高性能陶瓷材料的精密线切割加工方法

Due to the advantages of low density, high strength, high hardness, corrosion resistance , wear resistance, high temperature resistance, excellent chemical stability and so on , engineering ceramics get more extensive applications.However, it is difficult to achieve high precision, high efficiency, high reliability processing for ceramics which have the characteristics of high hardness, brittleness and low fracture toughness, resulting in restricting the promotion of its application to some extent. Therefore, the project proposes a new precision wire cutting method of high-performance ceramic materials . This method is based on the free abrasive wire cutting. Through the online cathode micro-arc electrodeposition alumina ceramic film processing of saw wire while applying ultrasonic vibration to the ceramic materials in the same time,which will make a layer of dense homogeneous ceramic membrane on the surface of the saw wire,This method can achieve real-time online accurate compensation of saw wire's wear and eliminate the error of machining accuracy caused by saw wire's wear,which means it can achieve precision wire cutting of ceramic materials with no error.It can also greatly improve the service life of saw wire and reduce the processing cost of cutting. The proposed new precision wire cutting method in the project can solve the problem that the ceramic materials are difficult to realize high precision cutting and is a innovation of ceramic material cutting machining method. It not only has high practical engineering value, but also has important academic value.

工程陶瓷材料因具有低密度、高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、耐高温、化学稳定性好等优良性能，得到越来越广泛的工程应用。但由于其硬度高、脆性大、断裂韧性低等特性，难以实现高精度、高效率、高可靠性加工，在一定程度上又限制其应用推广。为此，项目提出一种高性能陶瓷材料新型精密线切割加工方法。该方法是在游离磨粒线切割基础上，通过对被加工陶瓷材料施加超声振动，同时对锯丝进行在线阴极微弧电沉积处理，在锯丝表面制备一层致密均匀陶瓷膜层，从而实现锯丝磨损量的在线实时精确补偿，消除因锯丝损耗造成的加工精度误差，实现陶瓷材料的无误差精密切割，同时也可大幅提高锯丝的使用寿命，降低切割加工成本。项目提出的新型精密线切割加工方法可解决陶瓷材料难以实现的高精度切割加工问题，是陶瓷材料切割加工方法上的创新，不仅有很高的工程实用价值， 而且具有重要的学术研究价值。

工程陶瓷材料因具有低密度、高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、耐高温、化学稳定性好等优良性能，得到越来越广泛的工程应用。但由于其硬度高、脆性大、断裂韧性低等特性，难以实现高精度、高效率、高可靠性加工，在一定程度上又限制其应用推广。为此，项目提出一种高性能陶瓷材料新型精密线切割加工方法。该方法是在游离磨粒线切割基础上，通过对被加工陶瓷材料施加超声振动，同时对锯丝进行在线阴极微弧电沉积处理，在锯丝表面制备一层致密均匀陶瓷膜层，从而实现锯丝磨损量的在线实时精确补偿，消除因锯丝损耗造成的加工精度误差，实现陶瓷材料的无误差精密切割，同时也可大幅提高锯丝的使用寿命，降低切割加工成本。项目完成了阴极微弧电沉积成膜机理及各工艺参数对膜层生长特性和性能的影响机制研究，通过实验获知在硝酸铝去离子水溶液浓度为0.8mol/L，成膜电压为100V，电流在0.6-1.1A之间，成膜效果较好；但是这种陶瓷膜只能对锯丝起到修复和补偿作用，对于锯丝在切割陶瓷时的切割性能并未改善，因此又尝试在锯丝上快速涂覆金刚石磨粒来提高锯丝的切削性能，首先进行了电火花快速涂覆金刚石磨粒的初步实验，然后在锯丝上进行了电火花强化快速涂覆金刚石磨粒的实验，并且研究了放电电流、放电介质中的磨粒浓度以及在涂覆过程中的来回走丝速度对于沉积效果的影响，最终实现了锯丝表面硬质合金层的快速制备。最后进行了采用经阴极微弧电沉积技术处理后制备有致密均匀陶瓷膜层的锯丝进行在线成膜切割陶瓷实验，验证了这种方法的可行性。项目提出的新型精密线切割加工方法可解决陶瓷材料难以实现的高精度切割加工问题，是陶瓷材料切割加工方法上的创新，不仅有很高的工程实用价值，而且具有重要的学术研究价值。