陶瓷加工及改進(jìn)課件

第六章陶瓷的加工及改性第一節(jié)陶瓷的機(jī)械加工方法陶瓷加工的特點(diǎn)：①陶瓷都有尺寸和表面精度要求，但由于燒結(jié)收縮率大，無(wú)法保證燒結(jié)后瓷體尺寸的精確度，因此燒結(jié)后需要再加工②陶瓷材料有高硬度、高強(qiáng)度、脆性大的特性，屬于難加工材料1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理分類方式加工方法機(jī)械磨料加工固結(jié)磨料加工磨削珩磨超精加工紗布砂紙加工懸浮磨料加工研磨超聲波加工拋光滾筒拋光刀具加工切削加工切割化學(xué)蝕刻化學(xué)研磨化學(xué)拋光光化學(xué)光刻電化學(xué)電解研磨電解拋光電學(xué)電火花加工電子束加工離子束加工等離子體加工光學(xué)激光加工陶瓷材料的加工方法1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理6.1.1陶瓷的切削加工（cutting）一、陶瓷材料的切削加工特點(diǎn)（1）陶瓷材料具有很高的硬度、耐磨性，對(duì)于一般工程陶瓷的切削，只有超硬刀具材料才能夠勝任（2）陶瓷材料是典型的硬脆材料（3）陶瓷材料的切削特性由于材料種類、制備工藝不同而有很大差別二、陶瓷材料的切削加工

（1）選擇切削性能優(yōu)良的新型切削刀具（2）選擇合適的刀具幾何參數(shù)（3）切削用量的選擇（4）設(shè)計(jì)的專用夾具、緩沖震動(dòng)、施冷卻潤(rùn)滑1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、磨削加工設(shè)備①砂輪（grindingwheel）和磨料（abrasives）的選擇②磨削工藝及條件的選擇a砂輪磨削速度b工件給進(jìn)速度（feedingspeed）c冷卻液的選擇（coolingmedia）d磨削深度ap（rubbingdepth）e磨削方式（rubbingway）、方向及機(jī)床剛性（machinerigidity）1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理6.1.3陶瓷的研磨、拋光加工一、陶瓷的研磨（grinding）①研磨加工是利用涂敷或壓嵌游離磨粒與研磨劑的混合物在一定剛性的軟質(zhì)研具上，研具與工件向磨粒施加一定壓力，磨粒作滾動(dòng)與滑動(dòng)，從被研磨工件上去除極薄的余量，以提高工件的精度和降低表面粗糙度的加工方法，研磨加工示意圖如下圖。研磨加工示意圖1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理②研磨過(guò)程材料剝離的機(jī)理主要是以滾碾破碎為主。磨粒越粗，材料剝離率越大，研磨效率越高，但表面粗糙度增大；磨粒硬度越高，研磨效率越高，但卻容易使球面出現(xiàn)機(jī)械損傷，導(dǎo)致表面粗糙度相對(duì)較低。

③研磨工程陶瓷用的磨料一般采用B4C和金剛石粉，磨料粒度范圍為250~600目，冷卻液可選用煤油或機(jī)油。但對(duì)于較大尺寸的制品，不適合采用端面研磨機(jī)加工，通常采用研磨砂布進(jìn)行加工。1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理第二節(jié)陶瓷的特種加工技術(shù)6.2.1電火花加工電火花加工的原理是基于工件和工具（正、負(fù)電極）之間脈沖性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來(lái)蝕除（corrosionremoving）多余的金屬，以達(dá)到對(duì)零件的尺寸、形狀以及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求。下圖為放電加工示意圖放電間隙示意圖1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理電火花加工必須具備以下幾個(gè)條件：（1）放電必須是瞬時(shí)的脈沖性放電。（2）火花放電必須在有較高絕緣強(qiáng)度的介質(zhì)中進(jìn)行。（3）要有足夠的放電強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)金屬局部的熔化和氣化。（4）工具電極與工件被加工表面之間要始終保持一定的放電間隙絕緣陶瓷的電火花放電加工原理示意圖和高速電火花穿孔機(jī)原理示意圖如下圖所示電火花加工示意圖高速電火花穿孔機(jī)原理示意圖1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理6.2.2電子束加工

