陶瓷电火花加工技术，专治“硬骨头”！
来源： 中国粉体网
工程陶瓷具有硬度高、强度大、耐腐蚀、耐高温、化学性能稳定等优良特性，已被广泛应用于化学工业 、机械制造、航空航天 、电子电气 、海洋工程 、军事等领域中。
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但由于工程陶瓷同时具有硬度高，脆性大，在受到外力时几乎不经过塑性变形就直接断裂等特点，导致其加工难度极大，使用常规的机械方法很难实现加工，这就严重阻碍了其应用。
陶瓷材料的电火花加工技术可用于航空发动机 | 图片源于网络
据中国粉体网编辑了解，目前对于工程陶瓷最常用的加工方法有车削加工、磨削加工、钻削加工、激光加工、高压水喷射加工、超声加工、复合式加工等。
由于陶瓷材料本身的特性，接触式的机械加工方法，加工余量越大其加工成本较高，且刀具与工件直接接触，更容易导致应力集中点应力释放，从而在接触边缘产生裂纹，影响材料进一步加工使用。
尤其是对于厚度较大的陶瓷材料，超声加工或激光加工均因效率太低且成本极高而无法实现。使用电火花对具有导电性的工程陶瓷进行加工，不仅效率较高，而且由于其为非接触式放电腐蚀加工，避免了刀具与工件的直接接触，能更好地保证材料的边缘质量。
电火花加工技术简介
电火花加工又称作电蚀加工或放电加工，是利用工具电极和工件电极间脉冲放电时产生的电蚀现象对材料(毛坯)进行加工。理论上能加工任何高硬度、高致密的物质。火花放电时，在放电区域能量高度集中，瞬时温度高达10000℃左右，足以使陶瓷材料局部融化而被蚀除。电火花加工能够对电阻率小于100q·cm的陶瓷材料进行低成本加工。
电火花加工设备 | 图片源于网络
电火花加工可以进行成型、穿孔和切割加工各种形状复杂的零件。加工时工具与工件不接触，作用力极小，因而可加工小孔、窄缝等微细结构以及各种复杂型面的型孔和型腔，亦可在极薄的板料或工件上加工。
陶瓷材料的电火花加工技术
1、导电性陶瓷的电火花加工
目前对导电陶瓷的电加工研究主要集中在如何提高加工精度、表面质量以及改进加工过程控制等方面。
电火花线切割加工
电火花线切割加工是研究得较多也是较为成熟的一种，一般的研究都是试图找出线切割加工的各种电参数与加工质量和加工效率之间的关系。
电火花成型加工
一般来说，凡是能电火花线切割的材料往往都能进行电火花成型加工，但相对而言，电火花成型加工要考虑的因素多一些，它涉及到电极的形状和损耗，加工时遇到某些不导电的硬质点还可能造成破坏等等。但电火花成型加工对于穿孔，型腔模等方面的加工是线切割所无法代替的。
以电火花线切割和成型加工为基础，还可衍生出其它方式的加工方法，如电火花内外围和平面磨削，刀具的刃磨，电火花铣槽，齿轮及螺纹的电火花加工等。
2、加工非导电性陶瓷
电火花加工一般只适用于金属等导电材料的加工，很难直接对电阻率高于100ω・cm的材料进行加工。目前工业上使用的绝缘陶瓷(氮化硅、氧化锆、氧化铝等)的电阻率一般都接近或大于105ω・cm，其电阻率高，难以在工具电极和工件(绝缘陶瓷)之间形成放电条件，故不能直接用绝缘陶瓷作电极，应在进行电火花磨削加工绝缘陶瓷之前对绝缘陶瓷表面进行导电化处理，使其表面带有导电层。
例如利用辅助电极法电火花加工绝缘陶瓷在陶瓷表面形成导电层、直接在陶瓷表面镀上一层金属形成导电层等，这些处理都是为了在电火花磨削加工之前，在绝缘陶瓷表面与工具电极之间建立一个能放电的回路。在电火花磨削加工的时候，导电层代替被加工工件(绝缘陶瓷)作为放电回路中的其中一极，创造出电火花磨削加工所需要的必要条件。
电解液法
电解液法实际上是电解电火花复合加工，它是目前研究得最多的方法。这种方法通常是利用电化学反应时在工具电极上产生的气泡，形成电解液中火花放电所需的非导电相，通过气泡放电的热作用来蚀除工件，其中电解作用和化学作用也起了重要的影响。
由于电解液法气体相形成速度慢，放电击穿延时长，大量消耗电解能，因而加工效率低、能耗大。对此，有人提出以高速旋转的齿电极的气流吸附及涡流作用，或用可控充气的技术等方法来解决。
高电压辉光放电加工
该方法早期针对绝缘的天然金刚石作为拉丝模，在其正反表面加工出小的锥形凹坑预孔。高电压辉光放电加工方法原理是：工件置于尖电极和平板电极间，两电极间加高压高频电源，电压为5000～6000v，频率为数万赫兹到数十兆赫兹；高电压使尖电极附近的空气被击穿，从而形成辉光放电蚀除。此方法只能加工深度浅的孔，并且加工出的孔形状粗糙，需要用机械加工进行修研；但是作为粗加工还是具有一定的效率和经济性。
3、辅助电极电火花加工法
日本长冈科技大学的福泽康教授和东京大学毛利尚武教授在用电火花加工金属和绝缘陶瓷的结合面时，发现金属侧被加工蚀除的同时，绝缘陶瓷也被加工蚀除，从而发明了绝缘陶瓷辅助电极电火花加工法。该方法是利用电极和辅助导电电极之间的电火花放电使煤油工作液热分解出的碳沉积在绝缘陶瓷加工表面，形成导电膜，从而使绝缘陶瓷的加工表面具有导电性来实现对绝缘陶瓷的电火花放电加工。
结束语
随着包括电火花加工技术在内的特种加工技术的创新发展，不论是对导电陶瓷还是绝缘陶瓷，尤其是对高硬度工程陶瓷的精细加工将起到巨大的推动作用，使高性能陶瓷的应用范围进一步扩大，这无疑相当于对陶瓷材料工业的进一步发展加入新的助力。