中國粉體網(wǎng)訊  工程陶瓷具有硬度高、強度大、耐腐蝕、耐高溫、化學性能穩(wěn)定等優(yōu)良特性，已被廣泛應用于化學工業(yè) 、機械制造、航空航天 、電子電氣 、海洋工程 、軍事等領域中。但由于工程陶瓷同時具有硬度高，脆性大，在受到外力時幾乎不經(jīng)過塑性變形就直接斷裂等特點，導致其加工難度極大，使用常規(guī)的機械方法很難實現(xiàn)加工，這就嚴重阻礙了其應用。

（陶瓷材料的電火花加工技術可用于航空發(fā)動機：圖片來源于網(wǎng)絡）

據(jù)中國粉體網(wǎng)編輯了解，目前對于工程陶瓷最常用的加工方法有車削加工、磨削加工、鉆削加工、激光加工、高壓水噴射加工、超聲加工、復合式加工等。

由于陶瓷材料本身的特性，接觸式的機械加工方法，加工余量越大其加工成本較高，且刀具與工件直接接觸，更容易導致應力集中點應力釋放，從而在接觸邊緣產(chǎn)生裂紋，影響材料進一步加工使用。

（圖片來源于網(wǎng)絡）

尤其是對于厚度較大的陶瓷材料，超聲加工或激光加工均因效率太低且成本極高而無法實現(xiàn)。使用電火花對具有導電性的工程陶瓷進行加工，不僅效率較高，而且由于其為非接觸式放電腐蝕加工，避免了刀具與工件的直接接觸，能更好地保證材料的邊緣質(zhì)量。

電火花加工技術簡介

電火花加工又稱作電蝕加工或放電加工，是利用工具電極和工件電極間脈沖放電時產(chǎn)生的電蝕現(xiàn)象對材料(毛坯)進行加工。理論上能加工任何高硬度、高致密的物質(zhì)。火花放電時，在放電區(qū)域能量高度集中，瞬時溫度高達10000℃左右，足以使陶瓷材料局部融化而被蝕除。電火花加工能夠?qū)﹄娮杪市∮?00Q·cm的陶瓷材料進行低成本加工。

（電火花加工設備：圖片來源于網(wǎng)絡）

電火花加工可以進行成型、穿孔和切割加工各種形狀復雜的零件。加工時工具與工件不接觸，作用力極小，因而可加工小孔、窄縫等微細結構以及各種復雜型面的型孔和型腔，亦可在極薄的板料或工件上加工。

陶瓷材料的電火花加工技術

1、導電性陶瓷的電火花加工

目前對導電陶瓷的電加工研究主要集中在如何提高加工精度、表面質(zhì)量以及改進加工過程控制等方面。

（1）電火花線切割加工

電火花線切割加工是研究得較多也是較為成熟的一種，一般的研究都是試圖找出線切割加工的各種電參數(shù)與加工質(zhì)量和加工效率之間的關系。

（2）電火花成型加工

一般來說，凡是能電火花線切割的材料往往都能進行電火花成型加工，但相對而言，電火花成型加工要考慮的因素多一些，它涉及到電極的形狀和損耗，加工時遇到某些不導電的硬質(zhì)點還可能造成破壞等等。但電火花成型加工對于穿孔，型腔模等方面的加工是線切割所無法代替的。

以電火花線切割和成型加工為基礎，還可衍生出其它方式的加工方法，如電火花內(nèi)外圍和平面磨削，刀具的刃磨，電火花銑槽，齒輪及螺紋的電火花加工等。

2、加工非導電性陶瓷

電火花加工一般只適用于金屬等導電材料的加工，很難直接對電阻率高于100Ω・cm的材料進行加工。目前工業(yè)上使用的絕緣陶瓷(氮化硅、氧化鋯、氧化鋁等)的電阻率一般都接近或大于105Ω・cm，其電阻率高，難以在工具電極和工件(絕緣陶瓷)之間形成放電條件，故不能直接用絕緣陶瓷作電極，應在進行電火花磨削加工絕緣陶瓷之前對絕緣陶瓷表面進行導電化處理，使其表面帶有導電層。

例如利用輔助電極法電火花加工絕緣陶瓷在陶瓷表面形成導電層、直接在陶瓷表面鍍上一層金屬形成導電層等，這些處理都是為了在電火花磨削加工之前，在絕緣陶瓷表面與工具電極之間建立一個能放電的回路。在電火花磨削加工的時候，導電層代替被加工工件(絕緣陶瓷)作為放電回路中的其中一極，創(chuàng)造出電火花磨削加工所需要的必要條件。

（1）電解液法

電解液法實際上是電解電火花復合加工，它是目前研究得最多的方法。這種方法通常是利用電化學反應時在工具電極上產(chǎn)生的氣泡，形成電解液中火花放電所需的非導電相，通過氣泡放電的熱作用來蝕除工件，其中電解作用和化學作用也起了重要的影響。

由于電解液法氣體相形成速度慢，放電擊穿延時長，大量消耗電解能，因而加工效率低、能耗大。對此，有人提出以高速旋轉(zhuǎn)的齒電極的氣流吸附及渦流作用，或用可控充氣的技術等方法來解決。

（2）高電壓輝光放電加工

該方法早期針對絕緣的天然金剛石作為拉絲模，在其正反表面加工出小的錐形凹坑預孔。高電壓輝光放電加工方法原理是：工件置于尖電極和平板電極間，兩電極間加高壓高頻電源，電壓為5000～6000V，頻率為數(shù)萬赫茲到數(shù)十兆赫茲；高電壓使尖電極附近的空氣被擊穿，從而形成輝光放電蝕除。此方法只能加工深度淺的孔，并且加工出的孔形狀粗糙，需要用機械加工進行修研；但是作為粗加工還是具有一定的效率和經(jīng)濟性。

（3）輔助電極電火花加工法

日本長岡科技大學的福澤康教授和東京大學毛利尚武教授在用電火花加工金屬和絕緣陶瓷的結合面時，發(fā)現(xiàn)金屬側(cè)被加工蝕除的同時，絕緣陶瓷也被加工蝕除，從而發(fā)明了絕緣陶瓷輔助電極電火花加工法。該方法是利用電極和輔助導電電極之間的電火花放電使煤油工作液熱分解出的碳沉積在絕緣陶瓷加工表面，形成導電膜，從而使絕緣陶瓷的加工表面具有導電性來實現(xiàn)對絕緣陶瓷的電火花放電加工。

結束語

隨著包括電火花加工技術在內(nèi)的特種加工技術的創(chuàng)新發(fā)展，不論是對導電陶瓷還是絕緣陶瓷，尤其是對高硬度工程陶瓷的精細加工將起到巨大的推動作用，使高性能陶瓷的應用范圍進一步擴大，這無疑相當于對陶瓷材料工業(yè)的進一步發(fā)展加入新的助力。

參考來源：

[1]李彥斌等.工程陶瓷電火花加工方法的研究

[2]李洪峰等.陶瓷材料電火花加工技術及研究進展

[3]陳益飛等.絕緣工程陶瓷電火花加工技術研究進展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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