電子束加工（electronbeammachining）是在真空的條件下，利用聚焦后能量密度極高（106~109W/cm2）的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小的面積上，在極短的時(shí)間（幾分之一微秒）內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使被沖擊的大部分的工件材料達(dá)到數(shù)千度以上的高溫，從而引起材料的局部融化或氣化。下圖為電子束加工工作原理示意圖。電子束加工工作原理示意圖①工件變形小、效率高、清潔②制電子束能量密度的大小與能量注入時(shí)間，達(dá)到熱處理，焊接，打孔，切割等加工目的

③光刻加工特點(diǎn)：1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理

超聲波磨削加工是利用工具端面作超聲頻振動(dòng)，通過(guò)磨料懸浮液加工硬脆材料的一種加工方法。加工原理如圖所示。超聲波加工機(jī)理6.2.4超聲波加工（ultrasonicmachining）特點(diǎn)：（1）適合加工各種硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料（2）加工設(shè)備結(jié)果簡(jiǎn)單，操作、維修方便（3）可以得到高質(zhì)量的表面，而且可以加工薄壁、窄縫零件1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理第三節(jié)施釉

陶瓷的施釉是指通過(guò)高溫的方式，在陶瓷體表面上附著一層玻璃態(tài)層物質(zhì)。施釉的目的在于改善坯體的表面物理性能和化學(xué)性能，同時(shí)增加產(chǎn)品的美感，提高產(chǎn)品的使用性能。6.3.1釉的作用與分類一、釉的作用（1）釉能夠提高瓷體的表面光潔度。（2）釉可提高瓷件的力學(xué)性能和熱學(xué)性能。（3）提高瓷件的電性能，如壓電、介電和絕緣性能。（4）改善瓷體的化學(xué)性能。（5）使瓷件與金屬之間形成牢固的結(jié)合。（6）釉可以增加瓷器的美感，藝術(shù)釉還能夠增加陶瓷制品的藝術(shù)附加值，提高其藝術(shù)欣賞價(jià)值。1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、釉的分類（1）按釉中主要助熔物劃分：如鉛釉、石灰釉、長(zhǎng)石釉等。（2）按釉的制備方法劃分：生料釉：即指釉料配方組成中未使用熟料－熔塊的釉。熔塊釉：即指由熔塊與一些生料按配比制作而成的釉料。（3）按照釉的燒成溫度劃分：易熔釉或低溫釉：指熔融溫度一般不超過(guò)1150℃的釉中熔釉或中溫釉：指熔融溫度一般在1150~1300℃的釉難熔釉或高溫釉：指熔融溫度一般達(dá)1130℃的釉（4）按釉燒成后外觀特征和具有的特殊功能劃分：透明釉、乳濁釉、畫釉、結(jié)晶釉、紋理釉、無(wú)光釉、臘光釉、熒光釉、香味釉、金屬光澤釉、彩虹釉、抗菌釉、自潔釉等。（5）按釉的用途劃分：裝飾釉、電瓷釉、化學(xué)瓷釉、面釉、底釉、鈞釉等。1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理

