二氧化锆陶瓷地加工技术

姓名：罗乔学号：3材料的加工技术

摘要

陶瓷材料种类很多，它具有熔点高、硬度高，化学稳定性高、耐高温、耐磨损、

耐氧化、耐腐蚀，以及弹性模量大、强度高等优良性质。也正是由于陶瓷材料的这些性质能决定了它的加工也是和普通的材料有着截然不同的加工方式。随着现代工业的发展，对于新型材料的需求也越来越多，陶瓷材料在近十几年来得到飞速的发展。随着它的应用领域越来越广，人们对它的研究也越来越深入。本文将介绍二氧化锆这种比较典型的特种陶瓷材料（人工合成材料）并对其加工技术进行叙述和探讨在国内陶瓷材料的加工技术水平和发展程度。

关键词：陶瓷材料二氧化锆激光加工磨料水射流铣削加工金刚石套

料钻

ABSTRACT

There is so many kinds of Ceramic have the excellent as the High melting poin t,High hard ness,High Chemical stability, Heat-resista nt,Resista nt to wear,Resista nee to oxidation,Corrosion resisting,High Elastic modulus,High strength and so of these properties , its processing is also with ordinary materials a totally different processing the developme nt of modern in dustry,The dema nd for new materials will be more and materials get rapid development in recent with its application field more and more widely, people have studied it also more and more paper will introduce alumina and zro2 which is Syn thetic material and its process ing tech no logy descripti on and explore the domestic ceramic materials process ing tech niq ues and developme nt degree.

KEY WORD : Ceramic materials zirconium dioxide Laser processing

Abrasive Water tech no logy milli ng Diam ond set of material drill

1材料介绍

陶瓷材料种类很多，它具有熔点高、硬度高，化学稳定性高、耐高温、耐磨损、耐氧化、耐腐蚀，以及弹性模量大、强度高等优良性质。也正是由于陶瓷材料的这些性能决定了它的加工也是和普通的材料有着截然不同的加工方式。随着现代工业的发展，对于新型材料的需求也越来越多，陶瓷材料在近十几年来得到飞速的发展，随着它的应用领域越来越广，人们对它的研究也越来越深入，本文将介绍二氧化锆这种比较典型的特种陶瓷材料（人工合成材料）并对其加工技术进行叙述和探讨在国内陶瓷材料的加工技术水平和发展程度。

二氧化锆陶瓷，高纯度的二氧化锆为白色粉末，含有杂质时略带黄色或灰色。二氧化锆有三种晶型，低温为单斜晶系，密度cm3;高温时为四方晶系，密度cm3；更高的温度下转变为立方晶系，密度为cm3。二氧化锆陶瓷的熔点在2700 C以上，能耐2300 C的高温，其推荐使用温度为2000~2200 C。同时二氧化锆的热膨胀系数的变化受温度的影响明显。在20~200 C阶段下，热膨胀系数为8 106/ C,在

1000 C附件，由于晶体结构由—t转变，产生体积收缩。但加入增韧剂后抑制了相

变，热膨胀系数不再受—t转变的影响。二氧化锆的化学稳定性很高，各种酸中仅溶于氢氟酸。二氧化锆容易与碱和碳酸盐熔烧，形成锆酸盐。与其他主要陶瓷种类的力学性能相比较，二氧化锆的抗热震性较差。

由于二氧化锆固溶体具有离子导电性，故可用作高温下工作的固体电解质，应用于工作温度为1000~2000 C的化学燃料电池，还可用于其他电源。利用稳定二氧化锆的高温导电性，还可将这种材料作为电流加热的光源和电热发热元件。由于二氧化锆还能抗熔融金属的侵蚀，所以多用作铂等金属的冶炼坩埚和1800 C以上的发热体和炉子、反应堆绝热材料等。特别指出，二氧化锆作添加剂可大大提高陶瓷材料的强度和韧性。氧化锆增韧氧化铝陶瓷材料的强度达1200MPa、断裂韧性为，分别比原氧化铝提高了三倍和近三倍。它的炕腐蚀性可以用它来做盛钢水包的内衬，在连续铸钢中做浇口砖。二氧化锆由于其的高强度和优良的韧性（常温抗压强度可

以达到2100MPa, 1000 C时为1190MPa,经过增韧的陶瓷常温抗弯强度最高可以达到2000MPa）可以用来制造发动机构件，如轴承、气缸等。二氧化锆还具有高温半导体性，室温下纯二氧化锆是良好的绝缘体，但超过1000 C后导电很好，电阻为4 ?cm，所以这种优良的特性可以将它广泛的应用于热敏感材料类，而且是适合那种高温情况下，很具有应用潜力，而且在最新的MEMS技术中也可以得到一定的应用。最后，二氧化锆还具有比较好的敏感特性，二氧化锆稳定化后有氧空气的存在，可用以制作气敏元件，作为测量一些气体的探头，同时对于之前提到的MEMS技术中更是有很好的应用潜力，由于它的这种半导体和以及气体敏感元件，可以在很多地方得到广泛的应用，然而加工确是阻碍此种材料应用的一个最大的阻碍。

2二氧化锆的加工技术

现阶段，绝大部分采用硬烧结金刚石等硬质刀具来切削陶瓷材料，当然，二氧化锆材料还没有强度高到连金刚石都对付不了的程度，但是采用烧结金刚石的方法却注定它的加工效率要慢一拍，这样也将最终导致我们的生产上面会出现很大的供不应求的状况，如何改善就成为了现在的一个研究重点了，下面就将介绍一些现代比较先进的加工技术。

激光热应力切割技术

利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，在超过阀值功率密度的前提下，热能被材料吸收，由此引起照射点材料温度急剧上升，热量以某个速率（视材料的热扩散率而定），从入射点传导出去对于容易受热破坏的脆性材料，比如陶瓷，通过激光扫描产生的热应力诱导并控制裂纹扩展的方法来分割脆性材料的方法称为激光热应力分割技术。这种加工方法就是通过激光（或其他热源，如热空气射流）的扫描照射, 在被切割材料内造成适当的温度梯度（但不至造成材料软化和机械性质的大幅变化），非均匀温度场将导致材料产生热应力，当其裂纹尖端热应力超过材料的临界应力时，裂纹扩展，即产生裂缝，分开材料。例如由上海交大胡俊副教授主持的学生研究过对陶瓷的激光热应力切割技术的数值仿真和实验分析，其中就提到，现阶段, 绝大部分采用硬烧结金刚石等硬质刀具来切削零件现阶段还存在着生产率低下、加工成本高、切割质量差等一系列难以克服的缺点。现阶段在采用激光加工的时候，陶瓷材料存在以下一些优点，那就是：陶瓷对激光的吸收率高，二氧化锆陶瓷对激光的吸收率约90%左右，高热时分解和升华，即一旦受高能量密度的激光束照射，就会发生局部的分解和升华，有助于提高激光加工的效率。在期中还提到国内外多名研究人员在激光加工陶瓷中所做出的一些成果以及一些仿真实验所得出来的结论都表明目前激光切割陶瓷技术很多都是采用激光划片技术，在由胡俊副教授主持的研究主要是针对氧化铝这种材料的研究，然而从中却也可以发现其实这种激光加工