工程陶瓷是近年來迅速發(fā)展起來的工程材料,由于它具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、低密度、低膨脹系數(shù)等特殊功能,因而在能源技術(shù),航空航天技術(shù)、計算機技術(shù)、海洋技術(shù)開發(fā)、汽車制造和石油化工等部門中的應(yīng)用日益顯示出其廣闊的發(fā)展前景。燒結(jié)成型的陶瓷坯料必須通過機械加工才能應(yīng)用,因為對其精度要求很高,公差范圍很小,要達到這種要求,只有金剛石砂輪才能夠勝任。
日前,發(fā)達國家雖然研究開發(fā)了精細陶瓷材料的金剛石刀具的切削加工方法,但對機床剛度要求高,至今還未完全實用化。盡管金剛石砂輪價格高、修整較困難、磨削效率較低,生產(chǎn)中仍廣泛采用磨削加工方法。
金剛石砂輪磨削陶瓷既是陶瓷加工方面引人注目的一個方向,也是磨削領(lǐng)域的一個新動向,而磨削表面質(zhì)量是磨削加工的重要內(nèi)容之一。工程陶瓷做為結(jié)構(gòu)件時,其合格的加工公差和表面粗糙度是至關(guān)重要的。雖然材料本身性能和缺陷對強度有決定性影響,但良好的加工表面質(zhì)量可使表面缺陷減少到最小程度,對零件間配合的可靠性、摩擦與磨損、接觸剛度與接觸強度等許多方面都有重要作用。粗糙度越大,抗彎度越小,因此,表面粗糙度一直是衡量零件質(zhì)量的指標(biāo)之一。試驗表明,在一定加工條件下陶瓷表面也會發(fā)生塑性變形,這說明陶瓷材料是有可能通過機械加工方法獲得可靠的表面質(zhì)量。
據(jù)日本專家預(yù)測,以新陶瓷材料為代表的新材料的加工技術(shù)將成為下一代工業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)。因此,以陶瓷、硅片等為代表的磨削加工已逐漸成為各國磨削工業(yè)界研究的重點?,F(xiàn)已出現(xiàn)了很多專用配備或可以選用的金剛石砂輪磨床。
在磨削工程陶瓷研究方面,日本今年來開發(fā)了許多新型金剛石砂輪,例如,鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪,亦稱CIB-D砂輪,這種砂輪可高效率地磨削陶瓷,特別是加工高密度氧化鋁和氧化硅時,利用加工中心就像切削加工金屬那樣,進行三維體加工,表面光潔度可達數(shù)微米,高密度金剛石砂輪用于磨削Si4N3墊壓件平面可獲得Z達15mm3/min的磨損率。
可見,工程陶瓷的機械加工是金剛石工具的一個重要市場。1991年世界市場上工程陶瓷的價值為125億美元,其中電陶瓷或電子陶瓷只有15%需用金剛石工具。
工程陶瓷的使用主要集中在:美國48億美元,日本42億美元。用于加工陶瓷金剛石工具的消耗,美國為4990萬美元,日本為3600萬美元,歐洲和其他國家為2700萬美元(其中德國約占一半)。