二、釉的高溫粘度（viscosity）（1）釉的高溫粘度對(duì)釉面質(zhì)量的影響：如果粘度過(guò)小，引起堆釉、流釉或干釉等缺陷并易使裝飾紋樣模糊或消失；如果粘度過(guò)大，會(huì)使釉面出現(xiàn)桔釉或光澤度差等缺陷。（2）影響釉高溫粘度的主要因素：①配方中助熔劑種類及含量；②燒成溫度（3）釉的高溫粘度測(cè)定：首先用5g釉粉加工成圓球或小圓柱體，然后將該釉粉試樣置于以45度角放置的瓷質(zhì)粘度測(cè)定板的圓槽中，試樣在高溫爐中升溫至成熟溫度，然后冷卻并取出試樣測(cè)定其在流動(dòng)槽中的流動(dòng)長(zhǎng)度L，它即代表著釉的粘度大小。1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理三、釉的膨脹系數(shù)及坯釉膨脹系數(shù)的適應(yīng)性（1）坯釉膨脹系數(shù)互不適應(yīng)時(shí)的兩種表現(xiàn)：當(dāng)α釉>α坯時(shí)：冷卻時(shí)釉層會(huì)受到坯體所給予的拉伸應(yīng)力作用，即在釉層中產(chǎn)生張應(yīng)力。當(dāng)此張應(yīng)力超過(guò)釉層的抗張應(yīng)力極限時(shí)，釉層被拉斷形成釉裂。當(dāng)α釉<α坯時(shí)：冷卻時(shí)坯層收縮大于釉層，使釉層受到壓應(yīng)力作用，當(dāng)此壓應(yīng)力超過(guò)一定極限時(shí)即發(fā)生釉層的剝落現(xiàn)象，即剝釉。（2）膨脹系數(shù)的選擇確定：對(duì)于有釉面的陶瓷制品，一般希望釉的膨脹系數(shù)比坯體的略?。▋烧卟钪禐?.0×10-6/℃左右較佳）。1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理四、釉的力學(xué)性能（1）釉層的強(qiáng)度：釉面機(jī)械強(qiáng)度與釉、坯之間的應(yīng)力分布有很大關(guān)系。（2）釉的彈性：釉的彈性對(duì)釉面質(zhì)量的影響：如果釉的彈性很小，有裂紋產(chǎn)生；釉的彈性大可以緩解機(jī)械外應(yīng)力的破壞作用。釉的組成對(duì)彈性的影響：配方中引入離子半徑較大、電荷較低的金屬氧化物（如Na2O、K2O等）可使彈性模量減少，而彈性值增大；反之，引入離子半徑小、極化能力強(qiáng)的金屬化合物（BeO、MgO、Li2O等）則使彈性提高釉的彈性模量，使釉的彈性減小。（3）釉面硬度：影響釉硬度的因素：釉的組成，在釉層中適當(dāng)增加Al2O3、B2O3、ZrO2、CaO、ZnO、MgO的含量有利于增加釉的硬度；K2O、Na2O的增加會(huì)降低其硬度；適當(dāng)提高燒成溫度，可使其硬度得到提高。1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理6.3.3施釉工藝

一、基本施釉方法（1）浸釉法：即將產(chǎn)品用手工全部浸入釉料中，使之附著一層釉漿（2）噴釉法：噴釉法是利用壓縮空氣將釉漿噴成霧狀，使粘附于坯體上（3）澆釉法：將釉漿澆到坯體上以形成釉層（4）刷釉法：用于在同一坯體上施幾種不同釉料二、新型施釉方法（1）流化床法：利用壓縮空氣設(shè)法使加有少量有機(jī)樹脂的干釉粉在流化床內(nèi)懸浮而呈現(xiàn)流化狀態(tài)，然后將預(yù)熱到100~200℃坯體浸入到流化床中，與釉粉保持一段時(shí)間的接觸（2）熱噴施釉法：先進(jìn)行坯料的素?zé)?，后在熾熱狀態(tài)的素?zé)黧w上進(jìn)行噴釉（3）干壓施釉法：壓施釉法是將成型、上釉一次完成的一種方法。釉料和坯體均通過(guò)噴霧干燥來(lái)制備。成型時(shí)，先將坯料裝入模具加壓一次，然后撒上少許有機(jī)結(jié)合劑，再撒上釉粉，然后加壓。（4）機(jī)器人施釉1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理6.3.5燒釉（1）制定燒成制度的依據(jù)：①以坯釉的化學(xué)組成及其在燒成過(guò)程中的物理化學(xué)變化為依據(jù)。②以坯件的種類、大小、形狀和薄厚為依據(jù)。③以窯爐的結(jié)構(gòu)、種類、燃料種類以及裝窯疏密等為依據(jù)。④以相似產(chǎn)品的成功燒成經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)。（2）溫度制度及其控制：溫度制度包括：升溫速率、燒成溫度（止火溫度）、保溫時(shí)間和冷卻速度等。（3）氣氛制度及其控制：①氣氛類型②燒成氣氛的選擇依據(jù)1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理第四節(jié)陶瓷表面金屬化6.4.1陶瓷表面金屬化的用途一、制造電子元器件二、用于電磁屏蔽三、應(yīng)用于裝飾方面生產(chǎn)美術(shù)陶瓷6.4.2陶瓷表面金屬化的方法陶瓷的金屬化方法很多，在電容器，濾波器及印刷電路等技術(shù)中，常采用被銀法。此外還有采用化學(xué)鍍鎳法、燒結(jié)金屬粉末法、活性金屬法、真空氣相沉積和濺射法等。1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、化學(xué)鍍鎳法

