陶瓷的加工及改性陶瓷工藝學(xué)ppt課件

1、陶瓷加工的特點(diǎn)：陶瓷都有尺寸和外表精度要求，但由于燒結(jié)收縮率大，無法保證燒結(jié)后瓷體尺寸的準(zhǔn)確度，因此燒結(jié)后需求再加工陶瓷資料有高硬度、高強(qiáng)度、脆性大的特性，屬于難加工資料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)激光加工陶瓷資料的加工方法磨 粒磨 粒磨 粒磨 粒工 件裂 紋旋 轉(zhuǎn) 方 向旋 轉(zhuǎn) 方 向工 件陶 瓷 材 料金 屬 材 料陶瓷資料和金屬資料的磨削機(jī)理 資料脆性剝離是經(jīng)過空隙和裂紋的構(gòu)成或延展、剝

2、落及碎裂等方式來完成的 在晶粒去除過程中，資料是以整個(gè)晶粒從工件外表上零落的方式被去除的。 陶瓷和金屬的磨削過程模型如右圖。金屬資料依托剪切作用產(chǎn)生帶狀或接近帶狀的切屑，而磨削陶瓷時(shí)，資料內(nèi)部先產(chǎn)生裂紋，隨著應(yīng)力的添加，延續(xù)裂紋的逐漸增大，銜接，從而構(gòu)成部分剝落。 砂輪grinding wheel和磨料abrasives的選擇 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feeding speed c冷卻液的選擇cooling media d 磨削深度aprubbing depth e磨削方式rubbing way、方向及機(jī)床剛性 machine rigidity6.1.3 陶瓷的研磨

3、、拋光加工一、陶瓷的研磨grinding 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外表粗糙度的加工方法，研磨加工表示圖如以下圖。壓 力研 磨 液工 件磨 粒研 具工 件磨 粒壓 力( a )( b )研 具 研磨加工表示圖研磨過程資料剝離的機(jī)理主要是以滾碾破碎為主。磨粒越粗，資料剝離率越大， 研磨效率越高，但外表粗糙度增大；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)致外表粗糙度相對(duì)較低。 研磨工程陶瓷用的磨料普通采用B4C和金剛石粉，磨料粒度范圍為

4、250600目，冷卻液可選用煤油或機(jī)油。但對(duì)于較大尺寸的制品，不適宜采用端面研磨機(jī)加工，通常采用研磨砂布進(jìn)展加工。 拋光是運(yùn)用微細(xì)磨粒彈塑性的拋光機(jī)對(duì)工件外表進(jìn)展摩擦使工件外表產(chǎn)生塑性流動(dòng)，生成細(xì)微的切屑，資料的剝離根本上是在彈性的范圍內(nèi)進(jìn)展。拋光的方法：普通的拋光運(yùn)用軟質(zhì)、富于彈性或粘彈性的資料和微粉磨料。拋光加工的用途：它是制備許多精細(xì)零件如硅芯片、集成電路基板、精細(xì)機(jī)電零件等的重要工藝。拋光時(shí)在加工面上產(chǎn)生的凹凸，或加工蛻變層極薄，所以尺寸外形精度和外表粗糙度比研磨高。陽 極陰 極陽 極 熔 蝕 區(qū)陰 極 熔 蝕 區(qū)熔 融 金 屬 微 粒凝 固 金 屬 微 粒工 作 液放 電 通 道氣

5、泡+_+_翻 起 凸 邊網(wǎng) 坑 放電間隙表示圖1放電必需是瞬時(shí)的脈沖性放電。2火花放電必需在有較高絕緣強(qiáng)度的介質(zhì)中進(jìn)展。3要有足夠的放電強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)金屬部分的熔化和氣化。4工具電極與工件被加工外表之間要一直堅(jiān)持一定的放電間隙 絕緣陶瓷的電火花放電加工原理表示圖和高速電火花穿孔機(jī)原理表示圖如以下圖所示 高 壓 工 作 液管 電 極導(dǎo) 電 器工 作 元 件 電火花加工表示圖 高速電火花穿孔機(jī)原理表示圖燈 絲柵 極電 源陽 極排 氣 系 統(tǒng)電 磁 透 鏡電 子 束工 作 室偏 轉(zhuǎn) 線 圈工 作 臺(tái) 電子束加工任務(wù)原理表示圖 工件變形小、效率高、清潔制電子束能量密度的大小與能量注入時(shí)間，到達(dá)熱處置，焊

