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氧化铝陶瓷有哪些加工方法 - 淄博赢驰陶瓷新材料有限公司

浏览数量: 8     作者: 本站编辑     发布时间: 2025-08-21      来源: 本站

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氧化铝陶瓷是一种高性能陶瓷材料,具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优良特性,但由于其脆性大、硬度高(莫氏硬度可达 9 级,仅次于金刚石),加工难度较大。以下是氧化铝陶瓷常见的加工方法,涵盖从毛坯到精密成型的多个环节:

一、成型加工(毛坯制备)

成型是将陶瓷粉体加工为具有一定形状的素坯(未烧结的坯体)的过程,是后续加工的基础,常见方法包括:


  1. 干压成型
    • 原理:将氧化铝粉体装入模具,通过压力机施加轴向压力,使粉体致密化形成素坯。

    • 特点:设备简单、效率高,适合加工形状简单的中小型制品(如垫片、衬套),但压力分布不均可能导致素坯密度不均。

    • 适用场景:批量生产简单几何形状的零件。

  2. 等静压成型
    • 原理:将粉体装入弹性模具,置于高压容器中,通过液体或气体介质施加均匀的各向压力,使粉体均匀致密。

    • 特点:素坯密度高且均匀,可加工大型或复杂形状制品(如大型陶瓷管),但设备成本较高。

    • 优势:减少成型缺陷,提高坯体强度。

  3. 注浆成型
    • 原理:将氧化铝粉体与水、粘结剂等混合制成浆料,注入多孔模具(如石膏模),利用模具吸水使浆料在表面凝固成型,去除多余浆料后得到素坯。

    • 特点:适合加工形状复杂、薄壁的制品(如异形管件、陶瓷坩埚),但生产周期较长,精度受模具影响较大。

  4. 挤出成型
    • 原理:将可塑性粉体(添加粘结剂、润滑剂)通过挤出机的螺杆或活塞加压,从特定形状的模具口挤出,形成长条状或管状素坯。

    • 适用场景:生产棒材、管材、蜂窝状结构等连续形状的制品,如陶瓷过滤管。

二、烧结加工(致密化)

素坯需经过烧结(高温热处理)才能获得高强度、高密度的陶瓷制品,烧结是决定氧化铝陶瓷性能的关键步骤:


  • 原理:在高温(通常 1500~1700℃,随氧化铝纯度提高而升高)下,粉体颗粒通过扩散、融合实现致密化,消除孔隙,形成坚固的陶瓷结构。

  • 影响因素:烧结温度、保温时间、升温速率、气氛(通常为空气)等,直接影响制品的致密度、强度和硬度。

  • 注意事项:烧结过程中会伴随体积收缩(约 10%~20%),需提前设计模具尺寸以补偿收缩。

三、精密机械加工(烧结后加工)

烧结后的氧化铝陶瓷硬度极高,传统金属加工刀具难以切削,需采用特殊方法进行精密加工,以满足尺寸精度和表面质量要求:


  1. 金刚石工具加工
    • 金刚石砂轮磨削:利用金刚石砂轮(树脂结合剂、陶瓷结合剂等)对陶瓷表面进行磨削,可获得较高的尺寸精度(±0.01mm)和表面光洁度(Ra≤0.1μm),是最常用的加工方法,适合平面、外圆、内孔等表面加工。

    • 金刚石刀具切削:仅适用于相对较软的陶瓷(如低纯度氧化铝陶瓷),采用金刚石单晶刀具进行微量切削,适合简单平面或曲面加工。

  2. 超声波加工
    • 原理:利用超声波振动(频率 16~25kHz)带动工具头(如金刚石磨头)高频冲击工件表面,同时喷射磨料悬浮液(碳化硅、氧化铝磨料),通过磨料的冲击和研磨作用去除材料。

    • 特点:适合加工复杂形状(如异形孔、沟槽、型腔),加工应力小,不会产生裂纹,但效率较低。

    • 适用场景:精密模具、传感器陶瓷零件的异形结构加工。

  3. 激光加工
    • 原理:利用高能激光束(如 CO₂激光、YAG 激光)聚焦于陶瓷表面,通过热作用(熔化、气化)去除材料,实现切割、打孔、划线等加工。

    • 特点:非接触加工,无机械应力,可加工极小孔径(φ0.01mm 以上)和复杂图案,但加工边缘可能产生微裂纹,需后续处理(如退火)。

    • 优势:适合高精度、高复杂度的微结构加工,如陶瓷传感器的微孔阵列。

  4. 电火花加工(EDM)
    • 原理:利用脉冲放电产生的高温熔化并蚀除导电陶瓷材料(部分氧化铝陶瓷可通过掺杂实现导电),通过电极形状复制出所需结构。

    • 局限性:仅适用于导电陶瓷,对绝缘氧化铝陶瓷不适用,应用范围较窄。

  5. 水射流加工
    • 原理:通过高压泵将水与磨料(如石榴石)混合,以高速(约 800~1000m/s)喷射到陶瓷表面,依靠动能冲蚀去除材料。

    • 特点:无热影响区,适合切割厚壁或脆性较大的陶瓷制品,但精度略低于激光加工。

四、表面处理加工

为改善氧化铝陶瓷的表面性能(如耐磨性、润滑性、导电性),常进行以下表面处理:


  • 抛光:使用金刚石研磨膏、氧化铈等磨料进行机械抛光或化学机械抛光(CMP),获得镜面效果(Ra≤0.01μm),常用于光学陶瓷或精密密封件。

  • 涂层:通过气相沉积(PVD/CVD)、等离子喷涂等方法,在表面制备金属涂层(如镍、铬)或陶瓷涂层(如氧化锆),提高耐磨性或导电性。

  • 蚀刻:利用氢氟酸等化学试剂对表面进行选择性腐蚀,形成微结构(如纹理、凹槽),用于传感器或微流体器件。

总结

氧化铝陶瓷的加工需根据制品的形状、尺寸精度、性能要求及生产批量选择合适的方法:


  • 简单形状、批量生产:优先选择干压成型 + 烧结 + 金刚石磨削;

  • 复杂形状、高精度:可采用注浆成型 / 等静压成型 + 烧结 + 超声波加工 / 激光加工;

  • 微结构或特殊表面:结合激光加工、蚀刻或涂层技术。


加工过程中需注意控制应力(避免开裂)和尺寸补偿(烧结收缩),以保证制品质量。


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