優(yōu)點(diǎn)：（1）鍍層厚度均勻，能使瓷件表面形成厚度基本一致的鍍層。（2）沉積層具有獨(dú)特的化學(xué)、物理和機(jī)械性能，如抗腐蝕、表面光潔、硬度高、耐磨良好等。（3）投資少，簡(jiǎn)便易行，化學(xué)鍍不需要電源，施鍍時(shí)只需直接把鍍件浸入鍍液即可。化學(xué)鍍的工藝流程為：陶瓷片→水洗→除油→水洗→粗化→水洗→敏化→水洗→活化→水洗→化學(xué)鍍→水洗→熱處理。1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理三、真空濺射鍍膜（vacuumsputteringcoating）

它是在功能陶瓷表面形成導(dǎo)電層的方法，如鍍鋁，金等，具有鍍膜質(zhì)量較高，簡(jiǎn)便實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。該方法配合光刻技術(shù)可以形成復(fù)雜的電極圖案，也可形成合金和難熔金屬的導(dǎo)電層以及各種氧化物，鈦酸鋇等化合物薄膜。真空蒸發(fā)鍍膜原理如下圖所示真空蒸發(fā)鍍膜示意圖常用的有電阻加熱法和電子束加熱法。（1）電阻加熱法是用高熔點(diǎn)金屬（鎢、鉬）做成絲或舟型加熱器，用來(lái)存放蒸發(fā)材料，利用大電流通過(guò)加熱器時(shí)產(chǎn)生的熱量來(lái)直接加熱膜料。（2）電子束加熱法由一個(gè)提供電子的熱陰極、加速電子的加速極和陽(yáng)極（膜料）所組成，其特點(diǎn)是能量高度集中能使膜料源的局部表面獲得極高的溫度，對(duì)高、低熔點(diǎn)的膜料都能加熱氣化1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理第五節(jié)陶瓷－金屬封接技術(shù)（bondingofceramicsandmetals）

作為陶瓷－金屬的連接，不管采用哪種類型的封接工藝，都必須滿足下列性能要求：（1）電氣特性優(yōu)良，包括耐高電壓，抗飛弧，具有足夠的絕緣，介電能力等；（2）化學(xué)穩(wěn)定性高，能抗耐適當(dāng)?shù)乃?、堿清洗，不分解，不腐蝕。（3）熱穩(wěn)定性好，能夠承受高溫和熱沖擊作用，具有合適的線膨脹系數(shù)；（4）可靠性高，包括足夠的氣密性，防潮性和抗風(fēng)化作用等；1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理6.5.2燒結(jié)金屬粉末法封接（powdermetallurgybonding）

用這種方法將陶瓷和金屬件焊接到一起時(shí)，其主要工藝分為兩個(gè)步驟：陶瓷表面金屬化和加熱焊料使陶瓷與金屬焊封。其中，最關(guān)鍵的工藝是陶瓷表面的金屬化工藝流程簡(jiǎn)述如下：（1）漿料制備：其中主要成分為金屬氧化物或金屬粉末，還含有一些無(wú)機(jī)粘合劑，有機(jī)粘合劑。再加上適量的液體，就可置入球磨機(jī)中濕磨12~60小時(shí)，直到平均粒徑到1~3μm為止。（2）刷漿：將上述制得的金屬漿料，以一定方式涂刷于需要金屬化的陶瓷表面上，這層金屬漿料的厚度，以干后達(dá)到12~26μm為宜。（3）燒滲：在高溫及還原性氣氛的作用下，一部分金屬氧化物將被還原成金屬，另一部分則可能熔融并添加到陶瓷的玻璃相中，或與陶瓷中之某些晶態(tài)物質(zhì)，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)而生成一種新的化合物，形成一種粘稠的過(guò)渡層，并將陶瓷表面完全潤(rùn)濕。而在冷卻過(guò)程中這粘稠的過(guò)渡層，則凝固為玻璃相，填充于陶瓷表面與金屬粉粒之間。（4）將陶瓷金屬化表面與金屬進(jìn)行焊接1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理6.5.3活性金屬封接法（activemetallicbonding）

