1.工程陶瓷有哪些性能和用途？

　　陶瓷制品在人们生活中到处可见，如各种陶瓷器、玻璃、水泥和耐火材料，统称为传统陶瓷。传统陶瓷是粘土、长石和石英等天然原料，经粉碎一成形一烧结而成的烧结体，其主要成分是硅酸盐。与传统陶瓷相比，工程陶瓷是以人工合成的高纯度化合物为原料，经精致成形和烧结而成。工程陶瓷具有传统陶瓷无法比拟的优异性能，故称为精细陶瓷，也称高级陶瓷或特种陶瓷。

　　工程陶瓷有很多种，主要分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷中有高温陶瓷和高强度陶瓷，包括高硬工具陶瓷。功能陶瓷包括磁性陶瓷、介电陶瓷、半导体陶瓷、光学陶瓷和生物陶瓷等。

　　工程陶瓷具有高抗压强度、高硬度、高耐磨性、耐高温、耐腐蚀、低密度和低的线膨胀系数、导热系数等优越性能，已越来越多地应用于化工、冶金、机械、电子、能源、航天及核动力等领域。

　　工程陶瓷可以用来制造轴承、密封环、活塞、凸轮、缸套、缸盖、燃汽轮机燃烧器、涡轮叶片、减速齿轮、耐蚀泵等。其应用领域正在不断扩大，同金属材料、复合材料一样，工程陶瓷正在成为现代工程结构材料的三大重要支柱之一。

　　2.工程陶瓷有哪些切削加工特点？

　　对于陶瓷材料，传统的加工方法是用金刚石磨轮磨削，还有研磨和抛光。随着烧结金刚石刀具的出现和易切陶瓷的开发，陶瓷材料的切削加工得到了日益广泛的应用。工程陶瓷的切削加工有以下特点：

　　(1)陶瓷材料具有很高的硬度，比如Al2O3陶瓷、TiC陶瓷的硬度可达HV2 250～3000，比硬质合金还要高，仅次于金刚石和立方氮化硼。工程陶瓷具有很高的耐磨性，除了易切陶瓷，一般工程陶瓷的切削，只有超硬刀具材料(金刚石和立方氮化硼)才能胜任。

　　天然单晶金刚石切削刃锋利，硬度高，耐磨性为Al2O3陶瓷的10倍，切削时热磨损很小。但天然金刚石有解理性，遇冲击或振动易破损，耐用度不高且价格昂贵。因此，一般用烧结金刚石(聚晶金刚石)作刀具材料，它是由人造金刚石微粒在高温高压下烧结而成的，硬度稍低于金刚石。

　　(2)陶瓷是典型的硬脆材料，其去除机理(见图12-1)是刀具刃口附近的被切材料产生脆性破坏，而不是像金属材料那样产生剪切滑移变形。加工后表面不会有由塑性变形引起的加工变质层，但切削时的脆性龟裂会残留在加工表面上，从而影响陶瓷零件的强度和工作可靠性。

　　(3)陶瓷材料的切削加工性，依其种类、制造方法的不同有很大差别。从机械加工的角度看，断裂韧度低的陶瓷材料容易被切削加工。陶瓷材料的断裂韧度与结构组成和烧结情况有关，烧结温度和压力越高，材料越致密，硬度越高，切削加工性越差，刀具耐用度越低。

　　(4)陶瓷材料常温下几乎无塑性。某些陶瓷只有在高温区才会软化呈塑性，产生剪切滑移变形。此时切削陶瓷材料也同切削金属一样，可以得到连续形切屑。SiO2玻璃的镜面加工就具有这种特点。

　　(5)切削陶瓷材料时的单位切削力比切削一般金属材料时大得多，刀具切入困难。应注意防止刀具破损，切削深度与进给量应小些。

　　(6)切削陶瓷材料时，刀具磨损严重。可适当加大刀尖圆弧半径，增加刀尖强度和散热性。切削用量的选择也影响刀具磨损。切削速度高、切削深度和进给量大都会增加刀具磨损。

　　3.怎样对Al2O3陶瓷进行切削？

　　Al2O3陶瓷的密度为3.83g/cm?，抗压强度为2800MPa，抗弯强度为300 MPa，硬度为HV2100～2200，即使在1200℃时，硬度仍可保持在HV1500。

