质量及其制造效率和成本。如超声波的车削、磨削，细分有超声钻孔、超声波加工螺纹、超声振动打磨抛光等。

　　高压磨料水射流加工：

　　水射流加工是将经过特殊处理的水注入高压系统，使水迅速增压到几百乃至几千巴的超高压，然后再将这种高压水通过一个直径仅为的喷嘴喷出，高压水流速度为音速的2-3倍，磨料与流经喷嘴的水混合，冲击被加工陶瓷材料。高压磨料水切割时所使用的磨料为天然石榴石磨料，磨料带有很多棱角呈现不规则形状，在高压水的带动下对陶瓷工件进行冲击时，磨料本身起到一个冲击压头的作用，由于99氧化铝陶瓷是脆性材料，当其表面受到强大冲击力时，将产生一定长度的裂纹，随着冲击力的增大，裂纹不断扩展，形成切屑，切屑从陶瓷表面脱落实现加工。只是，高压磨料水射流加工需要大功率的增压器，工作噪音会达到85个

　　此外，用于加工99氧化铝陶瓷工件的方法还有离子束加工、等离子加热切削、化学加工等。目前的实际应用中仍以磨削加工为主。从研究动态看，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是一种趋势，如超声振动复合磨削、超声放电复合加工、电解放电复合加工等。同时，将陶瓷加热使之硬度下降后再进行切削的新加工方法也是研究热点，这种方法不仅可以提高陶瓷件的加工质量，而且可大大提高加工效率。