25. Особенности механической обработки керамики. Физико-механические характеристики керамики, влияющие на ее обработку.

В производстве керамики механическую обработку применяют с целью придания изделию необходимых геометрических размеров и заданной чистоты поверхности. Широко распространенными видами механической обработки являются резание, шлифование и полировка. Иногда используют лазеры и ультразвуковую обработку. Наиболее часто механической обработке подвергают изделия технической керамики – подложки интегральных тонкопленочных схем, микроплаты, подшипники скольжения, детали вакуумных приборов и т. п.

В производстве огнеупоров и строительной керамики применяют иногда резание и шлифование поверхностей, например, для подготовки трущихся частей в химической аппаратуре.

Размеры изделий оцениваются по их точности, а состояние поверхности – по чистоте. Установлено одиннадцать классов точности, причем меньшему по порядку классу соответствует более точная обработка и 14 классов чистоты поверхности в порядке возрастания. Состояние поверхности определяют по ее профилограмме, на которой отражаются неровности – выступы, впадины, трещины.

Важнейшим свойством керамики, определяющим ее податливость механической обработке, является твердость, которую оценивают по минералогической шкале Мооса и по микротвердости. Твердость керамики по Моосу находится в пределах 6-9,5.

Керамика относится к хрупким материалам. Это свойство – неблагоприятное при оценке механических свойств изделия, – при шлифовании играет положительную роль, так как облегчает обработку.

Хрупкость определяют как отношение сопротивления сдвигу _сдв к сопротивлению на разрыв _раз:

 = _сдв/_раз где  – критерий хрупкости.

Если этот критерий больше единицы, то керамику относят к хрупкой.

На процессы обработки керамики, особенно шлифование, влияют прочность, пористость, текстура, степень кристаллизации, распределение фаз, термическая стойкость. Пористость ухудшает состояние поверхности и снижает класс чистоты. Термическая стойкость должна обеспечить сохранность изделий при их разогреве и охлаждении в процессе обработки.

Резание керамических изделий производят абразивными кругами из корунда, карбида кремния и алмаза. Наиболее распространенным видом механической обработки является шлифование, которое выполняют в три стадии – черновое, чистовое и доводочное – соответственно крупнозернистым, мелкозернистым инструментом и мелкозернистыми алмазными порошками (пастами).

По форме поверхности изделия, подлежащего обработке, различают плоское и круглое шлифование, а по месту – внешнее, внутреннее и торцевое шлифование. Обработку производят на станках для определенного вида шлифования.

Для обработки используют разнообразный алмазный инструмент, различающийся формой, размером, маркой алмаза, зернистостью, связкой, содержанием алмазов в инструменте (числом карат). В инструменте абразивные зерна закрепляют связками – металлической, органической или керамической, – которые должны удержнвать зерна алмаза, допуская, однако, их выкрашивание. Для изготовления инструмента в качестве абразива применяют синтетический алмаз, эльбор, электрокорунд, карбид кремния. Для обработки прочной плотной спекшейся керамики применяют главным образом синтетический алмаз разных марок.

Шлифование керамики – это сложный процесс, зависящий от свойств керамики, свойств шлифовального инструмента, параметров шлифования (глубины резания, прижимающего давления, скорости резания и др.), условий охлаждения.

В процессе шлифования в керамике разрушаются кристаллические зерна путем их излома, стираются стекловидная и частично кристаллическая фазы, следствием чего является выкрашивание отдельных зерен. Зерна абразива также скалываются и истираются, при этом обнажаются новые зерна, которые выполняют свои функции.

Характер разрушения на разных стадиях обработки различен. На стадии черновой обработки преобладает хрупкое разрушение в результате скалывания под действием прижимающего усилия и зерен абразива – под действием тангенциальных сил.

Одновременно происходит частичное истирание алмаза, затупление его углов и граней. На стадии чистовой обработки хрупкое разрушение уменьшается, преобладает истирающее действие. Наконец, при доводке, выполняемой при помощи тонкозернистых алмазных паст, в основном, происходит истирание.

При шлифовании в результате трения происходит разогрев керамики и шлифовального инструмента. С целью отвода теплоты трущиеся части охлаждают водным раствором (2-5 %-ным) кальцинированной соды. Охлаждающая жидкость одновременно способствует вымыванию сошлифованной керамики и осколков алмаза и связки. Это предохраняет инструмент от “засаливания”, снижающего его шлифующую способность.