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陶瓷加工中激光技术的其他应用

内容导读:1. 激光加热辅助加工的应用 加热切削(heat cutting)迄今为止已有近一个世纪的历史,加热方法包括电加热、火焰加热、等离子加热、激光加热以及特殊光源加热等,早期多使用电加热或火
1.  激光加热辅助加工的应用
加热切削(heat cutting)迄今为止已有近一个世纪的历史,加热方法包括电加热、火焰加热、等离子加热、激光加热以及特殊光源加热等,早期多使用电加热或火焰加热。
φ20x200mm氧化锆陶瓷棒
2 . 陶瓷材料激光辅助车削与磨削
常温下在车床上切削陶瓷只能使用PCD或PVD刀具,由于加工时气孔和瑕疵引起的冲击振动极易使刀具崩刃或非正常磨损,刀具寿命极低,因此几乎无人用这种方法加工陶瓷。
因此,要想从根本上改变陶瓷的加工现状,必须要在加工方法上有新的突破。关键是要改变陶瓷材料加工时的硬脆特性,即变脆性切削为塑性切削。一般的加热方法受到陶瓷材料性能的制约,如陶瓷的绝缘性使得与电加热无缘。火焰加热温度较低,能量密度不够。
等离子体加热对陶瓷材料存在一定难度,由于陶瓷工件不导电无法直接充当阴极,只能用其他方法引弧,若使用非转移弧加热,热流密度不够。加工陶瓷涂层勉强能实现,但对结构陶瓷来说,还需大大增加等离子源的功率密度。
激光加热有以下几个优点:
(1)功率密度高达108~1010W∙cm-2,加热速度极快,足以对任何陶瓷材料实现高速切削条件下的塑性加工;
(2)激光光斑可聚焦到微米量级,热影响区小;
(3)输出功率可调,可根据不同工件材料对加热温度和光斑直径进行调节。

3 . 激光检测加工表面
当先进陶瓷应用于航空、航天和国防等工业部门时,对表面质量的要求较高,特别是为了保证其强度,必须尽可能地减少表面微裂纹、裂缝等缺陷。为了保证加工质量,还必须对其表面粗糙度实现在线检测。而且由于表面粗糙度与刀具磨损、断裂以及加工系统的自激振荡等密切相关,因此可以通过在线检测表面粗糙度来检定磨削条件,防止零件出现表面振纹、烧伤、裂纹等。在线检测是激光检测系统的一大特点,不用把加工工件卸离机床就可以测出表面粗糙度,这种方法也可以用来去除砂轮表面黏结物,其基本原理是通过激光照射使砂轮表面的黏结物蒸发去除。选择合理的工艺参数,能保证在蒸发黏结物的同时不影响基体与磨粒。另外,还可以在线实时检测高速砂轮的磨粒磨损状况,最大限度地延长金刚石砂轮的耐用度与寿命。随着科学技术的发展,激光检测技术将会获得更广泛的应用。
 

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