可加工陶瓷材料的發(fā)展現(xiàn)狀研究

張銘華，李同舟，周媛

（1.上海航天控制技術(shù)研究所，上海 201100 ； 2.成都市索芯成半導(dǎo)體科技有限公司，四川成都600018； 3.廣漢川冶新材料有限責(zé)任公司，四川廣漢 618300 ）

陶瓷材料以其優(yōu)異的電磁、力學(xué)、高溫以及耐環(huán)境作用等綜合性能獲得了廣泛的使用[1]。隨著國防高技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為適應(yīng)不同領(lǐng)域不同部件的具體需要，對陶瓷材料的應(yīng)用提出了更為苛刻的要求，不可避免的要對其進(jìn)行加工。我們知道陶瓷材料在加工過程中由于材質(zhì)本身（高硬度、脆性）不可避免會增加加工難度，造成陶瓷材料可加工性成為限制陶瓷材料廣泛應(yīng)用的一大瓶頸。因此，改進(jìn)陶瓷材料的可加工性成為近30多年來研究的熱點(diǎn)。

可加工陶瓷是指：在室溫下，在傳統(tǒng)機(jī)加工工藝條件下，在不損傷陶瓷材料原有機(jī)械強(qiáng)度下，使陶瓷的外觀質(zhì)量達(dá)到確定精度要求的陶瓷材料。一般加工后要求表面粗糙度小于10um[2]。

2 可加工陶瓷分類

根據(jù)材料成份分為三大類見表1

表1 可加工陶瓷分類

2.1 云母基可加工玻璃陶瓷

云母基可加工玻璃陶瓷是七十年代出現(xiàn)的新材料，顏色潔白，組織致密，具有良好的電絕緣性、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，能用普通硬質(zhì)合金和高速鋼進(jìn)行加工，用途非常廣泛。其機(jī)械性能見表2；熱性能及介電性質(zhì)見表3；化學(xué)穩(wěn)定性見表4。

表2 云母基可加工陶瓷機(jī)械性能

表3 云母基可加工陶瓷熱性能及介電性質(zhì)

表4 云母基可加工陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性

云母玻璃基陶瓷是一種開發(fā)較早、工藝路線成熟的可加工陶瓷材料。早在1970年，G.H.Beall等人在理論和實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，最先制備出由SiO2-B2O3-ALO3-MgO-K2O-F組成的具有優(yōu)良切削性能陶瓷材料，同年，D.G.Grossman等人也成功地制備出K2OMgF2-MgO-SiO2四硅酸氟云母可加工玻璃陶瓷。通過專家學(xué)者的研究我們知道云母基可加工玻璃陶瓷材料結(jié)構(gòu)是片狀云母微晶均勻分散在玻璃基質(zhì)中的[3]，材料具有極大的柔韌性，可用常規(guī)刀具、常規(guī)設(shè)備及常規(guī)工藝進(jìn)行加工，并獲得各種精密的異型件和薄壁件，同時(shí)加工后不需任何處理直接使用。云母基可加工玻璃陶瓷材料具有高的機(jī)械強(qiáng)度，優(yōu)良的熱性能和介電性質(zhì)，良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。國外對其理論和應(yīng)用的研究已經(jīng)取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，但國內(nèi)直到90年代才有較為系統(tǒng)的研究工作[4]。

燒結(jié)制備工藝和熔融制備工藝是目前制備云母基可加工玻璃陶瓷主要制備方法。

燒結(jié)法制備工藝流程見圖1：

圖1 燒結(jié)工藝流程見

熔融法制備工藝流程見圖2：

圖2 熔融工藝流程

通過實(shí)驗(yàn)研究云母基可加工玻璃陶瓷燒結(jié)制備工藝優(yōu)于熔融制備工藝[5]。燒結(jié)法制備工藝優(yōu)點(diǎn)是在無需加入形核劑情況下，析晶一次完成，經(jīng)濟(jì)簡便，生產(chǎn)成本低。熔融法制備工藝的缺點(diǎn)是必須加入形核劑，熔制溫度達(dá)到14500C以上才能完成成核、長大兩步晶化處理，工藝復(fù)雜，過程控制難度大，成品率低，生產(chǎn)成本高。所以燒結(jié)法是制備高韌性可加工玻璃陶瓷一條重要的途徑。

目前國內(nèi)生產(chǎn)云母基可加工玻璃陶瓷燒結(jié)法種類主要有等低溫?zé)Y(jié)、離子放電燒結(jié)、高溫?zé)Y(jié)等等，但是生產(chǎn)方面的報(bào)道很少，我們相信隨著先進(jìn)技術(shù)、工藝的引入，云母基可加工玻璃陶瓷燒結(jié)法的研究將不斷取得新的進(jìn)展。

2.2 氧化物、非氧化物可加工陶瓷材料

目前主要分為三大類。見表5:

表5 氧化物、非氧化物可加工陶瓷分類

3 應(yīng)用

可加工陶瓷以其優(yōu)異的電磁、力學(xué)、高溫以及耐環(huán)境作用等綜合性能獲得了廣泛的應(yīng)用，尤其是在國防軍工、航空航天、精密儀器儀表等領(lǐng)域。特別是針對結(jié)構(gòu)多變、形狀復(fù)雜、精度要求高的耐高溫絕緣零件是非常理想的。目前，可加工陶瓷主要應(yīng)用在以下幾方面。

（1）在航空航天及兵器領(lǐng)域中作耐高加速度的絕緣部件；

（2）在激光器件中用著精度高的絕緣零部件等；

（3）制作多種精密儀表的線圈骨和架絕緣支架；

（4）在電子行業(yè)作彩色攝象管中的絕緣部件、微波透過零件等。

我們相信隨著可加工陶瓷材料研究的不斷深入和國外先進(jìn)技術(shù)、工藝的引入可加工陶瓷材料將會得到更廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)語

專家學(xué)者通過近幾十年理論和應(yīng)用的研究，目前可加工陶瓷的材料性能及加工質(zhì)量取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，能很好的滿足了航空航天、兵器、生物等領(lǐng)域技術(shù)要求。今后可加工陶瓷的研究應(yīng)注重材料的微觀結(jié)構(gòu)[6]，通過在材料內(nèi)構(gòu)造弱界面提高材料的加工性能。特別是隨著納米先進(jìn)技術(shù)的引入，我們相信可加工陶瓷材料在航空航天、兵器、新興產(chǎn)業(yè)和高技術(shù)中將得到更加廣泛應(yīng)用。