工程陶瓷材料孔加工技术的试验
先进陶瓷材料制备研究进展
图1溶胶-凝胶法制备BGs 的工艺流程图1前言先进陶瓷具有精细的结构，其化学键为离子键和共价键，键合能大，因而具有金属和高分子材料所不具备的高模量、高硬度、耐腐蚀等性能以及光、声、电等优异功能特性。
先进陶瓷优良的综合特性促使其广泛应用于电子、机械、计算机、医学工程、化工等各个领域。
近年来，先进陶瓷广泛受到材料科学工作者的关注。
随着先进陶瓷各种功能的开发，其市场规模将不断扩大，早在几年前先进陶瓷材料及其产品的销售总额就已超过500亿美元，年增长率达8%[1]。
随着高新科技的不断发展，先进陶瓷在某些高技术领域已成为关键材料和瓶颈材料，因而传统的经验技术已不能满足先进陶瓷的制备要求。
国内外学者对先进陶瓷材料的制备技术进行了大量研究[2-3]。
目前，先进陶瓷材料的制备不再是沿用传统的方法，而是采用与现代科技相结合的高新技术。
与传统的经验技术相比，高新技术制备的先进陶瓷尺寸精度高、结构均匀、致密度高、机加工量少，由此取代传统技术成为目前先进陶瓷材料制备的主流技术。
鉴于此，有必要对该材料的先进制备方法进行归纳分析，以期为先进陶瓷的制备、研究和生产提供参考。
2先进陶瓷素坯的制备技术事实上，与传统固相反应法相比，溶胶-凝胶工艺的反应温度低，粉体高度均匀，纯度可达化学纯[4-5]，并且可在溶液中对陶瓷薄膜或纤维的形状进行修饰[6-7]，具有优越的控制能力。
采用溶胶-凝胶法制备氧化铝陶瓷晶粒,可以缩短反应时间，并使各晶面产生各向异性，有效控制晶粒的形状。
按照工序，将氧化铝粉体配制成具有流动性的液态流体，在装有透射式X 射线测厚仪的流延机上进行流延成型，可制得厚度仅为10um，误差不超过1um 的高质量超薄型氧化铝陶瓷基片。
BGs 是一种多孔陶瓷材料，能够与骨等软硬组织结合，对宿主的伤害小[8-11]。
Eshsan Vafa 等[12]从苹果当中提取自制醋为催化剂，用溶胶-凝胶法合成了BGs，其流程如图1所示。
以往的研究表明，商业BGs 颗粒的粗糙度、孔隙率和均匀度都小于用溶胶-凝胶法制备的BGs 颗粒[13-14]。
碳化硼陶瓷电火花小孔加工精度的工艺研究
供依 据 。因此 ，该 项研究对 碳化硼 陶瓷孔 的应用 很
有意义 。
３１２ 电极 的影 响 ．．
电极 的质 量 、外径一致 性及直度 直接影 响孔 的 尺寸精度 ：电极 的内孔不一致 会 引起 冲液 的压力 和
流量 的变化 ，对孑 加工精度的影响也是不容忽视 的。 Ｌ
２ 试 验 条 件
电火花加 工是一 种用加工 导电工程 陶瓷材料 的有效 途径 。研究证 明 ，电火花放 电加工方 法能 够
对 电阻率＜ ０ ｃ （ １０ｎ・ｍ 电导率＞ ． ／ Ｏ０ ｓ ｍ）的材料进 １ ｃ 行低成 本的加工ｌ 目前 ，国内外对 电火 花加工碳 ４ 。 化硼 陶瓷小孔 的研究还 比较少 。基 于碳化 硼陶瓷 的 优 良特性 和 良好 的应用前 景 ，作者对 该方 法进行 了 研究 ，深入研究 电火花加工 的基本 工艺参数 对碳 化
第 ２ 卷 第 １ 期 ８ ２
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文 章编 号 ：０ ７ ｌ８ （叭 １１— ０ １０ １０ 一 ０２ ）２ ０ ５ － ６ １
碳化硼陶瓷电
＼ 口 孑 工精度的工艺研究
邵 明 东， 郭 疆，孙 继 明
（ 中国科 学院 长春 光学精 密机械 与物理研 究所 ，吉林 长春 １０ ３） ３０３
外工程 陶瓷孔加工普遍 采用激光 加工 、超声振动 加
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第 ２ 卷 第 １ 期 ８ ２
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工等技术 ，激光加工可能引起工件 的热 和化学反应 。 超声 振动加 工无 残 留应力 、也不 产 生细微 裂 纹， 但 是加工效率很低 ］ － ３ 。
陶瓷材料磨削加工的技术研究与发展现状
陶瓷材料磨削加工的技术讨论与进呈现状工程陶瓷具有很多优良的性能，比如较高的硬度和强度，很强的耐腐蚀、耐磨损、耐高温本领和良好的化学惰性等，因此在航空航天、化工、军事、机械、电子电器以及精密制造领域的应用日益广泛。
目前各发达国家如德、日、美、英等国特别重视工程陶瓷的开发及应用。
80时代以来，各国竞相投人大量的资金及人力，在工程陶瓷加工理论和技术、产品开发和应用等方面取得了很大的进展。
由于陶瓷材料的高硬度和高脆性，被加工陶瓷元件大多会产生各种类型的表面或亚表面损伤，这会导致陶瓷元件强度的降低，进而限制了大材料去除率的采纳。
对陶瓷高效磨削加工而言，根本目标就是在保持材料表面完整性和尺寸精度的同时获得最大的材料去除率。
目前陶瓷的加工成本己达到整个陶瓷元件成本的80%～90%，高加工成本以及难以测控的加工表面损伤层限制了陶瓷元件更广泛的应用。
陶瓷材料广阔的应用前景和多而杂的加工特性，都要求对陶瓷的磨削加工过程进行全面而深入的了解。
从上世纪90时代开始，国内外学者进行了大量的讨论，在陶瓷磨削的新型方式、陶瓷磨削的材料去除机理、磨削烧伤、磨削表面完整性等的影响因素、不同磨削条件的最佳磨削参数等多方面都取得了积极的讨论成果。
本文重要就陶瓷磨削的讨论现状及进展情形进行了归纳和总结。
1陶瓷材料磨削机理的进展1）磨削机理的讨论由于砂轮的磨粒尺寸、形状和磨粒分布的随机性以及磨削运动规律的多而杂性，给磨削机理的讨论带来了很大的困难。
在陶瓷磨削方面由于陶瓷的高硬度和高脆性，大多数讨论都使用了“压痕断裂力学”模型或“切削加工”模型来貌似处理。
20世纪80时代初，Frank和Lawn 首先建立了钝压痕器、尖锐压痕器和接触滑动三种机理分析讨论模型，提出了应力强度因子公式K=aEP/C2/3，依据脆性断裂力学条件KKC，导出了脆性断裂的临界载荷PBC＝CbK，他又依据材料的屈服条件ssY，导出了塑性变形模式下临界载荷PYYC=s3/g3（或PYYC=H3Y/g3）。
磨料水射流加工结构陶瓷及陶瓷基复合材料的研究
图7避免打磨过渡表面气孔等缺陷。
②根据《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》RCCM2000版+2002补遗J册要求对于换料水箱所有对接焊口焊后均需进行100%液体渗透和射线检验，任何裂未熔合、蜂窝状缺陷、未焊透或咬边，任何长度大于或e/3两值中较小者的气孔（e：壁厚），都应拒收，于管壁薄，稍微大一点的缺陷都有可能超标。
③经过后期的射线检验，5号机换料水箱的一次检验合格率由刚开始的83%到最后的96.5%，表4为工艺方法使用前和使用后透视对比。
表4工艺方法使用前和使用后透视结果对比类型未熔气孔夹渣合计/总数使用前使用后231241126/1455/1456结论从射线检验的结果表明，所采用的焊接工艺方法是可行的，焊接一次合格率从起初的83%到96.5%满足合同要焊接质量优良，变形量小，得到了广核业主的一致好同时也为广东火电在核电建设中创下了良好的口碑。
参考文献:[1]压水堆核岛机械设备设计和建造规则.RCCM2000图6焊接顺序焊接示意图图1磨料水射流设备的示意图[6]通过增压系统，可将水压提高至700MPa，甚至以上。
高压水通过水路系统进入喷头，主要在真空卷吸作用下，磨料与高压水在喷头内的混合腔内混合后，从仅有数十微米到几毫米的混合喷嘴中喷出，其速度可以达到音速的两、三倍。
根据动能方程（式1），动能与速度的平方成正比，因此磨料水射流具有极高的动能。
（其中E磨料-磨料的动能的质量（kg）；P-压力（Pa）；ρ（m/s2）；Q-流量（m3/s）。
遇到陶瓷靶材后，巨大的磨料水射流的动能造成陶瓷磨料水射流切割陶瓷基复合材料的研究报道较少，磨料水射流是否适用于加工陶瓷基复合材料仍没有定论。
这也限制了使用磨料水射流加工陶瓷基复合材料。