①在直接焊封之前，陶瓷表面不需要先進(jìn)行金屬化，而采用一種特殊的焊料金屬，直接置于需要焊接的金屬和陶瓷之間，利用陶瓷－金屬母材之間的焊料在高溫下熔化，其中的活性組員與陶瓷發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的反應(yīng)梯度層，從而使兩種材料結(jié)合在一起。這種金屬焊料可以直接制成薄層墊片狀，或采用膠態(tài)懸濁漿涂刷。②必須嚴(yán)格控制焊封的溫度和時(shí)間，以防止焊料對(duì)瓷件的過(guò)分侵蝕，才能保證必要的焊封質(zhì)量；活化金屬焊接工藝，必須在高度真空下進(jìn)行，通常真空度必須高于10-4Pa。對(duì)于大型工件來(lái)說(shuō)，是非常麻煩且難以實(shí)現(xiàn)的。因此，這種工藝至今未得到廣泛的應(yīng)用。特點(diǎn)：1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理6.5.4封接的結(jié)構(gòu)形式（configuration）應(yīng)用于電子元件、器件中的陶瓷－金屬的封接，雖然種類繁多，形式不一，但就基本結(jié)構(gòu)而言，不外乎對(duì)封、壓封、穿封三種，如圖6.16所示。如果元件本身結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，則可以使用其中之一種，如小型密封電阻，電容，電路基片等。如元器件本身比較復(fù)雜，則可能有其中的2~3種形式組合而成，如穿心式電容器，陶瓷絕緣子，真空電容器等。一、對(duì)封：對(duì)封是通過(guò)焊封將金屬直接平焊于金屬化后的陶瓷端面上。如右圖（1）、（2）所示

二、壓封：即金屬件在外，瓷件在內(nèi)。如右圖（3）、（4）所示三、穿封：當(dāng)穿過(guò)瓷件的金屬件的直徑較細(xì)，可以直接采用如右圖（5）所示的實(shí)心穿封；金屬件較粗應(yīng)改用如右圖（6）所示壓穿封陶瓷－金屬封接的主要結(jié)構(gòu)形式1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理第六節(jié)陶瓷表面改性新技術(shù)一、熱噴涂法（thermalspraying）：利用氧乙炔（丙烷）火焰、電弧或等離子等高溫?zé)嵩磳⒂扛驳母鞣N涂層材料熔化或軟化，并用高速射流使之霧化成微細(xì)顆粒液滴或高溫顆粒，噴射到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基體表面工件表面，從而與基體形成一層牢固的涂層的技術(shù)，達(dá)到高度耐磨、減摩、耐蝕、耐高溫以及修補(bǔ)恢復(fù)尺寸等目的二、冷噴涂法：利用高壓氣體攜帶粉末顆粒從軸向進(jìn)入噴槍產(chǎn)生超音速流，粉末顆粒經(jīng)噴槍加速后在完全固態(tài)下撞擊基體，通過(guò)產(chǎn)生較大的塑性變形而沉積于基體表面形成涂層三、溶膠－凝膠法（sol-gel）：用易水解的金屬醇鹽或無(wú)機(jī)鹽，在某種溶劑中發(fā)生水解反應(yīng)，經(jīng)水解縮聚形成均勻的溶膠，將溶膠涂覆在金屬的表面，再經(jīng)干燥、熱處理（焙燒）后形成涂層6.6.1陶瓷材料傳統(tǒng)的表面改性技術(shù)1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理四、物理－化學(xué)氣相沉積法（physical–chemicalvapordeposition）：氣相沉積是指以材料的氣態(tài)（或蒸汽）或氣態(tài)物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物在工件表面形成涂層的技術(shù)，前者稱為物理氣相沉積（PVD），后者稱為化學(xué)氣相沉積（CVD）。物理氣相沉積有濺射法、離子鍍法、真空蒸鍍法等。對(duì)于陶瓷基體來(lái)說(shuō)，用的較多的是濺射法。濺射法是通過(guò)待鍍材料源和基板一起放入真空室內(nèi)，然后利用正離子轟擊作為陰極的靶，以動(dòng)量傳遞的方法使靶材中的原子、分子溢出并在基板表面上凝聚成膜?；瘜W(xué)氣相沉積是指在相當(dāng)高的溫度下，混合氣體與基體的表面相互作用，使混合氣體中的某些成分分解，并在基體表面形成一種金屬或化合物的固態(tài)薄膜或鍍層。五、熔鹽反應(yīng)法（moltensaltreaction）：其原理是利用過(guò)渡金屬在熔鹽里歧化反應(yīng)，在陶瓷表面沉積金屬薄膜和涂層，從而改善陶瓷表面的潤(rùn)濕性能1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理6.6.2陶瓷表面改性新技術(shù)一、離子注入技術(shù)（ionimplanting）：

