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      鄭州華晶金剛石股份有限公司

      我國先進(jìn)陶瓷精密高效加工技術(shù)獲突破

      關(guān)鍵詞 陶瓷 , 精密加工|2012-05-03 09:33:10|來源 九正建材網(wǎng)
      摘要 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(shí)還有優(yōu)異的電、磁、聲、光等物理特點(diǎn)。因此它在能源、電子、航空航天、機(jī)械、汽車、冶金、和生物等各方面都有廣闊的應(yīng)用前景,...

        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(shí)還有優(yōu)異的電、磁、聲、光等物理特點(diǎn)。因此它在能源、電子、航空航天、機(jī)械、汽車、冶金、和生物等各方面都有廣闊的應(yīng)用前景,成為工業(yè)技術(shù)特別是尖端技術(shù)中不可缺少的關(guān)鍵材料。然而,陶瓷材料容易斷裂,裂紋容易擴(kuò)散,這個(gè)致命的弱點(diǎn)嚴(yán)重制約了陶瓷材料的加工、發(fā)展和應(yīng)用。

        在國家自然科學(xué)基金的支持下,浙江工業(yè)大學(xué)教授袁巨龍團(tuán)隊(duì)在陶瓷精密加工新的基礎(chǔ)理論和實(shí)踐中取得重要突破,成功研制了基于全包絡(luò)研磨成球方式的新型精密球體研磨機(jī),實(shí)現(xiàn)了陶瓷球的批量高效加工。其主持的“先進(jìn)陶瓷精密高效加工技術(shù)基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目,被驗(yàn)收專家組綜合評(píng)價(jià)為優(yōu)秀。

        特種陶瓷嶄露頭角

        據(jù)悉,在第八屆中國國際航空航天博覽會(huì)上,殲十、轟六H、C919等一大批代表我國在這一領(lǐng)域水平的新產(chǎn)品得到了展示。鮮為人知的是,陶瓷行業(yè)也與此密切相關(guān),其中特種陶瓷更是廣泛地應(yīng)用于這些航空航天器材中。在本次航展上,特種陶瓷應(yīng)用分別涉及到直升機(jī)用防彈裝甲陶瓷、飛機(jī)剎車盤材料、衛(wèi)星電池用陶瓷隔膜材料、紅外隱身/偽裝、陶瓷軸承、導(dǎo)彈用陶瓷天線罩材料等,特種陶瓷憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢在這一領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

        陶瓷是一類原料來源豐富,傳統(tǒng)技藝悠久,具有堅(jiān)硬、耐用等一系列優(yōu)良性質(zhì)的材料,人類使用陶瓷的歷史已有數(shù)千年。今天,陶瓷產(chǎn)品已遍及人們生產(chǎn)生活的各個(gè)方面,陶瓷工業(yè)也成為現(xiàn)代化建設(shè)中不可忽視的一個(gè)產(chǎn)業(yè)。

        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(tǒng)概念中所理解的陶瓷,這一類陶瓷制品是人們生活和生產(chǎn)中最常見和使用的。特種陶瓷用于各種現(xiàn)代工業(yè)和尖端科學(xué)技術(shù)所需的陶瓷制品,其所用的原料和所需的生產(chǎn)工藝技術(shù)已與普通陶瓷有較大的不同。特種陶瓷又可根據(jù)其性能及用途的不同細(xì)分為結(jié)構(gòu)材料用陶瓷和功能陶瓷。結(jié)構(gòu)材料用陶瓷主要用于耐磨損、高強(qiáng)度、耐熱、耐熱沖擊、硬質(zhì)、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(xué)功能和生物一化學(xué)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(yōu)化配方和精細(xì)生產(chǎn)工藝制造,其具有的優(yōu)良機(jī)械、物理性能,是金屬材料無法比擬的。上世紀(jì)七八十年代,特種陶瓷已在電子和光學(xué)高科技器件中應(yīng)用出現(xiàn)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對(duì)材料的要求更高更嚴(yán),作為具有優(yōu)良性能的特種陶瓷更是在許多現(xiàn)代國防工業(yè)和尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域嶄露頭角。如航空、航天、半導(dǎo)體、高頻技術(shù)、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(shù)的瓶頸