参考文献:[1]CARTER C B,NORTON M G.Ceramic materials:engineering [M].New York:Springer,2013.[2]KRENKEL W.Ceramic matrix composites:fiber reinforced ceramics and their applications [M].Darmstadt John Wiley [3]LOW I -M.Advances in ceramic matrix composites Cambridge:Woodhead Publishing,2014.[4]FOLKES J.Waterjet —An innovative tool for manufacturing （a ）磨料水射流喷射方向平行于复合材料内的纤维轴线时，材料钻孔出口处的形貌（b ）磨料水射流喷射方向垂直于复合材料内的纤维轴线时，材料钻孔内的形貌图2。
钻削工程陶瓷时的金刚石磨粒磨损特征研究
ｌ ． 簿壁钻头 ２带水槽的压板 ３ ． ． 工件 ４ Ｄ － ４ ． Ｃ Ｃ Ｍ通用测力仪 ５ Ｓ ． 石墨块 ６ ． 压紧螺栓
圈 １ 实验装置示意圈
圈 ２． 钎焊薄璧钻头
裹 Ａ ， ｌ 工程 甯瓷材料特性
圈 ３ 三 维 视 频 显 徽 系 统
轴 向力和扭矩大小 ， 并及 时地统计钻头端面磨粒 的磨损状
损形 式为完整、 磨平、 微破碎 、 宏观破碎和脱落 ； 磨粒的磨损形态与轴向力和扭矩之 间具有一 定的相 关性 ， 同时， 向力及 轴 扭矩 的变化又会加速磨粒 的磨损 。并在此基础上 ， 初步讨论 了磨 粒的形貌与 陶瓷材料的去除方式之 间的联 系。
【 关键词１钎焊 ； 金刚石薄壁钻 头； 钻削工程 陶瓷； 粒磨损 ； 向力和扭矩 磨 轴
光、 超声振动和水射流等特 种加 工技术 。利用传统 机械加 径为 １０ｍ； 料为镍 基合金 粉末 ， ７ｕ 钎 采用 高频感应加热 方
工方法钻削 工程陶瓷 ， 多采 用金刚石 掏料钻 ， 钻头 的制 备 式 ， 在真空环境下钎焊 时间 １ｓ ４。钎焊后 的钻头样品如图 ２
方法有烧结和 电镀两种 ，但无论是烧结还是 电镀金 刚石工 所示 ， 钻头端 面单位 面积上 的金刚石数 目为 ２／ｍ 。 ０ ２ 工件 ｍ
具， 由于工具基体无法给金刚石磨粒提供足够 的把持力ｆ］ 材 料 为 ９ ％的 Ａ２ ３工 程 陶 瓷 ，尺 寸为 ２ ． ３５× ｌ， － ３ ０ １０ ３ ５×２ ． 且磨粒 的出露高度有限 ， 在钻削过程 中金 刚石 钻头 磨粒 磨 １ｒ 氧化铝工程陶瓷的主要性能指标见表 １ ０ ｍ， ａ 。实验 中用
作 者简介 ： 国音 （ ９７ ） 男， 张 １７－ ， 安徽桐城人 ， 州学院物理 与机 电工程 系讲 师， 池 华侨 大学在 读博士研 克生 ， 主要研克方 向为硬 胞性材料
陶瓷复合构件的钻削力试验研究
陶瓷 复 合 构 件 的钻 削 力试验 研 究
郑 雷① 王保卫① 冯 宝富① 袁军 堂② 汪振 华②
（ ①鲁东大学先进制造与 自动化技术重点实验室， 山东 烟 台 ２４２ ； ６０ ５ ② 南京理工大学机械工程学院， 江苏 南京 ２０ ９ ） １０ ４
ｐ ｎ ｎ ｓ ｎ ｈ ａ ｏ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｈ ｐ ｃａ ｕ ｐ ｓ ｃ ｉ ｅ ｏ ｅ ｔ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｍｅ ｔ ｅ ｅ ｏ ｉ ｇ ｔ ｅ ｓ ｅ ｉ ｌ ｒ ｏ ｅ ｍａ ｈ ｎ ． ｐ
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ｃ ｍｐ ｓ ｅ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ａ ｅ ｐ ｙ ｓｕ ｉ ｄ ｏ ｈ ｒ ｌ ｇ ｆｒ ｅ ｖ ｒａｉ ｎቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｃ ａ ａ ｔｒｓ ｃ ， ｈ ｏ ｇ ｒｌ ｎ ｏ ｏ ｉ ｏ ｏ ｅ ｔ ，ｗ ｓｄ ｅ ｌ ｔ ｄ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｌ ｎ ｏ ｃ ａ ｉｔ ｈ ｒ ｃ ｅ ｔ ｓ ｔ ｒ ｕ ｈ ｄ ｌ ｇ ｔ ｉ ｉ ｏ ｉ ｉ ｉ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｅ ａ ｃ ／ＧＦ ／ａｕｍｉ ｕ ａ ｌｙ ｌ ｍｉ ａ ｅ ｏ ｅ ｃ ｒ ｍｉｓ ＲＰ ｌ ｎ ｍ ｌ ａ ｎ ｔ ｃ ｍｐｏ ｉ ｏ ｏ ｓｔ ｃ ｍｐｏ ｅ ｔ ｓ ａ ｔ ｐ ｃ ｌ ｘ ｍｐ ｅ ｏ ｅ ａ ｃ ｅ ｎ ｎ ，ａ ｙ ｉ ａ ｅ ａ ｌ ｆ ｃ ｒ ｍｉ
国内外先进陶瓷材料加工技术的进展
国内外先进陶瓷材料加工技术的进展300072 天津大学高温陶瓷材料及工程陶瓷加工技术教育部重点实验室 于思远 林 滨 林 彬摘要 随着先进陶瓷材料的开发和应用,陶瓷材料的加工技术受到人们的普遍观注,本文查阅了近二十年来有关的文献资料,对国内外陶瓷材料加工技术的研究成果进行了系统地综述,并着重从材料的去除机理,优质高效加工新工艺及加工工艺装备三方面介绍了陶瓷材料的切削加工,磨削加工,研磨,抛光和孔加工技术的进展。
先进陶瓷是采用优化配方和精细生产工艺制造,具有优良的机械、物理性能的陶瓷材料,许多性能是金属材料无法比拟的,而且与传统陶瓷不同,在70-80年代,先进陶瓷由于其优良的耐高温抗磨损性能在电子和光学高科技器件中应用日益广泛。
近年来随着材料机械性能的改进,先进陶瓷作为机械结构零件新材料也显示出广阔的应用前景和巨大的市场。
CIRP文献报导,到2000年日本先进陶瓷材料和器件的销售额将达到300亿日元,尤其是具有优良热性能的Si3N4, SiC非氧化物陶瓷的应用,将有更加快速的增长,由此可见这一诱人的应用前景。
从毛坯到产品,陶瓷材料需要二次加工,但由于硬脆特性,陶瓷的加工性比多属材料困难得多,因此需要开发优质高效的陶瓷加工新工艺新技术。
先进陶瓷的加工,涉及到陶瓷材料的性能,加工技术,检测,连结和涂覆等许多方面,本文由于篇幅所限,只重点介绍先进陶瓷的切削加工,磨削加工,研磨抛光和孔加工技术等方面的进展。
1 先进陶瓷材料的切削加工1.1 切削机理的研究·1980年,日本学者杉田忠彰,根据线性断裂力学原理,研究了陶瓷切削过程的材料去除机理,提出了材料去除的三种模型:(1)不稳定裂纹扩展型,(2)裂纹残留型,(3)塑性变形型。
他研制成功微细切削装置,放在SE M中直接观察了〈30-1000〉倍倍率下裂纹的产生,扩展和材料去除的脆性断裂过程。
·1983年,日本Kanazawa大学,K.Ueda利用断裂力学理论,初步探讨了材料的脆性断裂和塑性流动的关系,研究了材料塑性流动时的切削。
工程材料学第9章 陶瓷材料
四、陶瓷的典型组织结构
包括三种相：晶体相、玻璃相、 包括三种相：晶体相、玻璃相、气相 1.晶体 1.晶体 晶体相是陶瓷的主要组成相， 晶体相是陶瓷的主要组成相，主要有 硅酸盐、氧化物和非氧化合物等。 硅酸盐、氧化物和非氧化合物等。它们 的结构、数量、形态和分布， 的结构、数量、形态和分布，决定陶瓷 的主要性能和应用。 的主要性能和应用。硅酸盐是是陶瓷组 织中重要的晶体相， 织中重要的晶体相，结合为离子键与共 价键的混合键。 价键的混合键。 陶瓷在室温下的组织
