可加工陶瓷材料的发展现状研究

张铭华，李同舟，周媛

（1.上海航天控制技术研究所，上海 201100 ； 2.成都市索芯成半导体科技有限公司，四川成都600018； 3.广汉川冶新材料有限责任公司，四川广汉 618300 ）

陶瓷材料以其优异的电磁、力学、高温以及耐环境作用等综合性能获得了广泛的使用[1]。随着国防高技术和新兴产业的发展，为适应不同领域不同部件的具体需要，对陶瓷材料的应用提出了更为苛刻的要求，不可避免的要对其进行加工。我们知道陶瓷材料在加工过程中由于材质本身（高硬度、脆性）不可避免会增加加工难度，造成陶瓷材料可加工性成为限制陶瓷材料广泛应用的一大瓶颈。因此，改进陶瓷材料的可加工性成为近30多年来研究的热点。

可加工陶瓷是指：在室温下，在传统机加工工艺条件下，在不损伤陶瓷材料原有机械强度下，使陶瓷的外观质量达到确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 可加工陶瓷分类

根据材料成份分为三大类见表1

表1 可加工陶瓷分类

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现的新材料，颜色洁白，组织致密，具有良好的电绝缘性、机械性能和化学稳定性，能用普通硬质合金和高速钢进行加工，用途非常广泛。其机械性能见表2；热性能及介电性质见表3；化学稳定性见表4。

表2 云母基可加工陶瓷机械性能

表3 云母基可加工陶瓷热性能及介电性质

表4 云母基可加工陶瓷化学稳定性

云母玻璃基陶瓷是一种开发较早、工艺路线成熟的可加工陶瓷材料。早在1970年，G.H.Beall等人在理论和实验研究的基础上，最先制备出由SiO2-B2O3-ALO3-MgO-K2O-F组成的具有优良切削性能陶瓷材料，同年，D.G.Grossman等人也成功地制备出K2OMgF2-MgO-SiO2四硅酸氟云母可加工玻璃陶瓷。通过专家学者的研究我们知道云母基可加工玻璃陶瓷材料结构是片状云母微晶均匀分散在玻璃基质中的[3]，材料具有极大的柔韧性，可用常规刀具、常规设备及常规工艺进行加工，并获得各种精密的异型件和薄壁件，同时加工后不需任何处理直接使用。云母基可加工玻璃陶瓷材料具有高的机械强度，优良的热性能和介电性质，良好的化学稳定性等优点。国外对其理论和应用的研究已经取得了相当的进展，但国内直到90年代才有较为系统的研究工作[4]。

烧结制备工艺和熔融制备工艺是目前制备云母基可加工玻璃陶瓷主要制备方法。

烧结法制备工艺流程见图1：

图1 烧结工艺流程见

熔融法制备工艺流程见图2：

图2 熔融工艺流程

通过实验研究云母基可加工玻璃陶瓷烧结制备工艺优于熔融制备工艺[5]。烧结法制备工艺优点是在无需加入形核剂情况下，析晶一次完成，经济简便，生产成本低。熔融法制备工艺的缺点是必须加入形核剂，熔制温度达到14500C以上才能完成成核、长大两步晶化处理，工艺复杂，过程控制难度大，成品率低，生产成本高。所以烧结法是制备高韧性可加工玻璃陶瓷一条重要的途径。

目前国内生产云母基可加工玻璃陶瓷烧结法种类主要有等低温烧结、离子放电烧结、高温烧结等等，但是生产方面的报道很少，我们相信随着先进技术、工艺的引入，云母基可加工玻璃陶瓷烧结法的研究将不断取得新的进展。

2.2 氧化物、非氧化物可加工陶瓷材料

目前主要分为三大类。见表5:

表5 氧化物、非氧化物可加工陶瓷分类

3 应用

可加工陶瓷以其优异的电磁、力学、高温以及耐环境作用等综合性能获得了广泛的应用，尤其是在国防军工、航空航天、精密仪器仪表等领域。特别是针对结构多变、形状复杂、精度要求高的耐高温绝缘零件是非常理想的。目前，可加工陶瓷主要应用在以下几方面。

（1）在航空航天及兵器领域中作耐高加速度的绝缘部件；

（2）在激光器件中用着精度高的绝缘零部件等；

（3）制作多种精密仪表的线圈骨和架绝缘支架；

（4）在电子行业作彩色摄象管中的绝缘部件、微波透过零件等。

我们相信随着可加工陶瓷材料研究的不断深入和国外先进技术、工艺的引入可加工陶瓷材料将会得到更广泛的应用。

4 结语

专家学者通过近几十年理论和应用的研究，目前可加工陶瓷的材料性能及加工质量取得了突飞猛进的发展，能很好的满足了航空航天、兵器、生物等领域技术要求。今后可加工陶瓷的研究应注重材料的微观结构[6]，通过在材料内构造弱界面提高材料的加工性能。特别是随着纳米先进技术的引入，我们相信可加工陶瓷材料在航空航天、兵器、新兴产业和高技术中将得到更加广泛应用。