精細(xì)陶瓷材料的應(yīng)用障礙及發(fā)展前景

        精細(xì)陶瓷的優(yōu)越性能對武器裝備性能的提升具有重要意義，加快精細(xì)陶瓷在武器裝備中的應(yīng)用步伐、擴(kuò)大其使用范圍已成武器裝備發(fā)展必然趨勢。但昂貴的加工成本和較低的可靠性成為了束縛精細(xì)陶瓷在武器裝備中應(yīng)用的“瓶頸”。因此，要實現(xiàn)陶瓷在武器裝備中的實用化和普及化，關(guān)鍵在于提高陶瓷的使用的可靠性，降低其加工成本。

        為實現(xiàn)工程陶瓷的實用化和普及化，世界各國紛紛投入大量的人力、物力、財力進(jìn)行研究，其中最具代表性的為美國。美國自1993 年起實施了一項為期5 年的熱機(jī)用低成本陶瓷計劃，研究開發(fā)先進(jìn)的陶瓷制備工藝和質(zhì)量控制技術(shù)，以期在提高質(zhì)量和性能的同時，將陶瓷部件的成本降低一個數(shù)量級以上。從2000 年開始，美國又實施了一項為期20 年的美國先進(jìn)陶瓷發(fā)展計劃，該計劃旨在將基礎(chǔ)研究、應(yīng)用開發(fā)和產(chǎn)品使用幾個環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合在一起，力爭到2020 年時使精細(xì)陶瓷能成為一種經(jīng)濟(jì)適用、性能可靠的首選材料，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造業(yè)、航空、航天、軍事以及消費(fèi)品制造等領(lǐng)域。


        經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，陶瓷的性能得到顯著提升，加工成本明顯下降。為解決精細(xì)陶瓷的脆性問題，人們相繼提出了纖維增韌、晶須增韌、相變增韌、協(xié)同增韌及粒子強(qiáng)化等多種增韌強(qiáng)化措施，取得了很多有益的研究成果。特別是納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得陶瓷材料的強(qiáng)度、韌性和超塑性大幅度提高，為精細(xì)陶瓷的應(yīng)用開拓了新領(lǐng)域。此外，人們還受貝殼、竹、骨骼等天然生物材料的啟發(fā)，提出了仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計概念，為陶瓷材料的強(qiáng)韌化提供了一條嶄新的研究和設(shè)計思路。

        陶瓷作為一種硬脆材料，其加工方式主要以金剛石砂輪磨削為主，加工成本占到陶瓷部件總成本的60% ～ 80%，部分甚至高達(dá)90%。因此，要降低陶瓷部件的成本關(guān)鍵在于降低其加工成本。為降低精細(xì)陶瓷的加工成本，在發(fā)展傳統(tǒng)機(jī)械加工的基礎(chǔ)上，ELID 磨削加工、化學(xué)機(jī)械加工、電火花加工、超聲加工、激光/等離子加工、高壓磨料水射流加工以及各種復(fù)合加工工藝等先進(jìn)加工方法和加工工藝如雨后春筍，大大提高了陶瓷的加工效率并降低了加工成本。