钛酸钡陶瓷的切割

钛酸钡陶瓷的切割

实验材料：

43×43×15㎜的两种钛酸钡陶瓷块，图1为样品的尺寸及形貌；黑色钛酸钡陶瓷硬度低、质地脆易于切削加工。

钛酸钡陶瓷是以钛酸钡(BaTiO3)或其固溶体为主晶相的陶瓷材料。主要原料为碳酸钡和二氧化钛。通常先在1200℃左右合成钛酸钡，再加改性氧化物，所加氧化物不同导致钛酸钡陶瓷物理性质也有所不同，主要体现在陶瓷硬度上，经细磨，成型后在1400℃左右温度下烧结而成。

图1样品的尺寸与形貌

实验目的：

从钛酸钡陶瓷块上切割43×43×0.2㎜厚的试样片。

实验设备：

由沈阳科晶自动化设备有限公司制造的STX-202A 金刚石线切割机、MTI-3040加热平台。

STX-202A 小型金刚石线切割机

MTI-3040加热平台

图2实验所用设备图

设备选用原因：STX-202A 小型金刚石线切割机主要用于脆性材料样品的精密切割。例如晶体、陶瓷、玻璃、蜂窝陶瓷（汽车尾气处理载体，薄壁，易碎）、金属、塑料、PCB 、岩样、矿样、耐火材料、建筑材料、牙科材料、生物及仿生复合材料等。尤其适用于切割薄片状的样品，用其进行超薄精密切割时，切得的最薄片厚可以达到0.08mm 。

MTI-3040加热平台采用整体铸造，单片机作为核心控制部件，适用于对熔化温度低于200℃的各种材料（如晶体、半导体、陶瓷等）的加热，加热速度快，升温平稳。

实验耗材：φ

0.42

㎜的金刚石切割线、石蜡、树脂陶瓷垫块

金刚石线石蜡

树脂陶瓷垫块

图3实验所用耗材图实验过程：

在样品进行切割前首先要将样品固定在载样块上，保证切割过程中样品不会发生移动，试样的固定形式如图2所示，最上面为被切割试样，中间为树脂陶瓷垫块（保证样品切割过程中不会切割到载样块），最下面一层为载样块。通常将三者固定在一起的手段是将样品、树脂陶瓷垫块和载样块一齐放到实验室用来加热样品的加热平台上，加热平台的加热温度不会超过200℃，石蜡的熔化温度大约在80℃。当试样、树脂陶瓷垫块与载样块的温度达到石蜡融化温度后将石蜡涂在三者表面将要进行连接的位置上，然后将三者按图2所示顺序叠放起来再移到加热平台下进行冷却，当固定好的试样冷却到室温后就可以装载到

STX-202A 金

刚石线切割机上进行切割了。

试样树脂陶瓷垫块

载样块

石蜡层

图2样品、树脂陶瓷垫块、载样块三者固定后的示意图

用STX-202A 切割样品时通常用切割冷却油对样品进行冷却，但由于钛酸钡陶瓷表面有许多细小的凹坑，会融进一定量的切割油，对切割后的样品表面造成一定的污染，因此本实验中不选用切割油对样品进行冷却。另一种冷却方式是用水对样品进行冷却，水在切割样品的过程中不会对试样造成污染，因此本实验选用水冷却法。陶瓷类的样品大都硬而脆，因此切割速度不宜过大，通常根据经验对切割速度进行选择，在没有经验做依托的情况下通常先选用较小的切割速度对样品进行切割，然后再一点点的递增，增加切割速度时主要观察金刚石线与样品间的弧度，当所选切割速度使金刚石线与样品间存在较小弧度且随着切割时间的延长弧度不再增加，说明所选切割速度适用于被切样品且切割速度已达最大速度；若金刚石线与样品间保持平行状态，说明所选用的切割速度较小因此还可以适当进行增加；若所选用的切割速度在切割样品时使金刚石线与样品间存在一定弧度且随着切割时间的延长弧度逐

渐增大，说明所选的切割速度过大若继续切割将使金刚石线拉断，因此应适当减小切割速度。根据经验，本实验中切割速度设置为0.5㎜/min，要切割0.2㎜厚的样品，设置切割厚度时应将金刚石线径的长度加在一起，用公式表示为：切割厚度=样品厚度+金刚石线径。本实验中用来切割样品的金刚石线径为0.42㎜，所以，切割厚度=0.2+0.42=0.62㎜。切割深度设置时应比样品的实际深度要大一些以保证样品会被完全切割开来，本实验中切割深度设置为50㎜。第一次切割后在样品表面切得一个新的面，第二次切割时以第一次切割出的面为基准面再切割一次便得到所要的0.2㎜厚的试样片。样品在切割过程中的状态如图3所示，水要浇到样品的切割缝隙上，以保证水对金刚石线和样品的冷却效果。

图3切割过程中样品状态图

切割后的样品及其尺寸如图4所示，可见样品表面平整，切割痕迹细小均匀，表面平行度好，切割后的样品厚度为0.202㎜，样品尺寸在±5μm的公差范围内都为为合格样品，可见切割后的样品厚度在合格范围之内且公差很小达到要求。

图4切割后的样品形貌及尺寸图

实验结论：

用STX-202A切割钛酸钡陶瓷，切割尺寸精度高，切割后的样品表面有轻微的切割线痕迹，切割后的样品表面平行度高。