可加工陶瓷及其加工技术

随着现代化工业的发展，陶瓷材料在各个领域的应用越来越多，如在航空

航天、机械、医学、化工、冶金等领域都已得到广泛应用。现代高科技产业对陶瓷材
料的加工效率和加工质量提出了更高的要求。
特别是在航空航天、化工机械、陶瓷发动机、生
物陶瓷、精密仪表等领域，陶瓷材料作为精密
机械零件时，对其加工提出了更为苛刻的要求。
但陶瓷制品大多是由无机材料经过成型烧成等
工艺生产的。制品在烧结过程中收缩变形较大，
形状尺寸误差较大。因此，对于某些要求成品
精度较高的领域，陶瓷制品又需要再进行机械
加工。由于受其自身化学键和微观结构的影响，陶瓷的脆硬性导致了其难以加工

因此，改善陶瓷材料的可加工性，开展可加
工陶瓷材料的研发成为当前倍受重视的研究
热点之一。

可加工陶瓷是指在室温下，用传统机加

工方法（如硬质合金或高速钢工具）能进行
加工并保持一定尺寸公差的陶瓷材料。通常对
陶瓷的加工精度以样品加工后的表面粗糙度
来评价，对可加工陶瓷要求加工后表面粗糙
度要求小于

10μm

[１]

。可加工陶瓷按材料成

分的不同可分为三大类：云母玻璃陶瓷、非氧化物可加工陶瓷和氧化物可加工陶
瓷。
（

2） 可加工陶瓷材料

１　可加工玻璃陶瓷

云母玻璃陶瓷是一种开发得较早、工艺路线较为成熟加工陶瓷。

1970 年, 

G.H.Beall

[2]

“

”

等人在理论和实验研究的基础上发表了题为 云母玻璃陶瓷 的文章

,

 首次制备出含云母相的可切削加工玻璃陶瓷,即由组成 SiO

2

-B

2

O

3

-Al

2

O

3

-MgO- 

K

2

O-F 系玻璃转变而来的氟云母玻璃陶瓷。此后，D.G.Grossman 等人也成功

地从四元体系

K

2

O-MgF

2

-MgO-SiO

2

制备出四硅酸氟云母可加工玻璃陶瓷。云母

相的存在是玻璃陶瓷可加工性的主要来源，云母玻璃陶瓷微观结构的显著特点

—

是：高度交联的云母相镶嵌在玻璃基体中，使得微裂纹主要沿云母 玻璃弱界
面和层状云母基面扩展，弱界面可以产生和捕获微观缺陷，消耗裂纹扩展的能
量，从而避免材料在加工过程中的宏观脆断。但由于云母属于层状结构硅酸盐矿
物，层与层之间靠范德华力联结，结合力较弱，使得云母玻璃陶瓷的机强度较
低。在切割刀具作用下，沿解理面产生裂纹，通过微裂纹相互连接使小部分材料
被去除

, 所以有很好的可加工性能

[3]

。可加工玻璃陶瓷主要采用熔融法生产，工

→

→

→

艺流程为配料 熔化 浇铸成型 两步热处理。析晶组成有两大类

:一类为碱金属

基氟金云母

;另一类为不含 Al

2

O

3

的碱金属基氟硅云母。目前同时具有较高力学

强度、良好的抗热震性能，且容易加工的云母基玻璃陶瓷还不多见。

Tomoko 

Uno

[4]

等用熔融法得到含

Ba 云母玻璃陶瓷，其强度可比普通的云母玻璃陶瓷提

高

2～3 倍, 接着他们又通过改进工艺制备了抗弯强度高达 500Mpa 的含 Zr 云

母玻璃陶瓷。此外，由于玻璃相软化或晶相粗化，使得玻璃陶瓷的使用温度受到