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基礎研究助力陶瓷精密加工 特種陶瓷嶄露頭角
發布時間 :2013-11-07       內容來源 :       總點擊數 :

陶瓷具有其他材料所沒有的一些性能,如耐磨、耐高溫、耐腐蝕,同時還有優異的電、磁、聲、光等物理特點。因此它在能源、電子、航空航天、機械、汽車、冶金、和生物等各方面都有廣闊的應用前景,成為工業技術特別是尖端技術中不可缺少的關鍵材料。然而,陶瓷材料容易斷裂,裂紋容易擴散,這個致命的弱點嚴重制約了陶瓷材料的加工、發展和應用。

在國家自然科學基金的支持下,浙江工業大學教授袁巨龍團隊在陶瓷精密加工新的基礎理論和實踐中取得重要突破,成功研制了基于全包絡研磨成球方式的新型精密球體研磨機,實現了陶瓷球的批量高效加工。其主持的“先進陶瓷精密高效加工技術基礎研究”項目,被驗收專家組綜合評價為優秀。
特種陶瓷嶄露頭角
    2010年11月,第八屆中國國際航空航天博覽會在珠海舉行,作為中國最大規模的航空航天展會,受到全世界的巨大關注。展會上,殲十、轟六H、C919等一大批代表我國在這一領域水平的新產品得到了展示。鮮為人知的是,陶瓷行業也與此密切相關,其中特種陶瓷更是廣泛地應用于這些航空航天器材中。在本次航展上,特種陶瓷應用分別涉及到直升機用防彈裝甲陶瓷、飛機剎車盤材料、衛星電池用陶瓷隔膜材料、紅外隱身/偽裝、陶瓷軸承、導彈用陶瓷天線罩材料等,特種陶瓷憑借其獨特的優勢在這一領域得到廣泛應用。
    陶瓷是一類原料來源豐富,傳統技藝悠久,具有堅硬、耐用等一系列優良性質的材料,人類使用陶瓷的歷史已有數千年。今天,陶瓷產品已遍及人們生產生活的各個方面,陶瓷工業也成為現代化建設中不可忽視的一個產業。
    陶瓷制品可分為兩大類,即普通陶瓷和特種陶瓷。普通陶瓷即為我們傳統概念中所理解的陶瓷,這一類陶瓷制品是人們生活和生產中最常見和使用的。特種陶瓷用于各種現代工業和尖端科學技術所需的陶瓷制品,其所用的原料和所需的生產工藝技術已與普通陶瓷有較大的不同。特種陶瓷又可根據其性能及用途的不同細分為結構材料用陶瓷和功能陶瓷。結構材料用陶瓷主要用于耐磨損、高強度、耐熱、耐熱沖擊、硬質、高剛性、低熱膨脹性和隔熱等。功能陶瓷中包括電磁功能、光學功能和生物一化學功能等陶瓷制品和材料,此外還有核能陶瓷和其他功能材料等。

特種陶瓷采用優化配方和精細生產工藝制造,其具有的優良機械、物理性能,是金屬材料無法比擬的。上世紀七八十年代,特種陶瓷已在電子和光學高科技器件中應用出現。隨著現代科學技術的飛速發展,人們對材料的要求更高更嚴,作為具有優良性能的特種陶瓷更是在許多現代國防工業和尖端科學技術領域嶄露頭角。如航空、航天、半導體、高頻技術、高溫材料和各種特種用途的新材料、新元件無不需要特種陶瓷材料。
加工技術的瓶頸
 陶瓷材料性脆,容易斷裂,而且裂紋容易擴散,這個致命的弱點嚴重制約了陶瓷材料的加工、發展和應用。隨著特種陶瓷材料的開發和應用,陶瓷材料加工的要求越來越高,加工技術也受到人們的普遍關注。

“在陶瓷材料加工中,研磨是一種重要的精密加工方法。它可分為去除加工、結合加工和變形加工三類。”袁巨龍說,“在精密或超精密加工過程中,比如去除加工時,要去除材料表面的一層原子,就是將材料表面原子與內部原子切開,機械加工必然殘留有加工變質層,加工中還伴隨著化學反應等復雜現象,處理不好就會影響材料的性能。”
 據介紹,陶瓷材料的超精密加工是獲得高形狀精度、表面精度和表面完整性的必要手段。近年來,我國雖然在超精密加工方面做了大量工作,但是與國外發達國家還有距離。目前,我國大直徑、高質量的球類還是依靠進口,然而國外又不愿意出售給我們,致使我國大型風機等應用受到一定制約。
“影響精密加工和超精密加工的因素主要有加工機理、被加工材料、加工設備及其基礎元件、加工工具、檢測與誤差補償、工作環境、工藝過程設計、夾具設計、人的技藝等。超精密加工手段主要有超精密切削、超精密磨削和超精密研磨拋光以及特種加工等。這其中有很多基礎科學問題有待解決。我們目前主要圍繞基礎幾何形狀表面(平面、球面、圓柱面)的超精密高效磨削、研磨拋光加工技術與裝備,開展一系列原創性的加工方法、關鍵技術、加工與檢測設備研究,形成加工技術及理論體系,并應用于工程實際。”袁巨龍說。

 

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