（1）原料制备 矿物原料经拣选、粉粹后配料、混合、磨细得到坯料。 矿物原料经拣选、粉粹后配料、混合、磨细得到坯料。 （2）坯料成形 ） 将坯料加工成一定形状和尺寸并有一定机械强度和致密度的半成 包括可塑成形（如传统陶瓷） 注浆成形（如形状复杂、 品 。 包括可塑成形 （ 如传统陶瓷 ） ， 注浆成形 （ 如形状复杂 、 精 度要求高的普通陶瓷）和压制成形（如特种陶瓷和金属陶瓷） 度要求高的普通陶瓷）和压制成形（如特种陶瓷和金属陶瓷）。 （3）烧成与烧结 ） 干燥后的坯料加热到高温，进行一系列的物理、 干燥后的坯料加热到高温，进行一系列的物理、化学变化而成瓷 的过程。 烧成是使坯件瓷化的工艺（ 的过程 。 烧成是使坯件瓷化的工艺 （ 1250℃～ 1450℃） ； 烧结是 ℃ ℃ 指烧成的制品开口气孔率极低、而致密度很高的瓷化过程。 指烧成的制品开口气孔率极低、而致密度很高的瓷化过程。 （4） 陶瓷烧结的后处理 ） 表面施釉：是通过高温加热， 表面施釉：是通过高温加热，在陶瓷表面烧附一层玻璃状物质使 其表面具有光亮、美观、绝缘、防水等优异性能的工艺方法。 其表面具有光亮、美观、绝缘、防水等优异性能的工艺方法。 （5）陶瓷的加工 ） 为改善烧结后的陶瓷制件的表面光洁度、 为改善烧结后的陶瓷制件的表面光洁度、精确尺寸或去除表面 缺陷等，常利用磨削、激光以及超声波等加工方法对其进行处理 工方法对其进行处理。 缺陷等 ， 常利用磨削 、 激光以及超声波等加 工方法对其进行处理 。
陶瓷基复合材料超声振动辅助加工技术研究现状
陶瓷基复合材料超声振动辅助加工技术研究现状
韩蕾;史振宇;袭建人;杨晓涛;张成鹏;王继来
【期刊名称】《工具技术》
【年(卷),期】2024(58)3
【摘要】陶瓷基复合材料具有高硬度、高强度、高耐磨性和耐腐蚀性等一系列优点,在航空航天、特种防护等领域具有极大的应用前景,同时陶瓷基复合材料的高精度高效率加工依靠传统机械生产方式难以实现。
超声振动辅助加工技术在陶瓷基复合材料的深小孔、薄壁和复杂型面加工等领域应用日益广泛,并形成了特有的行业体系,是精密、超精密制造领域发展的重要方向。
针对近年来陶瓷基复合材料的超声振动辅助加工技术的发展状况,概述了陶瓷基复合材料和超声振动系统的研究现状,系统介绍了陶瓷基复合材料加工领域超声振动辅助磨削、钻削以及旋转超声加工和微细超声加工的应用和研究现状,并对超声振动辅助加工技术的应用趋势进行了总结和展望。
【总页数】18页(P3-20)
【作者】韩蕾;史振宇;袭建人;杨晓涛;张成鹏;王继来
【作者单位】山东大学机械工程学院;山东大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG115;TG61;TH161.3
【相关文献】
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2.超声振动辅助干式钻削SiCf/SiC陶瓷基复合材料试验研究
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5.超声振动辅助铣磨加工工艺对C_f/SiC复合材料加工表面质量的影响
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实验九 陶瓷材料烧结工艺实验
实验九陶瓷材料烧结工艺实验姓名：许航学号：141190093 姓名：王颖婷学号：141190083系别：材料科学与工程系专业：材料物理组号：A9 实验时间：5月11号1实验目的1）掌握陶瓷主要制备工艺的原理、方法与一定的操作技能。
2）通过实验了解陶瓷产品的设计程序与工艺过程。
3）掌握制备陶瓷材料的典型工艺流程，包括配方计算、称量、混料、筛分、造粒、成型、排塑、烧结、加工、性能测试等4）利用实验找出材料的最优烧结工艺，包括烧结温度和烧结时间5）了解压敏陶瓷等功能陶瓷的制备和性能检测2 实验背景知识2.1陶瓷陶瓷（ceramics）是我们日常生活接触较多，在国民经济中有许多重要应用的无机非金属材料之一。
传统概念的陶瓷是指所有以粘土为主要原料，并与其他矿物原料经过破碎混和成型烧成等过程而制得的制品,主要是常见的日用陶瓷、建筑卫生陶瓷等普通陶瓷(ordinary ceramics )。
随着社会的发展，出现了一类性能特殊，在电子、航空、生物医学等领域有广泛用途的陶瓷材料，称之为特种陶瓷(specieal ceramics )。
所有的陶瓷（材料及其制品）都有其特定的性能要求。
如：日用餐具要有一定的强度（strength）、白度（whiteness）、抗热冲击性（热稳定性）；对于电瓷有强度和介电性能要求；而特种陶瓷对性能及其热稳定性要求更高。
陶瓷的性能一方面受到其本征物理量（如热稳定系数、电阻率、弹性模量等）的影响，同时又与其显微结构密切相关。
而决定显微结构和本征物理量的是陶瓷的组成及其加工工艺过程。
其中陶瓷组成对显微结构、性能起决定作用。
2.2 陶瓷材料制备工艺陶瓷材料制备的一般工艺流程如图1所示。
图1. 陶瓷材料制备的一般工艺流程2.2.1 配方设计陶瓷坯料（body material）一般是由几种不同的原料配制而成。
性能不同的陶瓷产品，其所用原料的种类和配比不同，也即所谓坯料组成或配方不同。
陶瓷成分设计原则有：1）根据科研需要或用户的要求确定产品（充分考虑产品的物理化学性能和实用性能要求）；2）参考前人的经验和数据；3）了解各种原料对产品性质的影响；4）应满足生产工艺的要求；5）了解原料的品位、来源和到厂价格。
工程陶瓷的加工技术
工程陶瓷的加工技术目前实际生产中对工程陶瓷所采用的精加工方法通常为机械磨削，仅限于加工平面和回转曲面，极大地限制了工程陶瓷的应用。
所以，目前陶瓷材料的加工技术已成为世界各国研究的热点。
1 研制开发特种加工工艺陶瓷材料的电火花(EDM)加工技术陶瓷材料EDM加工技术的难度远远大于一般金属材料，这是因为陶瓷具有较大的电阻率，超过EDM可加工范围(电阻率ρ<100Ω·cm)：再者陶瓷的熔点很高(Tm>2000℃)，增加了加工的困难。
因此，必须采取以下措施，才有可能实现陶瓷材料的EDM加工：①增大加工电压以提高单个脉冲能量，达到加强电火花蚀除能力的目的：②改进伺服系统信号分辨能力，使其能对开路、放电、短路状态及时作出正确判别，以适应陶瓷加工的特殊要求。
与金属材料相比，陶瓷的组织结构要复杂得多。
因此，电火花加工是一个极其复杂的电、热、流体、化学等综合作用的过程。
电火花成型加工及电火花线切割HP-SiC陶瓷是可行的，但加工速度很低(一般低一个数量级或者更多)。
因此，建议用电火花加工工艺作为HP-SiC陶瓷小余量的型腔、型孔加工或修整手段。
还有文献报道，现在用EDM加工陶瓷的速度已接近用EDM加工金属的速度。
最近进行的实验所用材料包括从高导电陶瓷到各种绝缘陶瓷，绝缘陶瓷在加工时表面喷涂了如Ti-C或Ti-N化合物等导电材料。
采用这么高的速度加工陶瓷减小了材料表面的微观裂纹，提高了加工件的拉伸强度，使常用于减少小批量零件磨削时间的无余量成形不再像过去那么困难。
陶瓷材料的激光加工技术激光用于陶瓷这样超硬材料孔的加工，功率密度为107～108W/cm2，作用时间为10-3～10-5s，经济效益显著。
目前用CO2激光器可在Al2O3陶瓷上打出精确的孔，加工成本大大降低。
采用英国Frumpt公司生产的TLF750 CO2激光器打孔，孔径为，位置公差。
在美国机械工程师年会上，有人提出，CO2激光束热加工可能成为取代目前采用金刚石磨料的陶瓷加工的一种新方法，可以提高铣削工效10～30倍。
【doc】材料孔隙结构测试技术一压汞法