　　切削Al2O3陶瓷可选用烧结金刚石刀具，φ13mm圆形刀片，γO=-15?～-10?。刃口研磨成γOl=-30?，bγ=0.05mm的负倒棱，以提高刀具耐用度。

　　在选择切削用量时必须考虑对刀具磨损的影响。切削速度高，切削深度和进给量大都会使刀具磨损VB值加大。因此，切削Al2O3陶瓷不宜选用很高的切削用量。一般νC=30～80m/min，ap=1～2mm，f=0.05～0.12mm/r。切削时浇注乳化液，以避免因切削温度高而使金刚石变软，金刚石微粒的切削性能因热化学作用而降低。

　　4.怎样对si3N4陶瓷进行切削？

　　si3N4陶瓷的常温硬度不如Al2O3陶瓷高，但高温硬度好，在900℃时的硬度是几种陶瓷中最高的。其抗压强度、抗弯强度也高于Al2O3陶瓷。si3N4陶瓷的导热系数约为Al2O3陶瓷的2.5～3倍，是所有陶瓷中最难加工的材料。如车削HV1600、抗弯强度为950MPa的si3N4陶瓷，当νC=10m/min时，切削不到10min，金刚石刀具的磨损就已超过0.1mm，切削刃出现剥落磨损。si3N4陶瓷的高温硬度很高，1000℃时仍保持HV1100。切削时径向分力很大，刀刃因强度不够易出现微小崩刃，加工表面出现凸凹不平，表面粗糙度值增大。

　　切削si3N4陶瓷可选用烧结金刚石刀具或CBN刀具。应特别注意加强切削刃，取γO=-15?。，刃口必须研磨，以提高刀具耐用度。使用CBN刀具可选择较高切削速度。使用较低的切削速度(νC＜50m/min)切削si3N4陶瓷时，可不加乳化液。低速湿切时，温度升高不多，陶瓷强度没有什么降低，刀具刃口附近的被切材料破坏规模加大，作用在刀具上的负荷也加大，使金刚石颗粒破损、脱落，因此应采用较小进给量，一般f＜0.1mm/r。

　　5.怎样对ZrO2陶瓷进行切削？

　　ZrO2陶瓷的硬度为HV1 853，比Al2O3、Si3N4陶瓷的硬度低，切削时刀具磨损小。在相同的切削条件下，切削ZrO2陶瓷时刀具后面磨损值只有切削Al2O3陶瓷的1/2，是切削Si3N4陶瓷的1/10。例如，当νc=20 m/min时，切削ZrO2陶瓷50 min后，后面磨损值VB≈0.04 mm，还可继续使用。而切削Si3N4陶瓷仅5min，后面磨损值VB就达0.12mm，且有微小崩刃产生。可见，ZrO2陶瓷的切削加工性比Al2O3和Si3N4好。切削时可选用较高的切削速度。车削时νc=50～100 m/min，铣削时可取νc=200～400m/min。切削时应浇注切削液。

　　6.怎样对型材易切陶瓷进行切削？

　　AlN系型材易切陶瓷是在云母系陶瓷基础上改进得到的，它以烧结后的型材供货，用户再进行加工成形。这种陶瓷由于在AlN基体中加入了微细的BN粒子而成均匀分散结构，大大改善了原云母系陶瓷材料强度低、导热系数小的缺点。它的抗弯强度比Al2O3陶瓷稍低些，可磨制出25μm厚的薄板。

　　AlN陶瓷导热性好，是现有陶瓷材料中导热系数最大的，为Al2O3陶瓷的5倍，不用冷却也可正常切削。AlN陶瓷的线膨胀系数低，尺寸精度较易控制。AlN陶瓷被称作“第二代易切陶瓷”，其切削机理也属于脆性破坏。切削时，被切材料在刀具刃口处产生裂纹，但分散的BN粒子阻止裂纹扩展，使其局限于微小区域内形成很细微的裂纹，使脆性大大改善，且可得到连续状切屑。

　　切削AlN陶瓷可采用硬质合金刀具，切削速度应比切削金属材料低些。车削小直径内螺纹宜用耐磨性好的烧结金刚石刀具。铣削时，因为是断续切削，应减小进给量，以减少崩刃。加工表面的切屑应及时清除，否则会加剧刀具磨损。平价好用眼霜有效哪种胶原蛋白效果好效果好的有效丰胸排行榜男士护肤品哪个好红血丝免疫调节哪个牌子好