6、接，打孔，切割等加工目的 光刻加工 特點(diǎn)： 原理：激光加工是利用能量密度極高的激光束照射原理：激光加工是利用能量密度極高的激光束照射到被加工陶瓷工件外表上，工件部分外表吸收激光能量，到被加工陶瓷工件外表上，工件部分外表吸收激光能量，使本身溫度上升，從而可以改動(dòng)工件外表的構(gòu)造和性能，使本身溫度上升，從而可以改動(dòng)工件外表的構(gòu)造和性能，甚至呵斥不可逆的破壞。甚至呵斥不可逆的破壞。 資料在高溫、熔融、汽化和沖擊波的作用下被蝕除，資料在高溫、熔融、汽化和沖擊波的作用下被蝕除，從而進(jìn)展打孔、畫線、切割以及外表處置等加工。從而進(jìn)展打孔、畫線、切割以及外表處置等加工。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1加工速度快、無噪聲，能實(shí)

7、現(xiàn)各種復(fù)雜面型的高加工速度快、無噪聲，能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜面型的高精度的加工目的。精度的加工目的。 2可以進(jìn)展微區(qū)加工，也可以進(jìn)展選擇性加工可以進(jìn)展微區(qū)加工，也可以進(jìn)展選擇性加工 3因此其熱影響區(qū)很小因此其熱影響區(qū)很小 4大氣中進(jìn)展，便于大工件加工大氣中進(jìn)展，便于大工件加工 5數(shù)控機(jī)床機(jī)器人銜接起來構(gòu)成各種加工系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床機(jī)器人銜接起來構(gòu)成各種加工系統(tǒng)。 6難保證反復(fù)精度和外表粗糙度；設(shè)備復(fù)雜昂貴，難保證反復(fù)精度和外表粗糙度；設(shè)備復(fù)雜昂貴，加工本錢高。加工本錢高。 激 光M1M3M2M4刀 具工 件01 001 8 激光加工原理表示圖6.2.3 激光加工laser machining工件工具磨料液

8、變幅桿聚能器換能器超聲波發(fā)生器超聲波加工機(jī)理6.2.4 超聲波加工ultrasonic machining特點(diǎn)：1適宜加工各種硬脆資料，特別是不 導(dǎo)電的非金屬資料 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)量的外表，而且可以加工薄壁、窄縫零件 6.3.1釉的作用與分類一、釉的作用1釉可以提高瓷體的外表光潔度。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使瓷件與金屬之間構(gòu)成結(jié)實(shí)的結(jié)合。6釉可以添加瓷器的美感，藝術(shù)釉還可以添加陶瓷制品的藝術(shù)附加 值，提高其藝術(shù)欣賞價(jià)值。二、釉的分類 1按釉中主要助熔物劃分： 如鉛釉、石灰釉、長石釉等

9、。 2按釉的制備方法劃分： 生料釉：即指釉料配方組成中未運(yùn)用熟料熔塊的釉。 熔塊釉：即指由熔塊與一些生料按配比制造而成的釉料。 3按照釉的燒成溫度劃分： 易熔釉或低溫釉：指熔融溫度普通不超越1150的釉 中熔釉或中溫釉：指熔融溫度普通在11501300的釉 難熔釉或高溫釉：指熔融溫度普通達(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。一、釉的熔融性能1釉的熔融溫度范圍定義：我們把釉隨著溫度的升高，從開場(chǎng)出現(xiàn)

10、液相的始熔溫度到完全成為液相的流淌溫度之間的溫度區(qū)域范圍稱為釉的熔融溫度范圍。釉的始熔溫度和流淌溫度的測(cè)定：釉的熔融性質(zhì)通常用高溫顯微鏡測(cè)定。首先，將待測(cè)釉料制形成高度和直徑均為3mm的圓柱體，并置于高溫電爐中加熱升溫，升溫速度為810/mm，對(duì)釉料受熱變化的行為照相記錄，如以下圖。l1l2l3l4 釉料受熱變化的行為 二、釉的高溫粘度二、釉的高溫粘度viscosity 1釉的高溫粘度對(duì)釉面質(zhì)量的影響：假設(shè)粘度釉的高溫粘度對(duì)釉面質(zhì)量的影響：假設(shè)粘度過小，引起堆釉、流釉或干釉等缺陷并易使裝飾紋樣過小，引起堆釉、流釉或干釉等缺陷并易使裝飾紋樣模糊或消逝；假設(shè)粘度過大，會(huì)使釉面出現(xiàn)桔釉或光模糊或消逝