材料孔隙结构测试技术一压汞法理论研究2011年第1期Number1in2011材料孔隙结构测试技术一压汞法韩瑜,郭志强,王宝民(大连理工大学建设工程学部,辽宁大连116024)摘要:多孔材料的物理性能,特别是强度和耐久性,主要取决于材料的孔隙结构.因此,评估多孔材料的孔隙结构特征对于全面准确地了解材料的物理性能具有重要的意义.压汞法是研究材料孔隙结构的重要方法之一,而压汞仪是主要仪器.本文结合实践操作经验,对AutoPore1V9500压汞仪的操作方法,试验注意事项进行了总结,希望能为读者进行压汞试验提供借鉴和参考.关键词:孔结构;测试技术;压汞法Materialporestructuretestingtechnique一一MeuryPorosimetryHANYu,GUOZhiqiang,WANGBaomin (FacultyofInfrastructureEngineering,Dalianl/niversityofTechnology,Dalian116024,Chi na)Abstract:Thephysicalproperties,especiallythestrengthanddurabilityoftheporousmateria ls,mainlydependonthemalerialporestructure.Therefore,evaluatingtheporestructurecharacteristicsoftheporousmaterialsisex tremelysignificantforthecomprehensiveand accurateunderstandingofmaterialphysicalproperties.MercuryPorosimetryisoneofthemo stvitalmethodstotestmaterialporestructure, biningwiththepracticalexperience,th eauthorsummarizestheoperatingmethods andexperimentalprecautionsofAutoPoreIV9500MercuryPorosimeter.Hopetoprovidereade~withthereferencefortherelevantexperiments.Keywords:Porestructure;Testtechnology;MercuryPorosimeterU刖吾压汞仪是利用压汞法测定材料内部微观气孔结构的先进仪器设备,具有所需样品量小,测试结果准确和重复性好等优点.压汞仪可用于分析粉末或块状固体的孑L尺寸分布,孑L隙率,总孔体积,总孔面积,样品表观密度和密度等,已直接用于检测水泥,陶瓷,混凝土,耐火材料,玻璃等无机非金属材料以及金属和部分有机材料内部微观气孔的分布状态;压汞仪还可用于研究材料内部微观气孔结构对材料性能的影响规律等领域.目前大多数压汞仪采用美国MIC(Micromertics)公司生产的AutoPoreIVSeries压汞仪.可测试储油岩,耐热材料,树脂,颜料,碳黑,催化剂,织物,皮革,吸附剂,药物,薄膜,过滤器,陶瓷,纸,燃料电池和其他粉末或块状固体,获得开放孔和裂隙的孑L尺寸分布,总孔体积,总孔面积,样品堆/真密度,流体传输性等物理性质.最大压力3.3万磅(228MPa),孔径测量范围5.5llm～360gm,有一个高压和两个低压站,进汞和退汞的体积精度小于0.1.1压汞法的基本原理压汞法的实质是把粉末体或多孔体通孔中的气体作者简介:王宝民(1973～),大连理工大学建筑材料研究所所长,副教授,博士. Email:***************.en15?混凝土技术ConcreteTechnology抽出,然后在外压作用下使汞填充通孔.压入多孑L材料的汞量与孑L径大小及分布情况有关.压汞压力与孑L径大小有关.定性地说,孔越小所需压汞压力也越大,反之亦然.也就是通常所说的高压NsI,~L,低压测大孔.压汞法首先是由里特fH.L.Ritter)和德列克(L_C.Drake)提出来的.它基于水银对固体表面的不可润湿性,要在外部压力作用下才能挤入固体小孑L,因此外部压力就可作为孔大小的量度.压汞法分析多孔固体材料的孔径分布在原理上是十分简单的,分为低压分析,高压分析两步.一般的程序是:首先要干燥样品试块,使得孑L隙中不含水分,然后称重,装入试管中,抽真空,利用管中的真空状态产生的负压导入水银,使试管充满水银.水银虽然呈液体状态,但它却不会像普通液体那样渗透到水泥试块中,因而只有当施加足够的压力时水银才会被注入试块的孔隙中去.进行高压分析时压汞仪以一种步进式的方式对水银施加压力,每一次步进加压所注入的水银由设备自动监控.一系列的步进压力值和对应的水银注入量为孔隙分布计算提供了基本数据.然而这些数据本身对孔隙分布的情况提供不了任何信息,要获得孔隙分布的信息,首先要建立一个合适的物理模型,常用的模型是圆柱型孑L隙模型,如图1所示.图1圆柱形孑L隙模型它要求:(1)试块所有的孔隙都是圆柱型的;(2)所有孔隙均能延伸到试块的外表面,从而和外部的水银相接触.着名的washburn公式就是基于这种圆柱型孔隙模型的,对于符合圆柱模型的多孔体系,可以用该公式来估算柱型孔隙的直径,该公式建立了注入水银所需的压力和孔隙直径之间的关系为:d=-4rcosO/P式中:d是被压入水银的柱状孔隙的直径;r是水银的表面张力;0是水银和样品表面的接触角;P是施加的压力.事实上除了人为特别加工处理的材料外,很少有材料符合这样的模型.这就意味着,基于washburn公式,用压汞仪采集的数据计算得来的孔隙分布和实际情况相去甚远,事实表明测得的大多数孔比他们的实际情况要sbl～2个数量级,而且用压汞仪数据得到的孔径分布曲线也只是反映了水银被注入的物理过程,并不由试样中实际的孔隙情况来控制.2压汞仪的试验方法2.1操作方法及注意事项压汞仪试验操作分为低压和高压过程两个部分.低压和高压分析的主要步骤总结如下:第一步:选择膨胀计;选择合适的膨胀计需要考虑以下方面:样品构成和形状;样品孔隙率;样品代表性和样品量.膨胀计有两种:粉末膨胀计和固体膨胀计.粉末膨胀计适合于粉末样品或颗粒物体,当直径大于25mm,长为25mm时,应放到固体膨胀计的头部.通常膨胀计的头部体积应满足最小的代表样品量体积.预估的样品孔体积不应超过90%或低于25%的毛细管体积. 如果样品已被测量过,就可以简单选择最佳膨胀计.第二步:称量样品及膨胀计组件;在称量前需要对样品提前进行预处理,在烘箱内烘干样品,在150~C或更高温度下烘干1h.一旦样品被烘干,就不要将样品重新暴露于大气中.加载样品时将膨胀计毛细管朝下,用手握住膨胀计,将样品慢慢倒入膨胀计头部.要使用真空密封酯涂抹在膨胀计头部的研磨了的玻璃表面上,真空密封酯为阿皮松高级密封酯(ApiezonH),使用低劣的密封酯,会带来漏汞和真空度问题.必须要三次称量膨胀计组件重量,分别为膨胀计的重量,膨胀计和密封脂的重量,膨胀计,密封脂,样品的总重量,膨胀计重量必须以这种方法称量,这样可以区别出密封酯的重量.因为每一次密封时,密封酯用量会不同.第三步:进行低压分析;首先安装膨胀计在低压分析口;安装时将薄薄的用真空密封脂(硅密封脂,"大牙膏状")在膨胀计杆的外侧涂抹约5em长,不要涂在杆的顶部,以免堵塞毛细管.需要编辑一个样品分析文件.确认钢瓶气体压力不低于200Pa,气体减压表设置为16?理论研究2011年第1期Number1in20110.25MPa,否则会带来分析误差或终止分析测试.从低压分析口卸载膨胀计时确认低压站内压力返回到接近大气压力,确认汞的排空指示灯亮.若排空指示灯不亮, 汞可能会从低压空中流出.第四步:进行高压分析;低压分析结束后不要停留很长时间,才进行高压分析,以免汞和样品接触,产生氧化影响分析结果.在打开高压仓前观察其内部压力值,确认其压力为常压.检查仓内高压油面,保证油面刚好位于仓内的台阶处,少了要加油.每一个高压分析应对应同一个样品的低压分析结束的文件,压汞仪会检查文件的统一性,如果错误,将出现报警,你可以继续或者取消分析.除此之外,还应注意以下问题:(1)加样时,样品的体积要小于样品管体积的三分之一;否则,若采样量大,油面会上涌.(2)汞池内汞液面距上端的高度要保持在1～3ram以内;氮气瓶内的压力保持在0.25～0.3Pa之间.(3)在开始测试样品前,必须要校正膨胀计,否则在测量结果中没有孔隙率.(4)在分析站状态栏目显示最大进汞体积百分比,当显示量sTEM小于25%或大于90%时,需要改变分析变量,第一,稍大的样品量可以提供更好的分辨率;第二, 改变毛细管体积.2.2试验结果分析利用压汞仪可以测量多孔材料的多种性质.其中包括总孔比表面积,中孑L直径(体积,面积),平均孔直径,松装密度,骨架密度,孔隙率等.以及这些物理量与压力以及孔直径的关系.由试验所测得的孔分布与孔Di竹erentialIntrusionVSD\IlIntrUS●on/一\}/0010O,00010,01.0101O00P0re00sizeO图2典型孑L分布图(微分式)径的关系如图2,图3所示. CumulativePoreAreaVSntrusionforPoresize;f』flativePoreArea|ali7/00P0re00size00Diameterfnm1图3典型孔分布图(积分式)除了在试验或者研究中常用的孔分布图外,压汞试验还可以测定多孔介质表面的分维.Friesen和Mikula 提出利用压力(P)和压人汞的体积(V)之间的关系:dV/dP～P确定分维数D.