　　7.有哪些高效切削陶瓷的方法？

　　(1)离子束加热切削：某些陶瓷材料可采用离子束加热切削。如硼硅酸玻璃及莫来石(3Al2O3、2SiO2)，当加热温度分别达到900 K(约630℃)和1200K。(约900℃)时，其切削机理由脆性破坏转变为塑性变形，这就是玻璃的高温软化机理。

　　si3N4陶瓷也可以采用加热切削。由于si3N4陶瓷硬度高、韧性好、耐热冲击，当加热到1470 K(约1200℃)时仍不产生裂纹，切屑一直呈流线型，表面粗糙度值较小。

　　(2)采用CBN刀具进行切削：CBN(立方氮化硼)刀具具有接近金刚石的硬度和抗压强度，热稳定性很高，其耐热性达1400℃～1500℃，比金刚石的耐热性(700℃～800℃)高出近一倍。CBN刀具具有较低的摩擦系数和良好的导热性，且其导热系数随着切削温度的提高而逐渐增加，使刀尖处切削温度降低，减小刀具的扩散磨损，有利于提高加工精度。

　　CBN刀具不适于低速切削，它是以负前角和高速切削时产生的高温，不断地软化切削区中极微小范围内的被切削材料来进行切削的。一般应选择较高的切削速度。用CBN刀具切削si3N4陶瓷时，νc=60～90 m/min，刀具磨损较小。CBN刀具脆性较大，强度和韧性差，切削时宜选择较小的切削深度和进给量。

　　8.采用PCD刀具切削陶瓷的实例有哪些？

　　陶瓷材料的加工，一般采用金刚石磨轮进行磨削，但生产效率低。如果采用PCD刀具进行切削加工，可明显地提高生产效率，降低生产成本。

　　(1)车削Al2O3陶瓷：采用?13mm圆形金刚石刀片，牌号为日本产的DA100。切削用量为：νc=30～60m/min，ap＝1.5～2mm，f=0.05～O.12mm/r。采用湿式切削，加工效率为5～14cm?/min，是金刚石磨轮磨削的3～8倍。

　　(2)铣削氧化铝陶瓷耐火砖：氧化铝陶瓷的密度为1.53g/cm?，抗压强度为1840MPa，抗弯强度为720MPa。采用DA100圆刀片，切削用量为νc=216m/min，ap＝0.5mm，进给量为f=0.05～0.12mm/z，切削48min，刀具只磨损0.1mm左右。

　　(3)车削氮化硅陶瓷：氮化硅陶瓷密度为3.15g/cm?，硬度为HV900～1000，抗弯强度为400MPa。采用?13mm圆刀片,νc=50～80m/min，ap＝1～2mm，f=0.05～0.2mm/r。加工效率为10～32cm?/min，是金刚石磨轮磨削的3～10倍。

　　9.工程陶瓷有哪些磨削特点？

　　尽管对工程陶瓷材料切削加工的研究取得了很大进展，但距完全实用化还相差甚远。目前，工程陶瓷的机械加工仍普遍使用传统的加工方法，即用金刚石磨轮磨削、研磨和抛光。磨削占工程陶瓷机械加工总量的20％，而切削加工只占10.4％。工程陶瓷的磨削有以下特点：

　　(1)磨轮磨损大，磨削比小：工程陶瓷的去除机理是脆性破坏，与磨削金属不同。金属材料是靠塑性变形生成连续切屑而去除的，而工程陶瓷则是靠脆性龟裂破坏产生微细粉末状切屑而去除的。粉末状切屑很容易磨损磨轮上的结合剂，造成金刚石颗粒脱落。被磨削的陶瓷材料断裂韧度越大，加给磨轮的力就越大，磨轮的磨损也就越严重。可见，断裂韧度大的陶瓷材料，磨削比小，磨削效率低。为了提高陶瓷机械零件的工作可靠性，必须改善陶瓷材料的性能，其中就包括提高陶瓷材料的断裂韧度。而断裂韧度的提高，必然使磨削更加困难。

　　(2)磨削力大，磨削效率低：陶瓷材料在磨削时，切向磨削力FC与径向磨削力FP的比值，比磨削钢时(FC/FP＝0.3～0.5)小得多，一般FC/FP＜0.1。磨削陶瓷材料时，径向磨削力FP大，作用于磨轮轴上的力就大，轴的弹性变形也随之加大，容易产生振动而影响加工表面质量，降低磨削效率。

