隨著微電子技術和信息技術的快速發(fā)展，新材料產(chǎn)業(yè)應用領域的重點已經(jīng)從結構材料轉向功能材料，尤其在先進陶瓷材料應用方面，具有不同性能的陶瓷材料相繼實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，逐步成為高技術發(fā)展的重點關鍵材料。但由于大部分先進陶瓷屬于硬脆材料，加工難度很大，其最終加工精度、表面加工質量和損傷層深度，直接對終端產(chǎn)品的性能產(chǎn)生影響，因此，先進陶瓷在加工過程中選擇的工藝方法就尤為重要。

一、傳統(tǒng)機械加工

目前，機械加工是先進陶瓷加工技術應用最為廣泛的的加工方法。機械加工主要包括車削、切削、磨削、鉆孔等。其優(yōu)點是工藝簡單，加工效率高。缺點是由于陶瓷材料的高硬、高脆，機械加工難以加工形狀復雜、尺寸精度高、表面粗糙度低、高可靠性的先進陶瓷部件。

1、車削加工

車削加工主要是用金剛石刀具切削高硬度、高耐磨性的陶瓷。多晶金剛石刀具難以產(chǎn)生光滑的切削刃，一般只用于粗加工；對陶瓷材料進行精車時，使用天然單晶金剛石刀具，切削時采用微切削方式。由于工程陶瓷材料硬度和脆性非常大，車削難以保證其精度要求，加工效率低。

金剛石刀具

2、切削加工

切削加工是利用金剛石、立方氮化硼、硬質合金鋼等超硬刀具對陶瓷材料進行平面加工，通常采用濕法切削，即不間斷向刀具噴射切削液。由于加工過程中，材料表面受到機械應力作用，容易在材料表面產(chǎn)生凹坑、崩口、表面及表下層微裂紋。刀具、切削液的選擇，刀具切削進給速度、進給量等工藝參數(shù)的優(yōu)化，是目前先進陶瓷材料切削加工的研究熱點領域。

機床濕法切削

3、磨削加工

磨削加工是目前已有加工方法中應用最多的一種。磨削加工所用砂輪一般選用金剛石砂輪。

金剛石砂輪

4、陶瓷材料的鉆孔

 陶瓷發(fā)動機、航天航空、化工機械等工程領域，通常需要對材料進行孔洞等鉆削加工。尤其帶有螺紋的孔洞的加工是陶瓷材料加工工藝要求極高的工藝過程。目前機械鉆削方法只能加工數(shù)毫米的陶瓷孔洞。微小孔洞的加工需要超聲、激光、放電加工技術的復合加工。

二、先進加工方法

1、激光加工

激光加工是利用高能量密度的均勻激光束作為熱源，在加工陶瓷材料表面局部點產(chǎn)生瞬時高溫，局部點熔融或汽化而去除材料。

激光加工

其優(yōu)點是：

a 激光切割過程中只須定位而不需夾緊，無“刀具”磨損、無 “切削力”作用于工件上；

b 加工速度快，可切不穿透的盲槽，噪聲低、無公害，使板材的切割效率提高8～20 倍；

c 能實現(xiàn)極小縫寬的切割，節(jié)省材料20～30，可以大大降低生產(chǎn)成本；

d 加工精度高，產(chǎn)品質量可靠，還具有能縮短生產(chǎn)周期、可以進行選擇性加工、精密加工等優(yōu)點。

2、電火花加工

電火花加工又稱作電蝕加工或放電加工，是利用工具電極和工件電極問脈 沖放電時產(chǎn)生的電蝕現(xiàn)象對材料進行加工的一種無接觸式精細熱加工技術。電火花加工是制備高尺寸精度、低表面粗糙度、復雜形狀高性能陶瓷元件很有應用前景的加工技術。近年來發(fā)展起來的電火花加工新技術很多，其中在陶瓷加工方面應用最廣泛的主要有微細電火花加工、微細電火花切割加工、混粉工作液電火花鏡面加工等。