用这种方法,可以测定一系列煤微粒的分维.已增强的数据处理软件可进行弯曲度,渗透性,压缩性,孔喉比,不规则尺寸分布,Mayer—Stowe颗粒尺寸分布等数据处理.3讨论3.1存在问题及改进方法3.1.1测量准确性有待提高目前,国内不同单位的压汞仪对同种制品孑L径测试结果多不一致,有时甚至差别很大.这种差别除仪器的精度和计算时选取的常数值有差别之外,被测多孔材料本身的不均匀性也是导致这种差别的重要原因.如何考验一台压汞仪的测试数据准确性还没有统一的方法, 这应是多孔材料测试研究者要解决的一个问题.从统计学观点看,一台压汞仪通过大量测试有良好的重复性, 再与其它仪器测试结果进行对比,若能获得满意的结果,这台仪器的测试数据即是可用的.3.1.2基本假设存在缺陷对压汞法来说,一个基本的假设就是孔为圆柱形,且表面比较光滑,这样各处的接触角及表面张力可近似视为常数,这对于测定孔分布不会引起大的偏差.然而测定介质的表面分维,也就是要测定介质表面不光滑的程度,而且高压会引起孑L的塌陷,这些是否会对测量结17?混凝土技术ConcreteTechnology果产生影响.3.1.3存在水银封闭间隙现象试验分析时,样品被装入膨胀计中,当水银进入膨胀计并包裹整个样品时,由于样品粗糙和水银表面张力大,因此水银并不能完全填满样品表面的空隙.装样品的膨胀计壁与样品的间隙很小,在不大高的压力下,水银有时不能完全充满这些间隙,随着外加压力的升高, 水银才逐渐挤满这些间隙.这一现象被称作水银封闭间隙,并论述水银封闭间隙是指残留在样品粗糙表面与外包非润湿性水银之间的空隙体积,当压力增高时水银就完全地充填了这一空间,这一现象在试验中必须和同时发生的水银进入孔隙空间的现象区别开来.3.2提高测量准确性的方法washburn公式中的2个基本假定都和实际的情形相去甚远,尤其是第2个假设.另外,材料中不可避免的混有气泡,高压状态下额外空间的产生,这在分析结果中却无法体现出来.根据上述种种原因,在实际试验经验积累的基础上,本文对提高压汞仪测量的准确性提出了几点建议.(1)样品的制备,由于所要研究的实际对象在几何尺寸,数量上和试验需要的样品根本无法比拟,故样品的选取要具有代表性,为保证结果的稳定性,在试验中对同一对象至少应取3份样品分别进行试验分析.试验前应将试块在试验机上用高频荷载(如:22MPa/min)将其粉碎,使用高频荷载可以减少在粉碎过程中试块内裂缝的产生,保持试验样品和研究对象的相似性,粉碎后样品应在烤箱内保持温度105～110~C,烘烤24h或更长,以使样品完全失水维持恒重,然后在干燥器中冷却保存直到试验开始.(2)保证增,减压力的连续性和使用高精度计量方法计量微量汞体积是提高压汞仪测试水平的根本途径.(3)依据样品的疏松程度,设置合适的充汞压力,在不影响测试精度的前提下,尽量采用稍高一些的充汞压力,以尽量减少封闭间隙体积的存在.(4)粗糙程度是产生水银封闭间隙的主要原因,碳酸盐岩样品较之碎屑样品更光滑,其封闭间隙体积就要小些.此外,从试验还得知同样粗糙程度的样品;体积越大其封闭间隙体积就越大,可见样品表面粗糙程度及样品大小均与水银封闭间隙成正相关.过大过长的样品均会产生明显的触点效应,不规则的样品亦会产生额外的封闭间隙.样品要处理得尽量光滑,无伤痕,无明显缝洞.(5)密封条件对操作的影响很大,因此在操作的时候一定要保证整个操作系统的密封完全.四,结论材料的孑L隙结构特征是极其复杂的,为了研究和描述它,通常有效的试验方法是在不同的压力下将汞压入样品,测定并记录压力与对应的进汞量的变化关系,从而测出样品的孔隙结构特征,习惯称之为压汞法,完成测定任务的仪器便是压汞仪.目前国内外的压汞仪类型很多,结构各异,但其主要差别有两点:一是工作压力, 包括增减压力的方法,所用传递介质,最高工作压力,压力计量方法以及工作的连续性等;二是汞体积变化的测量方法.而保证增,减压力的连续性和使用高精度计量方法计量微量汞体积是提高压汞仪测试水平的根本途径.参考文献:[1]周花,戴李宗,董炎明.陈立富密封条件对压汞仪分析测试的影响[J].实验技术与管理,2009,6(26):42.45.[2]唐伟家,齐志强.用压汞仪测聚丙烯睛原丝微孔结构[J】.合成纤维工业,1984,1:29.31.[3]李跃,魏路线.改善压汞仪测量准确性的研究[J].国外建材科技,2004,2(25):75.77.[4]李绍芬,张宝泉,王富民评介利用压汞仪等测定介质表面分维的方法[J].基础研究论文评介,1995,1:97.99.[5]李泽田.中压压汞仪一种简单实用的多孔材料测孔设备[J].新金属材料,1979,3:29—33.[6]6张志勇,廖光伦,唐桂宾,唐勇.压汞仪数据处理中消除水银封闭间隙体积的量化方法[J].矿物岩石, 1997,3(17):49—52.【7]邵东亮,刘有芳,史永和.新型压汞仪的研制[J].石油仪器,1999,13(3):11-13.18?。
工程陶瓷在金刚石工具取孔加工中出口崩边的有限元分析
ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｓ ；ｄ ｉ ａ ｍｏ ｎ ｄ ｔ ｏ ｏ ｌ ；ｈ ｏ ｌ ｅ ｂ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ；ｅ ｄ ｇ ｅ ｃ ｈ ｉ ｐ ｐ ｉ ｎ ｇ；ＦＥＡ
Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ０ ０ ６ ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；２ ．Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉｎ ｒ ｇ－ Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ｋ ａ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｅｒ ｖ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉｎ ｒ ｇ． Ｃ ｒ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ２ ２ ５ 。 Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｅ ｄ ｂ ｙ ｄ ｉ ａ ｍｏ ｎ ｄ ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｂ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ． Ｂｕ ｔ ｅ ｄ ｇ ｅ ｃ ｈ ｉ ｐ ｐ ｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｅ ｎ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ
Ｗ ＡＮＧ Ｘｉ ｕ － ｑ ｉ 。ＺＨＡ ＮＧ Ｆ ｅ ｎ ｇ － ｌ ｉ ｎ 。ＣＨ ＥＮ Ｍｅ ｎ ｇ ．ＣＡＯ Ｇｅ ｎ 。ＺＨ ＯＵ Ｙｕ － ｍｅ ｉ ・ 。 （ １ ．Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ． Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ．
微细阵列孔加工技术及其应用
［ １６］
。 并推出
在微细阵列孔电火 花 加 工 技 术 中 ， 走 在 世 界 前 列 的 主 要 有 美 国 、 日 本 等 工 业 发 达 国 家 。 美 国 Ｏｐｔｉｍａｔｉｏｎ 公 司 使 用日本某 公 司 的 ＥＤ８２ 型微细电火花加工机 床加工出了光纤连接 器， 如图 ２ 所示。 此 光 纤 连 接 器 由 ９×９ 的 直 径 １２０μｍ 的 阵 列 孔 构成