11、；假設(shè)粘度過大，會(huì)使釉面出現(xiàn)桔釉或光澤度差等缺陷。澤度差等缺陷。 2影響釉高溫粘度的主要要素：影響釉高溫粘度的主要要素：配方中助熔配方中助熔劑種類及含量；劑種類及含量；燒成溫度燒成溫度 3釉的高溫粘度測(cè)定：首先用釉的高溫粘度測(cè)定：首先用5g釉粉加工成圓釉粉加工成圓球或小圓柱體，然后將該釉粉試樣置于以球或小圓柱體，然后將該釉粉試樣置于以45度角放置度角放置的瓷質(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)長度流動(dòng)長度L，它即代表著釉的粘度大小。，它即代表著釉的

12、粘度大小。三、釉的膨脹系數(shù)及坯釉膨脹系數(shù)的順應(yīng)性 1坯釉膨脹系數(shù)互不順應(yīng)時(shí)的兩種表現(xiàn)： 當(dāng)釉坯時(shí)：冷卻時(shí)釉層會(huì)遭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)力超越釉層的抗張應(yīng)力極限時(shí)，釉層被拉斷構(gòu)成釉裂。 當(dāng)釉坯時(shí)：冷卻時(shí)坯層收縮大于釉層，使釉層遭到壓應(yīng)力作用，當(dāng)此壓應(yīng)力超越一定極限時(shí)即發(fā)生釉層的剝落景象，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，普通希望釉的膨脹系數(shù)比坯體的略小兩者差值為1.010-6/左右較佳。 五、釉面光澤度五、釉面光澤度 定義：光澤度是表示釉面對(duì)入射光作鏡面反射的才干。定義：光澤度是表示釉面對(duì)入射光作鏡面反射的才干。 影響要素：影響要素： 釉面

13、光澤度與釉面的折射率、燒成制度有關(guān)。反射率釉面光澤度與釉面的折射率、燒成制度有關(guān)。反射率R提高，那么光澤度越大；提高，那么光澤度越大； 在釉中添加高折射率的金屬氧化物，如在釉中添加高折射率的金屬氧化物，如PbO、ZnO有利有利于使折射率增大，同時(shí)可以提高釉面的密度，從另一方面來于使折射率增大，同時(shí)可以提高釉面的密度，從另一方面來提高釉面的光澤度。提高釉面的光澤度。一、根本施釉方法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：噴釉法是利用緊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構(gòu)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

14、化床法 ：利用緊縮空氣設(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)流化形狀，然后將預(yù)熱到100200 坯體浸入到流化床中，與釉粉堅(jiān)持一段時(shí)間的接觸 2熱噴施釉法 ：先進(jìn)展坯料的素?zé)?，后在熾熱形狀的素?zé)黧w上進(jìn)展噴釉 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。釉料和坯體均經(jīng)過噴霧枯燥來制備。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制定燒成制度的根據(jù)： 以坯釉的化學(xué)組成及其在燒成過程中的物理化學(xué)變化為根據(jù)。 以坯件的種類、大小、外形和薄厚為根據(jù)。 以窯爐的構(gòu)造、種類、燃料種類以及裝窯疏密等為根據(jù)。 以類似產(chǎn)品的勝利燒成閱歷

15、為根據(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： 氣氛類型 燒成氣氛的選擇根據(jù)6.4.2 陶瓷外表金屬化的方法 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、真空氣相堆積和濺射法等。 1瓷件的預(yù)處置：瓷件金屬化之前必需預(yù)先進(jìn)展凈化處置。清洗的方法很多，通?？捎?080的熱肥皂水浸洗，再用清水沖洗 。2銀漿的配置：銀漿的配方主要是由含銀的原料，熔劑及粘合劑組成。 3銀電極漿料的制備：將制備好的含銀原料，熔劑和粘合劑按一定配比進(jìn)展配料后，在剛玉或瑪瑙磨罐

16、中球磨4090h，使粉體粒度5m并混合均勻。 4涂敷工藝：有手工，機(jī)械，浸涂，噴涂或絲網(wǎng)印刷等 5燒銀：燒銀的目的是在高溫作用下使瓷件外表上構(gòu)成延續(xù)、致密、附著結(jié)實(shí)、導(dǎo)電性良好的銀層 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)鍍水洗熱處置。鍍 件 加 熱 電 源真 空 室鍍 件 支 架鍍 件 （ 三 用 閥 ）蒸 發(fā) 制 膜 材 料（ 錫 青 銅 ）加 熱 電 源排 氣 口真 空 密 封擋 板蒸 汽 流蒸 發(fā) 器 真空蒸發(fā)鍍膜表示圖 玻璃焊料封接又稱為氧化物焊料法，即利用附著在陶瓷外表的玻璃相或玻璃釉作為封接資料。 玻璃焊料適宜于陶瓷和各種金屬合金的封接包括陶瓷與陶瓷的

