陶瓷產(chǎn)品一般是通過將粉末狀原料在模具中成型，而后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，陶瓷坯體在燒結(jié)過程中會發(fā)生不同程度的收縮，因此通常無法保證燒結(jié)后產(chǎn)品的尺寸精度。此外，陶瓷產(chǎn)品具有高硬性和高脆性的特點，在后續(xù)的加工過程很難保證其形位尺寸精度和表面質(zhì)量。因此，研究陶瓷精密加工技術(shù)、提高精密加工的效率和精度具有十分重要的意義。

傳統(tǒng)的工業(yè)陶瓷精密加工技術(shù)主要有車削、銑削和磨削等機械加工法，其工藝簡單，加工效率高，但難以加工形狀復(fù)雜、尺寸精度高的陶瓷產(chǎn)品。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，陶瓷精密加工技術(shù)不斷改善，出現(xiàn)了一些特種加工技術(shù)和復(fù)合加工技術(shù)。

01機械加工技術(shù)

機械加工技術(shù)一般包括車削加工技術(shù)、銑削加工技術(shù)和磨削加工技術(shù)等。

1.車削加工技術(shù)

車削加工技術(shù)的原理：首先使用金剛石刀具進(jìn)行粗加工，然后改用天然單晶金剛石刀具，以微車削方式進(jìn)行精車。

由于陶瓷材料的硬度和脆性非常大，傳統(tǒng)車削加工時難以保證其精度要求，且加工效率低。此外，要提高車削加工的精密程度，還需要多采用硬質(zhì)合金刀具，在車削過程中選用合理的刀具參數(shù)和車削參數(shù)，并使用合適的車削液進(jìn)行冷卻。

目前，有一種加熱輔助車削的陶瓷精密加工技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用，它是對待加工的陶瓷部件的局部或者整體進(jìn)行加熱，使車削表面層達(dá)到合適溫度后進(jìn)行車削加工。局部加熱可以改變陶瓷材料的硬度和強度，從而改善材料的可加工性，實現(xiàn)以塑性車削的方式車削陶瓷材料，進(jìn)而提高車削效率和精度。

車削加工刀具

2.銑削加工技術(shù)

銑床是一種用途廣泛的機床，它可以加工平面、溝槽、螺旋形表面及各種曲面，還可用于對回轉(zhuǎn)體表面、內(nèi)孔加工及進(jìn)行切斷工作等。

銑削加工的工作原理是：工件裝在工作臺上，銑刀旋轉(zhuǎn)為主運動，輔以銑頭的進(jìn)給運動，工件即可獲得所需的加工表面。

由于銑削是多刃斷續(xù)切削，因而銑床在加工陶瓷時生產(chǎn)率較高，但是在陶瓷精密加工過程中，陶瓷表面會在機械應(yīng)力作用下產(chǎn)生凹坑和表層微裂紋等缺陷。目前，主要通過研究新型刀具、選擇合適切削液、優(yōu)化切削進(jìn)給速度和進(jìn)給量等工藝參數(shù)手段來提高陶瓷精密加工的質(zhì)量。

銑削加工

3.磨削加工技術(shù)

磨削加工技術(shù)占到陶瓷加工的80%。磨削加工主要選用金剛石砂輪，加工時磨粒切削刃前方的材料因受到擠壓而剝落從而完成磨削。

磨削加工的缺點是當(dāng)壓力值過大時，陶瓷材料可能會因壓潰而形成碎屑。此外，磨削加工過程中的壓應(yīng)力和摩擦熱的作用會導(dǎo)致陶瓷材料產(chǎn)生局部塑性流動，形成變形層。磨削加工過程中的切屑不易排除，會導(dǎo)致加工效率低，砂輪磨損嚴(yán)重，加工成本也變高。

為了提高磨削加工的效率和精度，多在磨削工藝、磨料和研磨液方面進(jìn)行研究與探索。通常會選用碳化硼、碳化硅和金剛石微粉作為磨料，也選用多晶金剛石研磨液和磁流研磨液。

金剛石砂輪

02特種加工技術(shù)

工業(yè)陶瓷特種加工技術(shù)是直接利用電能、熱能、光能或者化學(xué)能對陶瓷材料進(jìn)行加工，對于復(fù)雜形狀、精密微細(xì)的特殊零件有較大的適用性和發(fā)展?jié)摿Α?/span>

根據(jù)所使用的能量不同，工業(yè)陶瓷特種加工技術(shù)可以分為電火花特種加工、激光特種加工、超聲特種加工和微波特種加工等。研究特種加工技術(shù)，不僅可以提高工業(yè)陶瓷表面質(zhì)量和加工精度，也能提高生產(chǎn)效率。

1.電火花特種加工

電火花特種加工的原理是通過導(dǎo)電工件與工具電極之間的脈沖性火花放電，產(chǎn)生局部和瞬間高溫，使工件熔化，形成電腐蝕現(xiàn)象，以去除多余材料，達(dá)到零件尺寸要求和形狀表面質(zhì)量要求。在電火花加工時，工具電極和工件分別接電源的兩極，并浸入工作液中，通過自動調(diào)節(jié)裝置控制工具電極向工件進(jìn)給，當(dāng)電極間隙達(dá)到一定距離時，產(chǎn)生電火花放熱。

