关键词：工程陶瓷材料；磨削加工技术
引言
工程陶瓷材料具有优良的物理、化学、力学性能，在许多领域得到广泛应用。目前，使用金刚石工具（主要是砂轮）的磨削加工是工程陶瓷去除加工的基本途径。本文概述了陶瓷材料磨削加工技术的进展，并对磨削后的陶瓷工件表面损伤进行分析。
一、瓷砖薄板的加工铺贴
瓷砖薄板（简称薄瓷板）是一种由高岭土黏土和其它无机非金属材料，经成形、经1200度高温煅烧等生产工艺制成的板状陶瓷制品。
1.1地面湿法铺贴
其施工工艺流程为：基层处理→弹线分格→材料制备→薄板粘贴面清理→粘结剂施工→面材背涂→面材铺贴→平整度调整→表面清洁及保护
1.2墙面湿挂铺贴
其施工工艺流程：基层处理→弹线分格→材料制备→薄板粘贴面清理→粘结剂施工→薄板背涂→薄板铺贴→表面清洁及保护
1.3墙面挂贴施工（外墙面24米以上）
其施工工艺流程：薄板背贴挂件预固定→基层处理→弹线分格→材料制备→薄板粘贴面清理→粘结剂施工→薄板背涂→薄板铺贴→平整度调整→固定件与墙的固定→表面清洁及保护
二、磨削加工机理
磨削加工是目前陶瓷材料已有加工方法中应用最多的一种，特别适用于加工平面及柱形工件，所选用的砂轮一般是金刚石砂轮。对金刚石砂轮磨削工程陶瓷的磨削机理有不同解释，有学者采用瞬间微观变形和破碎累计、压痕断裂力学模型近似、切削模型近似等理论对工程陶瓷材料磨削机理进行解释。
对工程陶瓷材料磨削机理的解释有很多，但有一个共同点，即塑性变形和脆性断裂是形成材料去除的主要原因。随着科学技术的进步，加工机理研究已经深入到微观乃至纳观领域。借助于SPM技术，国外学者对超精密加工机理进行研究：美国俄亥俄州立大学用 AFM 对单晶硅的（100）面在室温下进行微切削实验；德国布莱梅大学用 AFM 对金刚石车削单晶硅的加工表面进行成像研究；日本宇都宫大学用原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）对单点金刚石车削获得的硅表面及切屑检测。美国和日本在分子动力学模拟超精密加工机理的研究方面的工作处于世界领先地位。
三、磨削加工方式
3.1 高效磨削加工
为了保持陶瓷材料表面完整性和尺寸精度并获得最大的材料磨除率，国内外学者相继提出并开发了高速磨削、缓进给磨削、恒压力磨削、高速深磨加工及高速往复磨削等高效磨削工艺，在一定程度上实现了工程陶瓷材料的高效磨削加工。近年来提出的高速深切磨削则真正使磨削加工实现了高效优质的结合，被誉为磨削技术发展的高峰。高速深磨加工复合了高速磨削、缓进给磨削的特点，采用超硬磨料砂轮和可靠实现高速运动的高精度、高自动化、高柔性的制造设备，以大的磨削量实现材料的局部微脆性裂纹与塑性断裂的复合方式去除，实现提高材料磨除率、加工精度和加工质量。
3.2塑性域磨削加工
传统的材料去除过程一般有脆性去除和塑性去除两种。材料脆性去除是通过裂纹的扩展和交叉来完成；而材料塑性去除则是以剪切加工切屑的形式使材料产生塑性流动。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对工程陶瓷等脆性材料，采用传统的加工技术及工艺参数只会导致脆性去除而不会产生显著的塑性流动，在超过强度极限的切削力作用下，材料的大小粒子发生脆性断裂，将严重影响被加工表面完整性和加工质量。在加工工程陶瓷材料时，可采用极小切深来实现塑性去除，即材料可在微小去除条件下从脆性破坏向塑性变形转变。超精加工技术的最新进展己可将加工进给量控制在几个纳米，使脆性材料的去除加工由脆性转变为塑性，显著降低次表面破坏。
3.3ELID 磨削加工