２ 套 线 电 极 磨 削 系 统 （ ＷＥＤＧ Ａ 和 ＷＥＤＧ Ｂ ）， ＷＥＤＧ Ａ
对 工 具 电 极 进 行 粗 加 工 ， ＷＥＤＧ Ｂ 对 工 具 电 极 进 行 精 加
图３
双套线电极磨削法快速制造原理图
工 ， 只 要 控 制 ＷＥＤＧ Ａ 和 ＷＥＤＧ Ｂ 的 相 对 位 置 就 能 得 到 不同尺寸的微细电极 ， 当工 具 电 极 与 工 件 接 触 ， 就 开 始 进 行微细孔加工 。 该系统的三 路 脉 冲 电 源 同 时 进 行 放 电 ， 只 要有一路短路 ， 工具电极便回退 。 日 本 的 Ｋｅｎ ‘ ｉｃｈｉ Ｔａｋａｈａｔａ 和 Ｙｏｇｅｓｈ Ｂ．Ｇｉ — ａｎｃｈａｎ-
ＮａＮＯ３、 Ｈ２ＳＯ４ 三 种 电 解 液 中 ， ＮａＣｌＯ３ 效 果 最 好 ， 电 源 脉
宽越小 ， 加工出的孔径越小 。 荷兰飞利浦公司采 用 脉 冲 电 解 加 工 技 术 ， 成 功 研 制 出 大批量加工此种类型的精密 电 动 剃 须 刀 （ 如 图 ６ 所 示 ） 的 全自动流水生产线 。 该公司 以 ４ 个 工 序 代 替 了 原 用 的 数 十 个电火花加工工序 ， 年产量达到 ３×１０７ 片
５×５ 、 直径 ３０μｍ 的群电极 ， 并 用 此 阵 列 电 极 加 工 出 ４０μｍ
工程陶瓷的加工技术
还有文献报道 ， 现在用 Ｅ Ｍ 加工陶瓷的速度已 Ｄ 接近用 Ｅ Ｍ加 工金属的速度。最近进行 的实验所 Ｄ 用 材料包括从高导 电陶瓷到各种绝 缘陶瓷 ． 绝缘 陶 瓷在加工时表面喷涂 了如 — Ｃ或 Ｔ Ｎ化合物等 卜 导电材料。采用这么高的速度加工陶瓷减小 了材料 表面的微观裂纹 ， 提高了加工件 的拉伸强度， 使常用 于减少小批量零件磨削时间的无余量成形不再像 过 去那 么 困难 。
１２ 陶瓷 材料 的激光加 工技 术 ．
激光用于陶瓷这样超 硬材 料孔 的加 工， 功率密 金属材料 ， 这是 因为陶瓷具 有较 大的 电阻率 ， 超过 Ｅ Ｍ 可加工范围（ Ｄ 电阻率 ｐ ０ ｎ－ ） 再者陶瓷 度为 ｌ ０Ｗ／ｍ ， ＜１０ ｍ ； ０ ～１ ｃ ２作用时间 为 ｌ Ｉ ～１＿ ｓ经 ０３ ０ 。 ， 的熔点很高（ ００ ）增加 了加工 的困难。因 济效益显著 。目前用 Ｏ 丁 ＞２ ０℃ ， 激光器可在 Ａ Ｏ 陶瓷上 ｈ３ 此， 必须采 取 以下措施 ， 才有可能实现 陶瓷材料 的 打出精确 的 孔 ， 工 成 本 大 大 降 低。采 用 英 国 加 ｒｍ ｔ Ｆ ５ Ｏｇ 孔 Ｅ Ｍ 加 工 ： 增 大 加 工 电 压 以提 高 单个 脉 冲能 量 ， Ｆ ｕ ｐ 公 司生 产 的 ＴＬ ７０Ｃ 激 光 器 打孔 ， 径 Ｄ ① 为 ０ ７ ２±Ｏ ０ ３ 、６ １ ｍｍ， 置公 差 ＜０ ０ ３ ｍｍ。 位 ．６ ５ 达 到 加强 电火 花 蚀 除能 力的 目的 ； 改进 伺 服 系统 ② 信号分辨能力 ， 使其能耐开路 、 放电、 短路状态及时 在美国机械工程师年会 上， 有人提 出… ， 激 Ｏ 光束热加工可能成为取代 目前采用金刚石磨料 的陶 作 出正确判别 ， 以适应陶瓷加工的特殊要求 。 与金属 材料相 比． 陶瓷 的组 织 结构要 复杂 得 多。 瓷加工的一种新方法 ， 以提高铣 削工效 １ ～３ 可 Ｏ ０ 因此 ． 电火花加工是一个极其复杂的 电、 流体、 热、 化 倍。与采用金 刚石磨 料的典型材 料铣削加 工速度 ０ １４ｍ ／ ｎ 相 ａ 用 Ｄ 激光加工诺顿公司 的 学等综台作用的过程 。电火花成 型加工及 电火花线 （．６ｃ ３ｒｉ） 比， Ｏ ２ 切割 Ｈ ＳＣ陶瓷是可行的， Ｐ— ｉ 但加工速度很低（ 一般 Ｎ Ｃ一３０ ｉ ， １５℃ 其 工 效 提 高 １ ５Ｓ 在 ５２ ０倍 ： 在 低一个数量级或者更多） 。因此 ， 建议用 电火花加工 ９２ ５℃和 １５ ℃时加工尼尔森公司生产 的 ＺＯ 速度 ５２ ｒ２ 工艺作为 Ｈ —ＳＣ陶瓷小余 量的型腔 Ｐ ｉ 型孔加工或 高达 ３ 倍 ， ０ 且陶瓷不会产生断裂。由此 可避免金 刚 石磨料加工速度慢、 降低 陶瓷性 能的缺点。提高 陶 修 整 手段 。
多孔陶瓷材料增材制造
2.1 工艺原理与研究进展 粉末床熔融工艺成型原理如图 1 所示。PBF工艺使用 高能量激光作为能量源，在每层的相应区域上选择性地熔 融聚合物材料、陶瓷材料、金属材料或复合粉末，然后将相 邻层粘结在一起形成零件[16-17]。按照工艺过程和零件的成 型原理，PBF制造陶瓷可分为直接成型法和间接成型法，直
0 前言
多孔陶瓷，尤其是具有多级孔结构的陶瓷，因其具有较 大的比表面积、高渗透性、良好的机械性能和高温化学稳定 性[1-6]，被广泛应用于催化剂载体、石油化工、分离过滤、生 物组织工程、隔热材料、轻质承重材料等领域。多孔陶瓷 的传统成型技术包括溶胶凝胶工艺、凝胶注模、注射成型、 挤压成型、切削加工等。这些传统的成型技术通常涉及模 具制造、需要高毒性有机溶剂、聚合物基质去除不完全、工 艺时间较长、成本较高等问题，且很难制备具有高度复杂 的几何形状和相互连通的孔结构。此外，由于陶瓷部件极 高的硬度和脆性，难以进行机械加工。
摘要：多孔陶瓷具有低密度、低导热率、高比表面积和耐腐蚀等优点，广泛应用于生物组织工程、催化剂载体、建筑 材料等领域。多孔陶瓷的传统成型技术难以满足对多孔陶瓷个性化、结构复杂化、快速制造化、多级孔的要求。增 材制造技术（3D打印）具有设计自由度高、制造周期短、制造成本低等优势，可以无需模具快速制造复杂结构多孔 陶瓷零件。本文综述了粉末床熔融、粘结剂喷射、材料挤出工艺应用于多孔陶瓷增材制造的研究现状，重点讨论了 制备多级孔陶瓷的最新进展及其在陶瓷催化剂载体领域的应用前景，并对所面临的问题进行总结分析，对发展趋 势进行了展望。 关键词：多孔陶瓷；3D打印；催化剂载体；粉末床熔融；粘结剂喷射；直写工艺 Abstract: Porous ceramics, which are widely used in biological tissue engineering, catalyst carriers, building materials and other fields, possess good properties, such as low density, low thermal conductivity, high specific surface area, and good corrosion resistance. Traditional porous ceramic manufacturing technology is difficult to meet the requirements for personalized, complicated structure, rapid prototyping and hierarchical pore of ceramic products. Additive manufacturing technology (3D printing) has the advantages of high design freedom, short manufacturing cycle, low manufacturing cost, etc., and can quickly fabricate porous ceramic parts with complex structures without mold. This paper summarizes the research status of the powder bed fusion, binder jetting, material extrusion processing that are conducive to the additive manufacturing of porous ceramics. The latest research progress in the preparation of hierarchically porous ceramics and its application prospect in the field of ceramic catalyst carrier are discussed. The problems faced by 3D printing of porous ceramics are summarized and analyzed, and its development trend is prospected. Keywords: porous ceramics; 3D printing; catalyst carrier; powder bed fusion; binder jetting; direct ink writing 中图分类号：TQ174 文献标志码：A 文章编号：1003-8965（2021）03-0041-08