        陶瓷材料性脆,容易斷裂,而且裂紋容易擴(kuò)散,這個(gè)致命的弱點(diǎn)嚴(yán)重制約了陶瓷材料的加工、發(fā)展和應(yīng)用。隨著特種陶瓷材料的開發(fā)和應(yīng)用,陶瓷材料加工的要求越來越高,加工技術(shù)也受到人們的普遍關(guān)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(jié)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(shí),要去除材料表面的一層原子,就是將材料表面原子與內(nèi)部原子切開,機(jī)械加工必然殘留有加工變質(zhì)層,加工中還伴隨著化學(xué)反應(yīng)等復(fù)雜現(xiàn)象,處理不好就會(huì)影響材料的性能。”

        據(jù)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(fā)達(dá)國家還有距離。目前,我國大直徑、高質(zhì)量的球類還是依靠進(jìn)口,然而國外又不愿意出售給我們,致使我國大型風(fēng)機(jī)等應(yīng)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(jī)理、被加工材料、加工設(shè)備及其基礎(chǔ)元件、加工工具、檢測與誤差補(bǔ)償、工作環(huán)境、工藝過程設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)、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(chǔ)科學(xué)問題有待解決。我們目前主要圍繞基礎(chǔ)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(shù)與裝備,開展一系列原創(chuàng)性的加工方法、關(guān)鍵技術(shù)、加工與檢測設(shè)備研究,形成加工技術(shù)及理論體系,并應(yīng)用于工程實(shí)際。”袁巨龍說。

        助力陶瓷精密加工

        在國家自然科學(xué)基金的支持下,袁巨龍團(tuán)隊(duì)提出了半固著磨粒加工新方法及低結(jié)合強(qiáng)度、弱塑性變形的半固著磨具設(shè)計(jì)技術(shù),揭示了先進(jìn)陶瓷材料分別在脆性域、塑性域和彈性域均勻去除的加工規(guī)律;開發(fā)了具有低結(jié)合強(qiáng)度、弱塑性變形特性的半固著磨具,建立了其性能檢測和評(píng)價(jià)體系。他們提出了偏心研磨和雙自轉(zhuǎn)研磨兩種球面全包絡(luò)研磨成球原理,為解決成球精度低、成球效率低的技術(shù)難題提供了理論依據(jù);建立了球面研磨均勻性的定量分析方法,為球體加工工藝過程的優(yōu)化提供了有效的預(yù)測手段。該團(tuán)隊(duì)研發(fā)了陶瓷球球體加工工藝專家數(shù)據(jù)庫以及球體固著磨料研磨技術(shù)、化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)、研磨盤在位修整等陶瓷球精密高效加工關(guān)鍵技術(shù),形成了陶瓷球體精密高效批量加工工藝新方法,并研制了基于全包絡(luò)研磨成球方式的新型精密球體研磨機(jī),實(shí)現(xiàn)了陶瓷球的批量高效加工。

        在項(xiàng)目執(zhí)行期間,該研究小組發(fā)表學(xué)術(shù)論文58篇,其中被SCI、EI收錄80余篇次;在國際會(huì)議上作特邀報(bào)告4次;獲國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng),省部級(jí)一等獎(jiǎng)1項(xiàng),二等獎(jiǎng)1項(xiàng),三等獎(jiǎng)1項(xiàng);申請(qǐng)發(fā)明專利14件,已獲得發(fā)明專利5件,軟件著作權(quán)5件;同時(shí)還開展了廣泛的國際學(xué)術(shù)交流,培養(yǎng)了一批博士生與碩士生。

        在該項(xiàng)目結(jié)題評(píng)審時(shí),以中國科學(xué)院院士任露泉為組長、中國工程院院士譚建榮為副組長的7人專家組對(duì)該項(xiàng)目給予了高度評(píng)價(jià),綜合評(píng)價(jià)為優(yōu)秀。

       

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