預燒結(jié)陶瓷微細三維結(jié)構(gòu)精密制造方法研究.pdf

1、陶瓷材料因其優(yōu)越的使用性能，在微機械領(lǐng)域有著廣泛地應用需求，但在陶瓷材料上進行特征尺寸在微米量級的微小結(jié)構(gòu)或零件的微細加工十分困難。本文采用基于陶瓷生坯的制造方法，在氧化鋁預燒結(jié)陶瓷坯體上，進行三維微結(jié)構(gòu)精密制造方法的研究。
　　研究過程中共制備了六種不同預燒條件下的陶瓷坯體，分析了其斷面的微觀結(jié)構(gòu)以及預燒結(jié)陶瓷坯體微細銑削加工過程中材料去除的微觀機理。此外，通過微孔鉆削實驗，發(fā)現(xiàn)在切削液中進行陶瓷微細加工，加工力更小，刀具磨損較

2、小，加工質(zhì)量更優(yōu)。
　　論文全面研究了影響微結(jié)構(gòu)加工尺寸精度的各項因素。其中熱膨脹、機床重復定位精度、刀具加工精度、機床運動精度是影響微結(jié)構(gòu)X、Y向尺寸精度的次要因素，加工間隙則是主要影響因素;而微結(jié)構(gòu)Z向尺寸精度主要與刀具磨損程度相關(guān)。本文結(jié)合微型腔的加工實驗，具體分析了加工間隙對微結(jié)構(gòu)X、Y向尺寸精度的影響，明確了坯體強度、銑削層厚、型腔深度等參數(shù)對加工間隙的影響規(guī)律，實驗結(jié)果表明微結(jié)構(gòu)的加工間隙隨坯體強度的增加先減小后增大，

3、在7-10MPa強度區(qū)間內(nèi)達到最優(yōu)，銑削層厚直接影響加工效率，但對加工間隙影響不大。此外進行了加工間隙一致性驗證，發(fā)現(xiàn)加工間隙大小與所加工微結(jié)構(gòu)尺寸大小無關(guān)。
　　本文對X、Y向尺寸偏差采用逆向設計微結(jié)構(gòu)尺寸的方法來補償加工間隙，加工結(jié)果表明實際尺寸與目標尺寸的絕對偏差在2.5μm以內(nèi)，補償效果良好;采用實時探測的方法來補償因刀具軸向磨損造成的微結(jié)構(gòu)Z向尺寸誤差，補償加工后的絕對偏差不大于3μm。表明采用這兩種補償加工方法可以顯著

4、提高微結(jié)構(gòu)加工尺寸精度。
　　論文系統(tǒng)研究了切削液、坯體強度、銑削層厚等加工參數(shù)對微結(jié)構(gòu)加工表面質(zhì)量的影響。研究結(jié)果表明，添加切削液后微結(jié)構(gòu)表面更清晰，幾乎沒有切屑殘留;而如果綜合考慮邊緣質(zhì)量和加工效率，坯體強度以9MPa左右、銑削層厚以5μm為好。
　　本文通過不同銑削層厚組合下的實驗加工探索，發(fā)現(xiàn)多層厚組合加工可以得到小且穩(wěn)定的加工間隙，同時微結(jié)構(gòu)邊緣質(zhì)量也較優(yōu)，而其加工時間則大幅減少，加工效率顯著提高。此外論文詳細研究