工程陶瓷是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的工程材料,由于它具有高強(qiáng)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(jì)算機(jī)技術(shù)、海洋技術(shù)開(kāi)發(fā)、汽車(chē)制造和石油化工等部門(mén)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(guò)機(jī)械加工才能應(yīng)用,因?yàn)閷?duì)其精度要求很高,公差范圍很小,要達(dá)到這種要求,只有金剛石砂輪才能夠勝任。
日前,發(fā)達(dá)國(guó)家雖然研究開(kāi)發(fā)了精細(xì)陶瓷材料的金剛石刀具的切削加工方法,但對(duì)機(jī)床剛度要求高,至今還未完全實(shí)用化。盡管金剛石砂輪價(jià)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(gè)方向,也是磨削領(lǐng)域的一個(gè)新動(dòng)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(shí),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(duì)強(qiáng)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(duì)零件間配合的可靠性、摩擦與磨損、接觸剛度與接觸強(qiáng)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(yàn)表明,在一定加工條件下陶瓷表面也會(huì)發(fā)生塑性變形,這說(shuō)明陶瓷材料是有可能通過(guò)機(jī)械加工方法獲得可靠的表面質(zhì)量。
據(jù)日本專家預(yù)測(cè),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(guó)磨削工業(yè)界研究的重點(diǎn)?,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(lái)開(kāi)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(shí),利用加工中心就像切削加工金屬那樣,進(jìn)行三維體加工,表面光潔度可達(dá)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(dá)15mm3/min的磨損率。
可見(jiàn),工程陶瓷的機(jī)械加工是金剛石工具的一個(gè)重要市場(chǎng)。1991年世界市場(chǎng)上工程陶瓷的價(jià)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(guó)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(guó)為4990萬(wàn)美元,日本為3600萬(wàn)美元,歐洲和其他國(guó)家為2700萬(wàn)美元(其中德國(guó)約占一半)。