它是將所需的元素（氣體或金屬蒸汽）通入電離室電離后形成正離子，將正離子從電離室引出進(jìn)入幾十至幾百千伏的高壓電場(chǎng)中加速后注入材料表面，在零點(diǎn)幾微米的表層中增加注入元素的濃度，同時(shí)產(chǎn)生輻照損傷，從而改變材料的結(jié)構(gòu)和各種性能。（1）離子注入技術(shù)原理及裝置

離子注入是指從離子源中引出離子，經(jīng)過(guò)加速電位加速，離子獲得一定的初速度爾后進(jìn)入磁分析器，使離子純化，從磁分析器中引出所需要注入的純度極高的離子。加速管將選出的離子進(jìn)一步加速到所需的能量，以控制注入的深度。聚焦掃描系統(tǒng)將粒子束聚焦掃描，有控制地注入陶瓷材料表面。離子注入裝置如右圖所示離子注入機(jī)示意圖1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理離子注入技術(shù)的特點(diǎn)：①離子注入是一個(gè)非平衡過(guò)程，注入元素不受擴(kuò)散系數(shù)、固溶度和平衡相圖的限制，理論上可將任何元素注入到任何基體材料中去。②離子注入是原子的直接混合，注入層厚度為0.1μm，但在摩擦條件下工作時(shí)，由于摩擦熱作用，注入原子不斷向內(nèi)遷移，其深度可達(dá)原始注入深度的100~1000倍，使用壽命延長(zhǎng)。③離子注入元素是分散停留在基體內(nèi)部，沒有界面，故改性層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度很高，附著性好；④離子注入是在高真空（10-4~10-5Pa）和較低的溫度下進(jìn)行的，因此工件不產(chǎn)生氧化脫碳現(xiàn)象，也沒有明顯的尺寸變化，故適宜工件的最后表面處理。⑤缺點(diǎn)：有時(shí)無(wú)法處理復(fù)雜的凹面和內(nèi)腔；注入層較??；離子注入機(jī)價(jià)格昂貴，加工成本較高。1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理①金屬蒸汽真空弧離子源是利用陰、陽(yáng)極間的真空電弧放電原理來(lái)建立等離子體的右圖為MEVVA源的電源原理。（2）金屬蒸汽真空離子源技術(shù)（metalvaporvacuumarc）MEVVA源的電源原理②特點(diǎn)：（1）能給出的離子種類多（2）注入效率高（3）離子電荷態(tài)高，可大幅度地降低注入機(jī)的制造成本（4）離子束純度高，進(jìn)一步降低注入機(jī)的制造成本（5）可實(shí)現(xiàn)多種元素的離子在相同條件下的注入和摻雜，并省去重復(fù)抽真空的時(shí)間。1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理（3）離子注入對(duì)陶瓷表面材料表面力學(xué)性能的影響①離子注入對(duì)陶瓷表面材料斷裂韌性的影響：陶瓷材料的致命缺陷是脆性大，利用離子注入可以在一定程度上提高陶瓷的斷裂韌性。②離子注入對(duì)陶瓷抗彎強(qiáng)度的影響：因?yàn)殡x子注入使材料表面產(chǎn)生輻照損傷，體積膨脹，產(chǎn)生表面壓應(yīng)力，這是材料強(qiáng)度增加的主要原因，但是如果材料表面的裂紋尺寸超過(guò)了注入引起的表面壓應(yīng)力的厚度，其增強(qiáng)效果會(huì)減小。③離子注入對(duì)陶瓷硬度的影響：一般來(lái)說(shuō)，低劑量注入時(shí)，離子束引起表面硬化，使得材料硬度會(huì)增大，但是劑量增到一定程度時(shí)，當(dāng)陶瓷表面呈無(wú)定形后，硬度就會(huì)急劇下降。④離子注入對(duì)陶瓷摩擦性能的影響：陶瓷材料的摩擦損失常與表面性能有密切關(guān)系。離子注入可以改善材料的表面性能，從而提高材料表面的抗磨損性能1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、等離子體噴涂（plasmaspraying）（1）等離子體與表面的相互作用低溫等離子體中存在具有一定能量分布的電子、離子和中性粒子，通過(guò)它們與材料表面的撞擊，會(huì)將自己的能量傳遞給材料表面的原子或分子，產(chǎn)生解析、濺射、刻蝕、蒸發(fā)等各種物理、化學(xué)過(guò)程。