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如何實現高精密研磨技術上的新飛躍

日期:2017年2月20日 08:41

  與磨削加工有關的結構陶瓷的材料特性有以下幾種。

  (1)硬度高。大多數結構陶瓷的硬度比金屬高得多,如氧化鋁陶瓷的硬度為莫氏硬度9,碳化硅陶瓷的硬度為莫氏硬度9.2,而貼的莫氏硬度僅為4.5。結構陶瓷的硬度僅次于金剛石的硬度,金剛石的硬度為莫氏硬度10。結構陶瓷有極好的耐磨性。

  (2)抗拉強度σb低,但抗壓強度σbc高。結構陶瓷材料的實際強度受致密性、雜質及各種缺陷影響。由于結構陶瓷內部存有大量的氣孔,其作用相當于裂紋,當其拉伸時,在拉應力作用下, 氣孔會使裂紋擴展而導致陶瓷脆斷, 故其抗拉強度低;而在壓縮時,由于壓應力作用下的氣孔不會使裂紋擴展,所以其抗壓強度σbc遠高于抗拉強度σb。鑄鐵的σb/σbc為1/3,而陶瓷的σb/σbc為1/10。在各種溫度下,結構陶瓷的抗拉強度很低,抗彎強度居中,抗壓強度很高。

  (3)高脆性、低斷裂韌性。結構陶瓷在拉伸時,幾乎沒有塑性變形,在拉應力作用下產生很小的彈性變形后就直接脆斷。

  脆性是結構陶瓷的重要特征,它有極低的斷裂韌性KIC。結構陶瓷的KIC僅為鋼的1/10~1/100。SiC及Al2O3陶瓷的斷裂韌性小,在陶瓷中容易產生龜裂破碎。ZrO2的斷裂韌性最大,磨削時容易形成塑性流動型破碎的混合形式。Si3N4的斷裂韌性介于Al2O3與ZrO2之間,磨削時會產生龜裂破損與塑性流動破損的混合形式。

  在高溫慢速加載條件下,結構陶瓷晶體滑移系會增多,特別是當組織中有玻璃相時,有些結構陶瓷也會表現出一定的塑性。塑性開始溫度約為0.5Tm(Tm——熔點絕對溫度,單位為K)。由于塑性變形溫度很高,所以結構陶瓷材料均具有較高的高溫強度。

  (4)高彈性模量。結構陶瓷的彈性模量比金屬高得多,因此其受理后的彈性變形很小。由于結構陶瓷受力后的變形極小,所以可用于制作精密系統的零構件。結構陶瓷材料的彈性模量隨氣孔率和溫度的升高而減小。

  (5)與金屬相比,陶瓷材料的熱膨脹系數小、熱導率低、熱容量小;隨氣孔率的增加,其熱膨脹系數,導熱性及熱容量均降低。

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