17、封接，特別是強(qiáng)度和氣密性要求較高的功能陶瓷。一、玻璃焊料金屬封接條件1兩者的膨脹系數(shù)接近2玻璃能潤濕金屬外表二、封接前金屬的處置1金屬的清潔處置：機(jī)械凈化；去油 ；化學(xué)清洗 ；電化學(xué)清洗 ；烘干 2金屬的預(yù)氧化：即將金屬置于氫氣或真空中進(jìn)展高溫加熱使金屬外表能構(gòu)成一層氧化物而到達(dá)潤濕的效果。 三、玻璃焊料金屬封接的工藝參數(shù)1溫度2時(shí)間3氣氛 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1260小時(shí)，直到平均粒徑到13m為止。2刷漿 ：將上述制得的金屬漿料，以一定方式涂刷于需求金屬化的陶瓷外表上，這

18、層金屬漿料的厚度，以干后到達(dá)1226m為宜。3燒滲：在高溫及復(fù)原性氣氛的作用下，一部分金屬氧化物將被復(fù)原成金屬，另一部分那么能夠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)，經(jīng)過化學(xué)反響而生成一種新的化合物，構(gòu)成一種粘稠的過渡層，并將陶瓷外表完全潤濕。而在冷卻過程中這粘稠的過渡層，那么凝固為玻璃相，填充于陶瓷外表與金屬粉粒之間。 4將陶瓷金屬化外表與金屬進(jìn)展焊接 在直接焊封之前，陶瓷外表不需求先進(jìn)展金屬化，而采用一種特殊在直接焊封之前，陶瓷外表不需求先進(jìn)展金屬化，而采用一種特殊的焊料金屬，直接置于需求焊接的金屬和陶瓷之間，利用陶瓷金屬母的焊料金屬，直接置于需求焊接的金屬和陶瓷之間，利用

19、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)生反響，構(gòu)成穩(wěn)材之間的焊料在高溫下熔化，其中的活性組員與陶瓷發(fā)生反響，構(gòu)成穩(wěn)定的反響梯度層，從而使兩種資料結(jié)合在一同。這種金屬焊料可以直接定的反響梯度層，從而使兩種資料結(jié)合在一同。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。制成薄層墊片狀，或采用膠態(tài)懸濁漿涂刷。 必需嚴(yán)厲控制焊封的溫度和時(shí)間，以防止焊料對(duì)瓷件的過分侵蝕，必需嚴(yán)厲控制焊封的溫度和時(shí)間，以防止焊料對(duì)瓷件的過分侵蝕，才干保證必要的焊封質(zhì)量；活化金屬焊接工藝，必需在高度真空下進(jìn)展，才干保證必要的焊封質(zhì)量；活化金屬焊接工藝，必需在高度真空下進(jìn)展，通常真空度必需高于通

20、常真空度必需高于10-4Pa。對(duì)于大型工件來說，是非常費(fèi)事且難以實(shí)。對(duì)于大型工件來說，是非常費(fèi)事且難以實(shí)現(xiàn)的。因此，這種工藝至今未得到廣泛的運(yùn)用?，F(xiàn)的。因此，這種工藝至今未得到廣泛的運(yùn)用。 特點(diǎn)： 運(yùn)用于電子元件、器件中的陶瓷金屬的封接，雖然種類繁多，方式不一，但就根本構(gòu)造而言，不外乎對(duì)封、壓封、穿封三種，如圖6.16所示。假設(shè)元件本身構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，那么可以運(yùn)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，那么能夠有其中的23種方式組合而成，如穿心式電容器，陶瓷絕緣子，真空電容器等。(1)(2)(3)(4)(5)(6)(1)端 頭 對(duì) 封 ;(2)夾 層 對(duì) 封 ;(3)

21、平 壓 封 ;(4)斜 壓 封 ;(5)實(shí) 心 穿 封 ;(6)墊 壓 穿 封 (黑 色 表 示 金 屬 部 分 ,斜 線 表 示 陶 瓷 )一、對(duì)封：對(duì)封是經(jīng)過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構(gòu)造方式一、熱噴涂法thermal spraying：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涂層資料熔化或軟化，并用高速射流使之霧化成微細(xì)顆粒液滴或高溫顆粒，放射到經(jīng)過預(yù)處置的基