　　(3)磨削后陶瓷零件强度降低：陶瓷零件的强度随着磨削条件不同而变化。影响强度变化的因素包括磨轮粒度、载荷作用时间以及周围气氛条件等。金刚石磨轮的粒度不同，磨后表面粗糙度不同，零件的抗弯强度也随之变化。当Si3N4、SiC、AlN等陶瓷零件表面粗糙度值约为1μm时，零件的强度就要降低。表面粗糙度值越大，抗弯强度越低。另外，载荷作用时间越长，陶瓷零件的断裂应力越小，强度越低。

　　10.磨削工程陶瓷时怎样选择金刚石磨轮？

　　工程陶瓷是高硬度材料，磨削时依靠磨粒切削刃的瞬间冲击使材料内部产生裂纹，产生脆性破坏而形成切屑。因此，应当选用颗粒最强韧、破碎最小的金刚石磨轮。

　　金刚石磨粒有天然金刚石磨粒(D)、人造金刚石磨粒(SD)和镀镍或铜的包衣人造金刚石磨粒(SDC)。天然金刚石资源少，价格昂贵，金刚石磨轮多用SD和SDC制造。

　　一般金刚石磨粒的种类是根据结合剂和磨削材料作相应选择的。树脂结合剂磨轮用较脆弱的磨粒；金属结合剂磨轮则需要强韧的磨粒；树脂结合剂用的SD磨粒显微组织为不规则晶体，性质脆弱，破碎性大；金属结合剂用的SD磨粒显微组织为短粗块状结构，性质强韧，破碎性小。SDC磨粒是用树脂结合剂在SD磨粒表面镀镍或铜，从而减少磨粒的表面缺陷，并通过增大磨粒的表面积来增加磨粒的保持力。SDC用的很多，在磨削Al2O3陶瓷时，磨削效率比使用SD磨粒高出两倍。

　　磨削工程陶瓷时，应根据陶瓷材料的种类选择不同结合剂的金刚石磨轮。一般情况下，金属结合剂磨轮适于磨削Al2O3、SiO2等氧化物系陶瓷材料；树脂结合剂磨轮适于磨削Si3N4和SiC等非氧化物陶瓷。

　　用金属结合剂磨轮磨削气孔率较大的76％Al2O3陶瓷时，单位宽度切除率约为树脂结合剂磨轮的两倍。而用金属结合剂磨轮磨削SiC陶瓷的效果却不如树脂结合剂磨轮，原因在于磨削这种高密度、高强度的非氧化物陶瓷时，磨粒切削刃的磨损比结合剂的磨损速度快，易引起“钝齿”现象，故用树脂结合剂磨轮效果好些。

　　11.提高陶瓷材料磨削效率的方法有哪些？

　　(1)采用新型金刚石磨轮磨削：开发和使用新型金刚石磨轮，是提高陶瓷材料磨削效率的有效途径。如特殊填料磨轮(见图12－2)，它是在磨轮结合剂中渗入一种特殊填料。用它对热压Si3N4陶瓷进行平面磨削，磨削比大幅度提高，同时也解决了原金属结合剂磨轮锋利度差的问题。磨削蓝宝石时，磨轮的耐用度比原金属结合剂磨轮提高30％，加工表面粗糙度值也减小了。

　　还有铸铁结合剂磨轮，它与树脂结合剂磨轮相比，允许背向吃刀量大，磨削比也大。铸铁结合剂磨轮价格便宜，取材方便，磨轮修整容易，修整效率比青铜结合剂磨轮高75％。

　　(2)复合磨削磨轮磨削法：此法是在磨轮侧面进行放射状导电处理，使磨轮和工件问产生脉冲放电。这是靠磨轮机械去除和靠放电熔化去除材料的复合磨削法。用此法磨削陶瓷，表面缺陷小，磨削效率高。

　　(3)超声波振动磨削法：用此法可在Al2O3陶瓷上(0.38mm厚)加工?1mm小孔，还可在0.5mm厚的Al2O3板材上加工?0.76～12mm的孔，每个孔的加工时间只需5～15s。还可以加工螺纹、沟槽、小深孔等。用空心钻具也可以加工数毫米直径的孔。