可加工陶瓷材料的發展現狀研究

張銘華，李同舟，周媛

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

陶瓷材料以其優異的電磁、力學、高溫以及耐環境作用等綜合性能獲得了廣泛的使用[1]。隨著國防高技術和新興產業的發展，為適應不同領域不同部件的具體需要，對陶瓷材料的應用提出了更為苛刻的要求，不可避免的要對其進行加工。我們知道陶瓷材料在加工過程中由于材質本身（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用的一大瓶頸。因此，改進陶瓷材料的可加工性成為近30多年來研究的熱點。

可加工陶瓷是指：在室溫下，在傳統機加工工藝條件下，在不損傷陶瓷材料原有機械強度下，使陶瓷的外觀質量達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的新材料，顏色潔白，組織致密，具有良好的電絕緣性、機械性能和化學穩定性，能用普通硬質合金和高速鋼進行加工，用途非常廣泛。其機械性能見表2；熱性能及介電性質見表3；化學穩定性見表4。

表2 云母基可加工陶瓷機械性能

表3 云母基可加工陶瓷熱性能及介電性質

表4 云母基可加工陶瓷化學穩定性

云母玻璃基陶瓷是一種開發較早、工藝路線成熟的可加工陶瓷材料。早在1970年，G.H.Beall等人在理論和實驗研究的基礎上，最先制備出由SiO2-B2O3-ALO3-MgO-K2O-F組成的具有優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。通過專家學者的研究我們知道云母基可加工玻璃陶瓷材料結構是片狀云母微晶均勻分散在玻璃基質中的[3]，材料具有極大的柔韌性，可用常規刀具、常規設備及常規工藝進行加工，并獲得各種精密的異型件和薄壁件，同時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械強度，優良的熱性能和介電性質，良好的化學穩定性等優點。國外對其理論和應用的研究已經取得了相當的進展，但國內直到90年代才有較為系統的研究工作[4]。

燒結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。

燒結法制備工藝流程見圖1：

圖1 燒結工藝流程見

熔融法制備工藝流程見圖2：

圖2 熔融工藝流程

通過實驗研究云母基可加工玻璃陶瓷燒結制備工藝優于熔融制備工藝[5]。燒結法制備工藝優點是在無需加入形核劑情況下，析晶一次完成，經濟簡便，生產成本低。熔融法制備工藝的缺點是必須加入形核劑，熔制溫度達到14500C以上才能完成成核、長大兩步晶化處理，工藝復雜，過程控制難度大，成品率低，生產成本高。所以燒結法是制備高韌性可加工玻璃陶瓷一條重要的途徑。

目前國內生產云母基可加工玻璃陶瓷燒結法種類主要有等低溫燒結、離子放電燒結、高溫燒結等等，但是生產方面的報道很少，我們相信隨著先進技術、工藝的引入，云母基可加工玻璃陶瓷燒結法的研究將不斷取得新的進展。

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 應用

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

（1）在航空航天及兵器領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技術、工藝的引入可加工陶瓷材料將會得到更廣泛的應用。

4 結語

專家學者通過近幾十年理論和應用的研究，目前可加工陶瓷的材料性能及加工質量取得了突飛猛進的發展，能很好的滿足了航空航天、兵器、生物等領域技術要求。今后可加工陶瓷的研究應注重材料的微觀結構[6]，通過在材料內構造弱界面提高材料的加工性能。特別是隨著納米先進技術的引入，我們相信可加工陶瓷材料在航空航天、兵器、新興產業和高技術中將得到更加廣泛應用。