陶瓷材料的力学性能
工程陶瓷材料的塑性、韧性值比金属材料低得多， 对缺陷十分敏感，因而其力学性能数据的分散性 大，强度可靠性较差，常用韦伯模数表征其强度 均匀性。 工程陶瓷材料的制备技术、气孔、夹杂物、晶界、 晶粒结构均匀性等因素对其力学性能有显著影响， 因此，在讨论工程陶瓷的力学性能前，应首先了 解这种材料的组成和结构特点。
核电站：能耐2000℃高温
[耐温能力：900℃ →1200~1300℃
发动机 热效率：30%→50% 重量 ↓20% 耗油量 ↓ 30%
由此可见，工程陶瓷材料较好地适应了 近代科学技术发展的需要，具有广阔的应用 前景。目前在机械、冶金、化工、纺织等行 业中，用工程陶瓷材料制作耐高温、耐磨损、 耐腐蚀的零部件越来越多。
14
如图10-2所示，陶瓷在压缩加载时，其σ-ε曲 线斜率比拉伸时的大，此与陶瓷材料复杂的 显微结构和不均匀性有关。从该图中还可看 出，陶瓷材料的抗压强度值比其抗拉强度值 大得多。这是由于材料中的缺陷对拉应力十 分敏感所致。在工程应用中，选用陶瓷材料 时要充分注意这一特点。
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§10.2.2 陶瓷材料的塑性变形
27
由表10-4可见，陶瓷材料的抗压强度远大于其抗拉强 度，两者相差10倍左右，因而陶瓷材料特别适于制造受压 缩载荷作用的零件。压缩试样尺寸为直径9.0±0.05mm，长 度18±0.10mm，两端面研磨成平面并互相平行。
表10－4 某些材料的抗拉强度和抗压强度
材料
抗拉强度/MPa 抗压强度/MPa 抗拉强度/抗压强度
这是由其共价键和离子键的键合结构所决 定的。
共价键具有方向性，使晶体具有较高的抗 晶格畸变、阻碍位错运动的阻力。离子键晶 体结构的键方向性虽不明显，但滑移系受原 子密排面与原子密排方向的限制，还受静电 作用力的限制，其实际可动滑移系较少。此 外，陶瓷材料都是多元化合物，晶体结构较 复杂，点阵常数较金属晶体大，因而陶瓷材 料中位错运动很困难。 (见表10-2)
一文了解工程陶瓷微缺陷七大无损检测技术
工程陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性、抗腐蚀性和耐高温等物理和力学性能，已广泛应用于航空航天装备等尖端领域。
工程陶瓷制品加工工序复杂，每道工序都可能形成影响性能的缺陷，因此，有必要采用高灵敏度的测试手段对陶瓷材料微缺陷进行全面检测。
无损检测（NDT）在不改变被检对象使用性能的前提下评价材料的完整性和连续性，检出固有缺陷及其形状、位置和大小等信息，适于检测加工效率低而成本高的工程陶瓷材料的缺陷情况。
1液体渗透检测技术(P T)液体渗透检测利用液体毛细管作用原理，能够对多种材料及其制件表面开口缺陷进行非破坏性检查。
可检测出非多孔性、固相材料开口于表面的间断。
对均匀而致密的工程陶瓷材料，荧光或着色渗透方法能检出开度小至1 μm的气孔、裂纹等表面缺陷，但对材料表面粗糙度和整洁度要求高，未经预清洗或沾有污物的表面和空隙会产生附加背景，影响识别检测结果。
Si3N4陶瓷球表面缺陷渗透检测图像✦渗透检测的工作原理渗透检测是基于液体的毛细作用（或毛细现象）和固体染料在一定条件下的发光现象。
渗透剂在毛细管作用下，渗入表面开口缺陷内；在去除工件表面多余的渗透剂后，通过显像剂的毛细管作用将缺陷内的渗透剂吸附到工件表面形成痕迹而显示缺陷的存在。
✦渗透检测的流程2超声检测技术(UT)超声检测利用超声波在弹性介质中传播，在界面产生反射、折射等特性来探测材料内部或表面/亚表面缺陷。
目前，国外开始将人工智能、激光技术、数字信号处理、神经网络以及断裂力学知识与超声检测相结合，对陶瓷制品的强度和剩余寿命进行评估。
✦超声检测的工作原理主要是基于超声波在试件中的传播特性。
a. 声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件；b. 超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变；c. 改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析；d. 根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。
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工程陶瓷材料孔加工技术的试验*靳晓丽1袁军堂1肖冰21南京理工大学2南京航空航天大学摘要:立足于传统加工方法,考虑加工的经济性、实用性和易操作性,采用新研制的单层高温钎焊金刚石套料钻及专用钻套夹具对工程陶瓷材料进行了钻孔加工试验,试验结果表明,该工艺方法可高效、简便地加工出高质量的陶瓷孔,具有实用和推广价值。
关键词:工程陶瓷,钎焊金刚石套料钻,专用钻套夹具Experimental S tudy on Drilling Technology for Engineering CeramicsJin Xiaoli Yuan Juntang Xiao BinAbstract:T aken into account the machining cost,practicability and maneuverability,based on the traditional machining technology,a kind of newly developed brazed diamond trepanning tool and special clamp were designed to machine engineering ce ramics.The testing resul ts show that high quality holes can be obtained efficiently and handy by this drilling technology,so it!s worth applying and generalizing.Keywords:engineering ceramics,brazed diamond trepanning tool,special clamp1引言工程陶瓷具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、耐热、抗腐蚀、抗氧化、防核辐射等优异的性能,使之广泛应用于机械、电子、航空航天、能源、军事等领域。
但是由于其硬脆特性,陶瓷的加工比多数金属材料困难得多,因此需要优质高效经济实用的的陶瓷加工新工艺新技术。
各发达国家如德、日、美、英等国都非常重视工程陶瓷材料的开发和应用,特别是80年代以来,竞相投入大量资金和人力,在工程陶瓷加工理论和技术方面取得很大进展。
目前,国内外陶瓷孔加工普遍采用电火花、激光、超声振动和水射流等技术。
电火花和激光加工效率高,但都有一定的适用范围,电火花加工不适用于绝大多数陶瓷材料,只能加工电阻率小于100 .c m的材料。