1990年，日本理化院成功开发了ELID新工艺，采用微细磨粒铸铁纤维基金刚石砂轮，采用普通机床在磨削过程中进行砂轮的在线修整，实现对硅片的镜面磨削。后来又对ELID进行改进，用几微米甚至亚微米的金刚石磨粒的铸铁基砂轮对单晶硅，光学玻璃和陶瓷进行ELID磨削，研究了磨粒尺寸与粗糙度的关系，用SEM、AFM 分析研究表面廓形获得了高精度、低表面粗糙度的优质表面，可代替研磨和抛光。哈尔滨工业大学采用 ELID 磨削技术对硬质合金、陶瓷、光学玻璃等脆性材料实现镜面磨削，磨削表面质量与在相同机床条件下采用普通砂轮磨削相比大幅度提高，部分工件的表面粗糙度尺值己达到纳米级。
3.4 超声磨削加工
超声磨削加工是一种有机的复合加工过程，即在磨削加工的同时，对工具或工件施加超声频振动，利用超声波的高频振动和空化作用，使工具和磨粒产生极高的速度和加速度频繁撞击被加工表面，达到去除材料的目的。超声复合加工方式较适用于陶瓷材料的加工，其加工效率随着材料脆性的增大而提高。超声振动加工可以明显提高脆性材料的临界延性磨削深度，要求同样表面质量时，该方法可显著提高生产率。当前，超声波振动磨削在加工硬脆性难加工材料的应用日趋广泛，已成为人们普遍关注的一种加工方法。另外，复合磨削加工、电火花磨削加工、电化学在线修整磨削加工、电化学放电磨削加工，也是当前工程陶瓷磨削加工方式发展的重要趋势。
四、磨削表面损伤及其测试
4.1 磨削裂纹及其测试
通常工程陶瓷材料由磨削加工所引起的表面微裂纹包括中央/径向裂纹（纵裂纹）和横向裂纹。这些裂纹是由陶瓷材料和磨料磨粒之间相互作用产生的应力引起的。横向裂纹平行于材料表面，同时产生晶粒剥落和材料去除过程。径向裂纹则垂直于材料表面和加工方向。
人们已探索了一些非损伤法和损伤法来探测工程陶瓷在磨削过程中所产生的裂纹：应用超声波方法可以探测出氮化硅陶瓷和石灰玻璃压痕试验中亚表面横向裂纹；运用光束反射方法的热波测量技术可以探测出陶瓷磨削中的中位/径向裂纹和横向裂纹；此外还有光学显微镜、热波映像、氩爆光技术、气泡试验和 X 射线聚焦等方法。
4.2 磨削表面残余应力及其测试
工程陶瓷磨削加工后，表面通常会形成一层残余应力，它是材料裂纹产生和发展的主要影响因素。工程陶瓷材料的断裂强度和韧性对表面应力状态异常敏感，残余压应力将会提高其断裂韧性，残余拉应力的作用则正好相反。
目前，检测工程陶瓷磨削加工表面的残余应力的方法有很多，一般可以分为机械方法和物理检测法。机械方法属于间接测量法，即通过测量零件的变形而间接测量残余应力，如腐蚀剥层法、挠度法、裂纹法等。物理检测法，即直接测量法，通过测量表面应力导致的材料物理性能的变化来求出材料的残余应力，如X 射线衍射法。
结束语：高效率和高精度是工程陶瓷材料磨削加工追求的两大目标。目前，国内在工程陶瓷材料高效、精密、超精密磨削加工方面有待加强，伴随着理论研究的深入和新加工技术的不断出现，工程陶瓷磨削加工技术将会向更深一步发展，也将在更多领域应用、推广。
参考文献
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[2]纳米尔，林滨.几种工程陶瓷的延性域磨削.天津大学学报，2011.
[3]张保国，田欣利，佘安英，闫涛，李富强.工程陶瓷材料激光加工原理及应用研究进展[J].现代制造工程，2012（10）：5-10
论文作者:原焕强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/9
标签：磨削论文; 加工论文; 脆性论文; 裂纹论文; 表面论文; 材料论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2017年第23期论文;