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复合精密陶瓷加工技术概述

复合精密陶瓷加工技术概述

随着对精密陶瓷加工质量的需求不断提高,要求陶瓷加工可以实现微细加工或者纳米加工,而传统的加工技术存在尺寸精度低、表面光洁度差等缺陷,因此复合加工技术应运而生。复合加工技术能获得较好的加工质量和较高的加工效率,现已成为精密陶瓷加工技术的发展主流。目前,应用比较成熟的复合陶瓷加工技术有水射流辅助激光精密加工技术、电解电火花复合加工技术和高温化学腐蚀加工技术。

精密陶瓷加工.png

一、水射流辅助激光精密加工

安徽建筑大学姚燕生等人于2018年研发了一种水射流辅助激光精密陶瓷加工的技术。他们搭建了旁轴射流与超声振动辅助激光复合加工系统,开展了多种参数下氮化硅水射流辅助激光刻槽对比试验。

这套精密复合精密陶瓷加工技术的工作原理是:采用激光烧蚀陶瓷材料时,由于激光穿越水层会使刻蚀深度有所降低;同时又由于水层的存在改变了加工区域能量分布,使得槽口变宽。复合加工时辅以超声高频振动能够促进产物的抛出和水解反应,提高了刻蚀速率。试验结果表明:在激光作用下精密陶瓷加工会发生水解效应,材料蒸汽和熔融粒子会沿水流动方向被带走,有利于表面质量的提高,其综合效果良好。

电解电火花复合精密陶瓷加工:电解电火花复合加工不同于传统的电火花加工放电机理,它通常使用含有电解质的工作溶液,在电极之间加上脉冲电压,使阴极表面会产生氢电子迁移,形成氢气气泡,生成放电通道。当场强超过气泡耐压强度时,气泡被击穿而产生放电现象,产生的电火花使阳极电蚀加工。

电解电火花复合精密陶瓷加工技术具有生产率高、加工精度高、表面质量较好等特点,通过控制电火花放电强度可以实现不同类型的加工。精密陶瓷在进行电解电火花复合加工时,要求工具电极和辅助电极分别接电源的负极和正板,电解液在导电作用和电化学反应下形成火花放电,以此来达到放电蚀除材料的目的。

高温化学腐蚀复合精密陶瓷加工:青岛理工大学刘善勇等人研究了一种高温化学腐蚀复合加工技术,它具有设备简单,加工过程不引入残余应力,无热缺陷和热影响区等优点。这种复合加工的工作原理是:选用KOH/K·CO;碱溶液在不同的条件下加工Sic陶瓷材料;陶瓷的高温化学腐蚀先以表面玻璃相黏结剂和杂质为主,能够快速降低样品粗糙度;随着化学反应的进行,Sic颗粒表面的缓慢腐蚀以渗透为主,通过控制腐蚀时间和溶液浓度,来实现陶瓷表面的精密加工。

这种高温化学腐蚀精密陶瓷加工技术与机械加工试样相比,高温化学加工后的样品不会出现裂纹,表面经简单清洗后没有反应物残留。

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