電火花加工原理

其優(yōu)點是

a 電火花加工在不降低材料表面質量的條件下可提高加工效率；

b 可以進行成形、穿孔和切割加工各種形狀復雜的先進陶瓷零件，完成傳統(tǒng)加工技術很難完成的工作；

c 脈沖放電持續(xù)的時間很短，冷卻作用好，加工表面的熱影響極小；

d 直接利用電能進行加 工，便于實現(xiàn)加工自動化。

3、超聲波加工

超聲波加工是利用產(chǎn)生超聲振動的工具，帶動工具和陶瓷元件間的磨料懸 浮液，沖擊和拋磨元件進行加工。常用的磨料是碳化硼、碳化硅和氧化鋁等。一般選用的工作液為水，為提高材料表面的加工質量，也可用煤油或機油作液體介質。

其優(yōu)點是

a 超聲波加工既不依賴于材料的導電性，又沒有熱物理作用，加工后工件表面無組織改變、殘余應力及燒傷等現(xiàn)象等發(fā)生；

b加工過程中宏觀作 用力小，適合于各種形狀要求復雜、不導電的硬脆材料；

c 加工過程中在元件上的作用力較小，材料表面產(chǎn)生較小的機械應力對材料的損 傷小、表面粗糙度好。

4、微波加工

微波是一種頻率范圍300MHz~3000GHz的電磁波，微波電磁能量能穿透介質材料，傳送到有耗物質的內部，并與物體的原子、分子互相碰撞、摩擦，從而使物體發(fā)熱、熔融甚至汽化。

其優(yōu)點是：由于微波加熱具有內外同熱、熱應力小、效率高、加熱速度快、成本低、具有選擇性等特點，因此被廣泛地應用于陶瓷燒結與焊接、化學合成與消解、刻蝕 鍍膜、手術殺菌、材料改性等方面。

5、拋光加工

拋光是加工方法中精度最高、表面質量也最好的加工方法。因此，目前拋光通常作為功能陶瓷元器件基片的最終加工方法，而平面拋光成為各種元件基片最常用也是最重要的加工方式。拋光加工方法主要包括界面反應拋光、非接觸拋光、電場和磁場拋光加工等。

拋光加工模型

a 界面反應拋光

當工件與磨粒摩擦界面處于高溫高壓狀態(tài)時，工件表面容易形成一層化合物 在表層深度極淺的反應物很容易通過研拋去除，最終可高效地獲得表面粗糙度為數(shù)納米以下的完美表面。界面反應拋光主要有化學機械拋光和水合拋光兩種方法。

b 非接觸拋光

非接觸拋光是指使工件與拋光盤在拋光過程中不發(fā)生接觸，僅用拋光劑沖擊工件表面，以獲得加工表面完美結晶性和精確形狀，去除量為幾個到幾十個原子級的拋光方法。

c 電場和磁場拋光加工

電場和磁場拋光加工是利用和控制電，磁場的強弱使磁流體帶動磨粒對工件施加壓力，從而對高形狀精度，高表面質量和晶體無畸變的表面進行加工的拋光方法，主要用于信息設備和精密機械、高性能元件的加工，通過對電磁場的控制也可以加工自由曲面。

三、先進陶瓷加工技術發(fā)展趨勢

1、采用復合加工，綜合各種加工方法的優(yōu)點相互取長補短；

2、降低制造成本，提高加工效率和一致性，采用超精密機械設備，以磨代拋光是趨勢之一；

3、利用計算機仿真技術、圖象處理技術、光學測量技術等新技術，深入完善加工機理的研究，研究新的加工原理，提高加工效率和加工質量；

4、采用計算機控制和在線檢測技術，提高加工精度、拋光效率以及一致性。

作者：李波濤

參考資料：1.《功能陶瓷超精密加工技術的現(xiàn)狀與發(fā)展》，袁巨龍、呂冰海等