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氧化锆陶瓷进行精密加工的方法有哪些?

发布时间:2022-08-27 浏览:5次 责任编辑:深圳2022注册领彩金白菜网科技有限公司

  氧化锆陶瓷具有陶瓷材料共同的高硬度、高脆性和低断裂韧性等特点,使陶瓷材料在加工过程中很容易产生变形层、表面/亚表面微裂纹、材料粉末化、模糊表面、相变区域、残余应力等缺陷限制了陶瓷材料应用范围的进一步扩展。那么氧化锆陶瓷进行精密加工的方法有哪些?



  一、氧化锆陶瓷侧梳磨削加工技术


  磨削加工作为陶瓷机械加工的主要手段,也是目前氧化锆陶瓷的主要机械加工方法。随着鑫腾辉数控不断深入和发展,不断研发氧化锆陶瓷侧梳CNC加工机床以及研发氧化锆陶瓷侧梳的加工方法,磨削加工方法也在不断的变化和更新。下文将对磨削加工理论及相关工艺进展做简单整理。


  1、延性域磨削加工技术


  延性域磨削技术主要是针对脆性材料而言,致力于追求无损伤的磨削。在磨削脆性材料时,切屑的形成与磨削金属等塑性材料类似,“切屑”通过剪切的形式被磨料从集体上切除下来,磨削后的表面和亚表面没有裂纹形成,也没有脆性剥落时的凹凸不平现象产生,避免了亚表面裂纹的发生,是一种损伤极小的磨削方式,在陶瓷、玻璃、光学和半导体领域有广阔的应用前景。


  主要采用陶瓷专用雕铣机和磨床,通过控制磨削深度,使脆性材料以延性域的模式去除,也就是脆性材料的磨削机制由原来的脆性断裂变为塑性流动,选择合适的磨削参数及砂轮的特性参数,来取得较好的加工表面。


  两种脆性材料的去除机理:a脆性断裂去除,b塑性流动去除


  塑性和脆性是硬脆材料的两个及基本性质,在常规条件下,硬脆材料其屈服强度与断裂强度非常接近,因此加工时,磨粒和材料接触区的应力首先达到断裂强度,形成裂纹尖端,裂纹尖端扩展形成裂纹,最后断裂生成磨屑,加工表面损伤严重,亚表面残留一定深度的裂纹,见上图a。当去除材料的未变形厚度减小到临界值以下,就会出现脆性延性转变,磨料和陶瓷材料的接触区应力首先达到剪切强度极限,产生塑性流动,进而形成切屑,从而实现延性域加工,见上图b。


  采用粒度为W0.5微粉金刚石砂轮对氧化锆陶瓷的磨削实验表明,在砂轮线速度Vs=11.8m/s,进给速度V1=40mm/min,可获得表面粗糙度Ra=3nm的超光滑镜面。厚度较小氧化锆陶瓷工件采用普通磨削时会由于微小震动产生裂纹,而延性域磨削是加工陶瓷材料无损加工的一种方式。


  二、氧化锆陶瓷侧梳磨削加工用金刚石磨具


  氧化锆陶瓷侧梳属于高硬脆难加工材料,金刚石磨具是其常用的磨削加工工具。按结合剂的不同金刚石砂轮一般可以分为树脂结合剂金刚石砂、陶瓷结合剂金刚石砂轮和金属结合剂金刚石砂轮。


  1、树脂结合剂金刚石砂轮多采用热固性树脂,具有固化温度低、制备相对简便等优势,主要用于磨孔、外圆磨及平面磨等。


  2、金属结合剂金刚石砂轮其结合剂和磨料的结合力强,韧性好,能承受较大的载荷,已经在硬脆材料复杂型面磨削、精密和超精密磨削领域得到了应用。


  3、陶瓷结合剂金刚石砂轮具有较高的弹性模量及较低的断裂韧性,它的结合强度高于树脂结合剂金刚石砂轮,自锐性优于金属结合剂金刚石砂轮,被广泛应用于加工陶瓷、玻璃、硬质合金等材料。