一些粒子還會(huì)注入到材料表面引起級(jí)聯(lián)碰撞、散射、激發(fā)、重排、異構(gòu)、缺陷、晶化或非晶化，從而改變材料表面的組織和性能。（2）脈沖等離子沉積（pulseplasmadeposition）用于薄膜合成、表面改性技術(shù)中的脈沖能量束一般為脈沖激光束、脈沖電子束、脈沖等離子束。與脈沖電子束、脈沖激光束相比，脈沖等離子體具有電子溫度高、等離子體密度高、定向速度高、功率大等特點(diǎn)。脈沖等離子體應(yīng)用于材料表面改性具有設(shè)備簡(jiǎn)單、處理溫度可以在室溫進(jìn)行、沉積速率高、薄膜與基底粘結(jié)力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并兼有激光表面處理、電子束處理、沖擊波轟擊、離子注入、濺射、化學(xué)氣相沉積等綜合性特點(diǎn)。在制備薄膜時(shí)可在室溫下合成亞穩(wěn)態(tài)相和其他化合物材料。1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理（3）脈沖高能量密度等離子體①脈沖高能量密度等離子體的基本構(gòu)思：將高能量密度等離子體，瞬間地作用在材料表面，可以導(dǎo)致材料表面出現(xiàn)局部急劇熔化，緊接著急劇冷卻凝固，加熱或冷卻速率可達(dá)108~1010K/s。因此可以在基材表面形成一層微晶或非晶薄膜，從而達(dá)到改善材料表面性能的目的。通過(guò)改變同軸槍內(nèi)、外電極材料，工作氣體種類及工藝參數(shù)，可以獲得不同種類和比例的等離子體束，從而可以在室溫下制備各種穩(wěn)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)相的薄膜②脈沖高能量密度等離子體的產(chǎn)生裝置是根據(jù)同軸等離子體加速器的概念設(shè)計(jì)的，裝置如右圖所示脈沖高能量密度等離子體同軸槍原理圖1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理（4）脈沖高能量密度等離子體表面改性①脈沖高能量密度等離子體技術(shù)用于陶瓷表面金屬化的原因：（1）通常用銅代替鋁作為集成電路的金屬材料，目前方法沉積得到的銅膜由于與氧化鋁基底的潤(rùn)濕性很差，造成金屬膜與基底結(jié)合不牢。（2）脈沖高能量密度等離子體在處理材料時(shí)，等離子體能夠與基底材料直接發(fā)生反應(yīng)，這樣，制備薄膜及膜/基混合可同步實(shí)現(xiàn)，能夠有效提高膜/基結(jié)合力。②脈沖高能量密度等離子體技術(shù)用于刀具表面改性方面利用脈沖高能量密度等離子體技術(shù)在Si3N4陶瓷刀具和硬質(zhì)合金刀具表面沉積Ti(C,N)涂層后，具有很好的硬度效果

1/17/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理三、激光技術(shù)（laserspraying）

激光表面處理采用大功率密度的激光束、以非接觸性的方式加熱材料表面，借助于材料表面本身傳導(dǎo)冷卻，來(lái)實(shí)現(xiàn)其表面改性的工藝方法。優(yōu)點(diǎn)：①能量傳遞方便，可以對(duì)被處理工件表面有選擇地局部強(qiáng)化；②能量作用集中，加工時(shí)間短，熱影響區(qū)小，激光處理后，工件變形小；③可處理表面形狀復(fù)雜的工件，而且容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線；④激光表面改性的效果比普通方法更顯著，速度快，效率高，成本低；⑤通常只能處理一些薄板金屬，不適宜處理較厚的板材，但可以作為建筑衛(wèi)生陶瓷的表面修補(bǔ)；激光表面處理包括激光表面硬化、激光