22、體外表工件外表，從而與基體構(gòu)成一層結(jié)實(shí)的涂層的技術(shù)，到達(dá)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，經(jīng)過產(chǎn)生較大的塑性變形而堆積于基體外表構(gòu)成涂層 三、溶膠凝膠法sol-gel：用易水解的金屬醇鹽或無機(jī)鹽，在某種溶劑中發(fā)生水解反響，經(jīng)水解縮聚構(gòu)成均勻的溶膠，將溶膠涂覆在金屬的外表，再經(jīng)枯燥、熱處置焙燒后構(gòu)成涂層 四、物理化學(xué)氣相堆積法physical chemical vapor deposition： 氣相堆積是指以資料的氣態(tài)或蒸汽或氣態(tài)物質(zhì)化學(xué)反響的產(chǎn)物在工件外表構(gòu)成涂層的技

23、術(shù)，前者稱為物理氣相堆積PVD，后者稱為化學(xué)氣相堆積CVD 。 物理氣相堆積有濺射法、離子鍍法、真空蒸鍍法等。對(duì)于陶瓷基體來說，用的較多的是濺射法。濺射法是經(jīng)過待鍍資料源和基板一同放入真空室內(nèi)，然后利用正離子轟擊作為陰極的靶，以動(dòng)量傳送的方法使靶材中的原子、分子溢出并在基板外表上凝聚成膜 。 化學(xué)氣相堆積是指在相當(dāng)高的溫度下，混合氣體與基體的外表相互作用，使混合氣體中的某些成分分解，并在基體外表構(gòu)成一種金屬或化合物的固態(tài)薄膜或鍍層。 五、熔鹽反響法molten salt reaction：其原理是利用過渡金屬在熔鹽里歧化反響，在陶瓷外表堆積金屬薄膜和涂層，從而改善陶瓷外表的潤濕性能 一、離子注

24、入技術(shù)ion implanting： 它是將所需的元素氣體或金屬蒸汽通入電離室電離后構(gòu)成正離子，它是將所需的元素氣體或金屬蒸汽通入電離室電離后構(gòu)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)中加速后注入資料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)中加速后注入資料外表，在零點(diǎn)幾微米的表層中添加注入元素的濃度，同時(shí)產(chǎn)生輻照損傷，外表，在零點(diǎn)幾微米的表層中添加注入元素的濃度，同時(shí)產(chǎn)生輻照損傷，從而改動(dòng)資料的構(gòu)造和各種性能。從而改動(dòng)資料的構(gòu)造和各種性能。 1離子注入技術(shù)原理及安裝 離子注入是指從離子源中引出離子，經(jīng)過加速電位加速，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

25、磁分析器中引出所需求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，有控制地注入陶瓷資料外表。離子注入安裝如右圖所示離子注入機(jī)表示圖離子注入是一個(gè)非平衡過程，注入元素不受分散系數(shù)、固溶度和平衡相圖的限制，實(shí)際上可將任何元素注入到任何基體資料中去。離子注入是原子的直接混合，注入層厚度為0.1m，但在摩擦條件下任務(wù)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1001000倍，運(yùn)用壽命延伸。 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；離子注入是在高真空10-410-5P

26、a和較低的溫度下進(jìn)展的，因此工件不產(chǎn)生氧化脫碳景象，也沒有明顯的尺寸變化，故適宜工件的最后外表處置。 缺陷：有時(shí)無法處置復(fù)雜的凹面和內(nèi)腔；注入層較??；離子注入機(jī)價(jià)錢昂貴，加工本錢較高。 金屬蒸汽真空弧離子源是利用陰、陽極間的真空電弧放電原理來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)metal vapor vacuum arc弧陽 極陰 極磁 鐵引 出 電 極觸 發(fā) 器抑 制 柵 極引 出 系 統(tǒng)弧MEVVA源的電源原理特點(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)的制造本錢4離子束純度高，進(jìn)一步降低注入機(jī)的制造本錢 5可實(shí)現(xiàn)多種元素的離子