電火花加工的優(yōu)點是可以加工形狀較復(fù)雜的陶瓷，加工時無機械力，不會產(chǎn)生毛刺和劃痕等缺陷，使用電能加工也便于實現(xiàn)自動化。但電火花加工時要求陶瓷材料必須導(dǎo)電，對于導(dǎo)電性能較好的陶瓷可以直接采用電火花加工。而大部分陶瓷材料都是絕緣的，不能作為電極，這給電火花加工帶來了較大的困難。

目前，采用電火花進(jìn)行工業(yè)陶瓷加工時多采用輔助電極法，即用金屬盤或金屬網(wǎng)覆蓋于陶瓷絕緣體表面作為輔助電極，也可以通過改變陶瓷材料導(dǎo)電性，即加入適當(dāng)?shù)某煞质蛊渚哂袑?dǎo)電性，從而實現(xiàn)電火花加工。

電火花加工原理示意圖

2.激光特種加工

激光特種加工是利用激光作為加工熱源，利用激光的聚光性和高能量密度直接輻照在陶瓷的加工部位，這樣陶瓷被加工部位會在激光輻照下快速升溫，使被加工部位材料局部點熔融或汽化，從而實現(xiàn)陶瓷的精密加工。

目前，有一種激光輔助機械復(fù)合加工技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用，它由激光輔熱系統(tǒng)、數(shù)控車床和切削刀具組成。進(jìn)行激光特種加工時，首先使用激光瞬時加熱，使陶瓷表面局部軟化，再用刀具進(jìn)行切削，從而獲得連續(xù)切屑并降低切削力。

這種激光輔助機械加工技術(shù)對刀刃的熱影響較小，不僅能改善陶瓷表面質(zhì)量，也能提高刀具的耐用度。

激光切割加工

激光切割機陶瓷環(huán)配件

3.超聲特種加工

超聲特種加工是指在加工工具或加工材料上施加超聲波振動，在工具與工件之間加入研磨液，并以較小的壓力使工具與工件相貼壓。加工時，超聲振動的存在會迫使研磨液中懸浮的磨粒以很大的速度不斷撞擊被加工表面，從而產(chǎn)生材料去除效果，實現(xiàn)陶瓷的精密加工。

在工業(yè)陶瓷加工時輔以超聲加工技術(shù)，可有效地控制成本，提高加工效率，確保陶瓷工件具有良好的性能與質(zhì)量水平。

超聲加工原理示意圖

4.微波特種加工

微波加工是使用電磁波能量穿透介質(zhì)材料，并傳送到陶瓷內(nèi)部，從而使物體內(nèi)各分子互相碰撞和摩擦，使物體發(fā)熱、熔融甚至汽化，進(jìn)而實現(xiàn)陶瓷材料的去除。

微波加熱具有熱應(yīng)力小、效率高、加熱速度快的特點，廣泛地應(yīng)用于陶瓷刻蝕和精密加工。利用微波特種加工陶瓷時，通常首先通過微波產(chǎn)熱使陶瓷材料局部熔融，再輔助刀具切削裝置進(jìn)行機械加工，從而提高陶瓷的可加工性，實現(xiàn)精密加工。

03復(fù)合加工技術(shù)

隨著對工業(yè)陶瓷加工質(zhì)量的需求不斷提高，要求陶瓷加工可以實現(xiàn)微細(xì)加工或者納米加工，而傳統(tǒng)的加工技術(shù)存在尺寸精度低、表面光潔度差等缺陷，因此復(fù)合加工技術(shù)應(yīng)運而生。復(fù)合加工技術(shù)能獲得較好的加工質(zhì)量和較高的加工效率，現(xiàn)已成為工業(yè)陶瓷加工技術(shù)的發(fā)展主流。目前，應(yīng)用比較成熟的工業(yè)陶瓷復(fù)合加工技術(shù)有水射流輔助激光精密加工技術(shù)、電解電火花復(fù)合加工技術(shù)和高溫化學(xué)腐蝕加工技術(shù)。

而傳統(tǒng)的磨削加工存在加工效率低，砂輪磨損嚴(yán)重等缺陷。隨著先進(jìn)加工技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合磨削加工技術(shù)也出現(xiàn)了多種方式。其中應(yīng)用最廣的主要有超聲輔助磨削、激光預(yù)熱輔助磨削、復(fù)合磨削加工技術(shù)、電火花磨削加工和振動輔助磁力研磨等。

04總結(jié)

由于陶瓷材料具有特殊的優(yōu)良性能，可廣泛應(yīng)用于高速、高溫、腐蝕性介質(zhì)等金屬材料無法滿足要求的特殊場合，但由于其硬度高、脆性大、耐磨性好，很難實現(xiàn)高精度、高效率和高可靠性的加工，從而限制了它的應(yīng)用和發(fā)展，上述各種陶瓷加工方法各有其優(yōu)、缺點，但又不能互相取代。加工陶瓷材料時應(yīng)根據(jù)材料種類、工件外形及精度、本錢、效率等因素，選擇合適的加工方法。

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