激光和电火花加工都有可能引起工件热和化学反应,使材料产生龟裂和细微裂纹。
超声振动加工无残留应力、也不产生细微裂纹,但是加工效率很低,高压水射流无法加工小孔。
且这些加工方法也普遍存在加工成本高、设备繁杂、不易实验现场加工的缺点。
作者考虑加工技术的实用性、经济性、易操作性,立足于传统加工方法,设计专用夹具,尝试着用最新研制的单层金刚石套料钻进行加工试验研究。
2工程陶瓷孔加工技术试验2 1试验设备和冷却试验设备是Z5125立式铣床(配备有无级调速器)。
工程陶瓷钻孔一般用水、乳化液冷却。
乳化液成本高,且会对环境造成一定程度的污染。
水对空气无污染,加工中也可大大降低切削区温度,成本低,在材料性能许可的情况下可优先采用。
本次试验采用自来水冷却。
2 2刀具的选用目前国内使用的单层金刚石套料钻无一例外都是电镀制成的,本次试验主要采用新研制出的单层高温钎焊金刚石套料钻进行加工,同时用日本和国产的各一个单层电镀金刚石套料钻进行对比加工试验。
金刚石套料钻在加工过程中整个工具的端面都参与切削,端面的每个磨粒都相当于一把小的切削刀具,工具的外圆柱面也和工件接触,具有磨削作用。
本次实验所用钎焊金刚石套料钻设计有端面和外圆柱面的金刚石粒度相同和不同两类。
图1为金刚石刀具示意图和照片。
为了便于排屑,金刚石套料钻内孔设计成倒圆锥型,加工通孔时可以方便快速地把切屑从孔中取出。
同时考虑到冷却和锋利度问题,设计了三种刀体形状:无槽式、等比例槽式和两倍槽式。
刀壁厚度有三种尺寸:1mm、1 2mm、1 5mm,外径均为18mm。
金刚石粒度有35 ~40目、70~80目、110~120目三个级别。
22工具技术* 十五 国防预研基金资助项目(项目编号:404010502.1C)收稿日期:2003年9月图1 金刚石刀具2 3 试验专用夹具装置陶瓷材料在加工过程中因其 脆 的原因,极易发生崩裂小豁口,称为崩豁。
产生崩豁的原因主要有二:一是刀具在开始切削陶瓷(孔的入口)时,刀具对其与陶瓷接触部分的压应力使得陶瓷表面出现微裂纹,若不采取任何防护措施,微裂纹则向周围扩展,在切屑所产生的拉应力的作用下,切屑连同被加工工件的一部分一起崩落;二是材料被切部分与已加工表面的的最后分离不是正常切削,而是由于拉伸破坏所致。
为了改善陶瓷的钻削条件,防止出现崩豁和微裂纹,我们设计了通过特殊钻套给材料施加预压力的钻套夹具,其结构简图如图2。
该工艺装置通过圆环压块及上压板在刀具开始切削前就给陶瓷孔的入口周围施加预压力,平衡了切屑产生的拉应力,防止入口处微裂纹的扩展,避免入口处发生崩豁;在出口处加一支撑板,当刀具逼近陶瓷孔的出口时,使材料所受的拉应力减小,或者变为压应力即可防止加工终了时发生崩豁。
上压板和下支撑板的材料可用1~3mm 的胶木板、硬塑料板或木板等。
1 刀具2 圆环压块3 上压板4 陶瓷5 下支撑板6 夹具体图2 钻头工艺装置示意图2 4试验结果与分析用壁厚1m m 、等比槽式、金刚石粒度70~80目的单层高温钎焊金刚石套料钻加工了200个孔,刀具表面金刚石颗粒无明显脱落,用国产电镀金刚石套料钻加工了5个孔、日本产刀具只加工了3个孔后金刚石磨粒都出现严重脱落。
在相同的工艺参数下,钎焊金刚石的加工速度快。
这是由于电镀金刚石套料钻的镀层金属与基体和磨料的结合面不存在牢固的冶金化学结合,磨料只是被机械地埋镶在镀层金属中,因而把持力不大,在负荷较重的高效磨削作业中,刀具容易因磨粒脱落或镀层成片剥落而导致整体失效。
为增加把持力就必须增加镀层厚度,其结果磨粒裸露高度和容屑空间减小,砂轮容易堵塞,因而加工速度相对要慢。
而高温钎焊可实现金刚石、结合剂和金属基体界面上化学冶金结合,具有较高的结合强度,磨粒的裸露高度达70%~80%,因而钎焊金刚石套料钻锋利、容屑空间大,不易被堵塞,磨料的利用更加充分。
等比槽式的刀具刀壁越薄加工速度相对越快。
110~120目粒度的金刚石刀具加工的表面质量最好,但是加工速度相对较低,35~40目粒度的金刚石加工速度最快,但加工表面质量较差。
通常磨料粒度越粗,磨粒裸露高度和容屑空间越大,加工效率就高,但工件被加工表面的粗糙度也越大;粒度越小,磨粒裸露高度和容屑空间越小,加工效率就低,但是加工的表面质量好。
图3、4是本次试验中在同样切削条件下有无采用专用工艺装置两种情况下加工出孔的出入口对比照片。
从图可知,没有采用试验工艺装置加工出的孔出入口都有严重的豁口,而采用试验装置的孔的出入口质量都很好,没有明显的崩豁。
(a)入口(b)出口图3 无工艺装置加工的孔(a)入口(b)出口图4 有工艺装置加工的孔这是由于预加压板以及压应力,减小了切削加工中产生的拉应力,改善了材料的切削加工性,从而防止了加工孔的出入口出现断裂和豁口。
这就是陶瓷材料 变压力切削原理 的应用。
232004年第38卷∀53结语通过合理地选择刀具及其参数,巧妙地设计工艺装置,可以高效地加工出较高质量的陶瓷孔。
本文提供的加工方法经济实用,便于现场加工。
参考文献1黄春峰.工程陶瓷的加工技术.机械,2002,29(1):1~32徐燕申.工程陶瓷加工技术的研究进展.中国机械工程, 1996,7(6):59~623于思远.国内外先进陶瓷加工技术的进展.金刚石与磨料磨具工程,2001,4(124):36~394肖冰.钎焊单层金刚石砂轮关键问题的研究.中国机械工程,2002.13(13):1147~1149.第一作者:靳晓丽,南京理工大学机械工程学院,210094南京市收稿日期:2003年12月基于B/S模式的工装设计与管理系统刘宏跃1,2夏新涛11河南科技大学机电工程学院2许昌烟草机械有限责任公司摘要:本文构造了基于浏览器/服务器(B/S)模式的体系结构,论述了系统的硬件环境和数据库设计,提出了包括创新设计、相似设计和参数化设计的多元化工装设计模式,并实现了工装设计管理系统与C APP模块及外购ERP系统的集成。
关键词:工装设计,工装管理,数据库,浏览器/服务器(B/S)模式Tooling Design and Management System based on B/SLiu Hongyue Xia XintaoAbstract:In this paper,the system architecture based on B/S is introduced,and the hardware and database design is dis cussed.A multi design model includi ng new desi gn,si milar design and parameterized design is presented.The integration with ERP system and CAPP system is realized.Keywords:tooling design,tooling management,database,Browse/Server archi tecture1引言工装设计是生产准备的一个重要组成部分,随着新产品开发速度的加快,工装准备工作的压力越来越大。
目前虽有一些工装信息管理系统,但大部分系统采用C/S结构[1,2],系统在企业中无法与其它独立开发的或外购的功能子系统集成应用和及时更新,延长了生产准备周期,影响了企业的市场响应能力。
针对目前工装管理的现状,本文提出了基于浏览器/服务器(B/S)模式的工装设计与管理体系结构,充分利用企业现有工装资源和工装设计经验,采用检索、变异及交互等多元化设计方法进行工装准备,缩短了工装设计周期,降低了设计成本。
2基于B/S模式的体系结构本系统采用B/S模式实现工装的设计与管理,其体系结构如图1所示。
基于B/S体系结构的软件,系统安装、修改和维护均在服务器端解决,用户在使用系统时,仅仅需要一个浏览器就可运行全部的模块[3]。
第一层为表示层:客户端浏览器。
它的任务是由浏览器向Web服务器提出工装信息查询、设计、统计和库存信息管理等服务请求,Web服务器对用户身份进行验证后,用HTTP协议把所需的主页(如工装信息的查询结果、统计结果等)传送给客户端,客户机接受传来的主页文件后,将其显示在Web浏览器上。