27、在一樣條件下的注入和摻雜，并省去反復(fù)抽真空的時(shí)間。離子注入對(duì)陶瓷外表資料斷裂韌性的影響： 陶瓷資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。 離子注入對(duì)陶瓷抗彎強(qiáng)度的影響： 由于離子注入使資料外表產(chǎn)生輻照損傷，體積膨脹，產(chǎn)生外表壓應(yīng)力，這是資料強(qiáng)度添加的主要緣由，但是假設(shè)資料外表的裂紋尺寸超越了注入引起的外表壓應(yīng)力的厚度，其加強(qiáng)效果會(huì)減小。 離子注入對(duì)陶瓷硬度的影響： 普通來說，低劑量注入時(shí)，離子束引起外表硬化，使得資料硬度會(huì)增大，但是劑量增到一定程度時(shí)，當(dāng)陶瓷外表呈無定形后，硬度就會(huì)急劇下降。 離子注入對(duì)陶瓷摩擦性能的影響： 陶瓷資料的摩擦損失常與外表性能有親密關(guān)系

28、。離子注入可以改善資料的外表性能，從而提高資料外表的抗磨損性能 1等離子體與外表的相互作用 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，經(jīng)過它們與資料外表的撞擊，會(huì)將本人的能量傳送給資料外表的原子或分子，產(chǎn)生解析、濺射、刻蝕、蒸發(fā)等各種物理、化學(xué)過程。一些粒子還會(huì)注入到資料外表引起級(jí)聯(lián)碰撞、散射、激發(fā)、重排、異構(gòu)、缺陷、晶化或非晶化，從而改動(dòng)資料外表的組織和性能。2脈沖等離子堆積pulse plasma deposition 用于薄膜合成、外表改性技術(shù)中的脈沖能量束普通為脈沖激光束、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

29、、定向速度高、功率大等特點(diǎn)。脈沖等離子體運(yùn)用于資料外表改性具有設(shè)備簡(jiǎn)單、處置溫度可以在室溫進(jìn)展、堆積速率高、薄膜與基底粘結(jié)力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并兼有激光外表處置、電子束處置、沖擊波轟擊、離子注入、濺射、化學(xué)氣相堆積等綜合性特點(diǎn)。在制備薄膜時(shí)可在室溫下合成亞穩(wěn)態(tài)相和其他化合物資料。3脈沖高能量密度等離子體脈沖高能量密度等離子體的根本構(gòu)思：將高能量密度等離子體，瞬間地作用在資料外表，可以導(dǎo)致資料外表出現(xiàn)部分急劇熔化，緊接焦急劇冷卻凝固，加熱或冷卻速率可達(dá)108 1010 K/s。因此可以在基材外表構(gòu)成一層微晶或非晶薄膜，從而到達(dá)改善資料外表性能的目的。經(jīng)過改動(dòng)同軸槍內(nèi)、外電極資料，任務(wù)氣體種類及工藝參數(shù)，

30、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 脈沖高能量密度等離子體的產(chǎn)生安裝是根據(jù)同軸等離子體加速器的概念設(shè)計(jì)的，安裝如右圖所示 +_+_樣品等離子氣團(tuán)抽真空外電極絕緣體內(nèi)電極開關(guān)充放電路RC脈沖高能量密度等離子體同軸槍原理圖4脈沖高能量密度等離子體外表改性 脈沖高能量密度等離子體技術(shù)用于陶瓷外表金屬化的緣由：1通常用銅替代鋁作為集成電路的金屬資料，目前方法堆積得到的銅膜由于與氧化鋁基底的潤濕性很差，呵斥金屬膜與基底結(jié)合不牢。2脈沖高能量密度等離子體在處置資料時(shí)，等離子體可以與基底資料直接發(fā)生反響，這樣，制備薄膜及膜/基混合可同步實(shí)現(xiàn)，可以有效提高膜/基結(jié)

31、合力。 脈沖高能量密度等離子體技術(shù)用于刀具外表改性方面 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)合金刀具外表堆積Ti(C,N)涂層后，具有很好的硬度效果 激光外表處置采用大功率密度的激光束、以非接觸性的方式加熱資料外表，借助于資料外表本身傳導(dǎo)冷卻，來實(shí)現(xiàn)其外表改性的工藝方法。優(yōu)點(diǎn)：能量傳送方便，可以對(duì)被處置工件外表有選擇地部分強(qiáng)化；能量作用集中，加工時(shí)間短，熱影響區(qū)小，激光處置后，工件變形??；可處置外表外形復(fù)雜的工件，而且容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化消費(fèi)線；激光外表改性的效果比普通方法更顯著，速度快，效率高，本錢低；通常只能處置一些薄板金屬，不適宜處置較厚的板材，但可以作為建筑衛(wèi)生陶瓷的外表修補(bǔ)； 激光外表處置包括激光外表硬化、激光沖擊硬化、激光外表熔化、激