工程陶瓷是近年來迅速發展起來的工程材料,由于它具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、低密度、低膨脹系數等特殊功能,因而在能源技術,航空航天技術、計算機技術、海洋技術開發、汽車制造和石油化工等部門中的應用日益顯示出其廣闊的發展前景。燒結成型的陶瓷坯料必須通過機械加工才能應用,因為對其精度要求很高,公差范圍很小,要達到這種要求,只有金剛石砂輪才能夠勝任。
日前,發達國家雖然研究開發了精細陶瓷材料的金剛石刀具的切削加工方法,但對機床剛度要求高,至今還未完全實用化。盡管金剛石砂輪價格高、修整較困難、磨削效率較低,生產中仍廣泛采用磨削加工方法。
金剛石砂輪磨削陶瓷既是陶瓷加工方面引人注目的一個方向,也是磨削領域的一個新動向,而磨削表面質量是磨削加工的重要內容之一。工程陶瓷做為結構件時,其合格的加工公差和表面粗糙度是至關重要的。雖然材料本身性能和缺陷對強度有決定性影響,但良好的加工表面質量可使表面缺陷減少到最小程度,對零件間配合的可靠性、摩擦與磨損、接觸剛度與接觸強度等許多方面都有重要作用。粗糙度越大,抗彎度越小,因此,表面粗糙度一直是衡量零件質量的指標之一。試驗表明,在一定加工條件下陶瓷表面也會發生塑性變形,這說明陶瓷材料是有可能通過機械加工方法獲得可靠的表面質量。
據日本專家預測,以新陶瓷材料為代表的新材料的加工技術將成為下一代工業的基礎技術。因此,以陶瓷、硅片等為代表的磨削加工已逐漸成為各國磨削工業界研究的重點。現已出現了很多專用配備或可以選用的金剛石砂輪磨床。
在磨削工程陶瓷研究方面,日本今年來開發了許多新型金剛石砂輪,例如,鑄鐵結合劑金剛石砂輪,亦稱CIB-D砂輪,這種砂輪可高效率地磨削陶瓷,特別是加工高密度氧化鋁和氧化硅時,利用加工中心就像切削加工金屬那樣,進行三維體加工,表面光潔度可達數微米,高密度金剛石砂輪用于磨削Si4N3墊壓件平面可獲得Z達15mm3/min的磨損率。
可見,工程陶瓷的機械加工是金剛石工具的一個重要市場。1991年世界市場上工程陶瓷的價值為125億美元,其中電陶瓷或電子陶瓷只有15%需用金剛石工具。
工程陶瓷的使用主要集中在:美國48億美元,日本42億美元。用于加工陶瓷金剛石工具的消耗,美國為4990萬美元,日本為3600萬美元,歐洲和其他國家為2700萬美元(其中德國約占一半)。