[发明专利]一种预制孔位的激光复合加工陶瓷阵列微孔方法

说明书

本发明提供一种预制孔位的激光复合加工陶瓷阵列微孔方法，具体步骤为：S1.制备出复合陶瓷粉体；S2.将粉体装填入成型模具时在其中固定石墨芯，以预制阵列微孔的孔位及孔形，待陶瓷高温烧结完成后采用激光复合加工技术去除预制孔位的石墨芯，即可获得具有阵列微孔结构的陶瓷材料。通过本发明的方法，可高效高质量加工陶瓷阵列微孔，不仅提高了微孔深径比，还可控制微孔锥度，更有利于获得高度重复性的陶瓷阵列微孔结构。

技术领域

本发明属于陶瓷阵列微孔加工技术领域，具体涉及一种预制孔位的激光复合加工陶瓷阵列微孔方法。

背景技术

陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损及耐腐蚀等优异性能，已在机械、化工、电子、能源、航空航天等领域广泛应用。作为典型的硬脆材料，陶瓷加工过程中极易产生崩边、微裂纹等加工缺陷，精加工的成本和费用也很高。随着现代工业的高速发展，具有阵列微孔结构的陶瓷材料在喷墨打印机、集成电路板、涡轮发动机叶片等关键零部件制造中发挥着不可替代的作用，其加工要求更高。

阵列微孔的加工方法众多，但对材料的依赖性较大。就陶瓷的阵列微孔加工而言，传统机械钻孔不仅对钻头磨损大，而且易对工件造成不可修复的损伤，严重影响加工质量，甚至造成工件报废，效率低下；电火花加工虽然在工件与工具间无机械作用力，但陶瓷通常不导电，需要对其进行改性处理，工艺复杂；超声加工不受材料导电性的影响，靠磨料的超声振动作用去除材料，但加工效率较低，且不适宜加工深孔；激光加工不受材料硬脆特性的限制，可获得高深径比的阵列微孔，其非接触性的加工方式具有无工具损耗的优点，大幅提高了加工效率与精度，是加工陶瓷阵列微孔的理想方法。

激光的脉宽对材料加工质量的影响很大，如纳秒激光虽然加工效率较高，但易对材料造成烧蚀，产生微裂纹、重铸层及热影响区，皮秒与飞秒激光加工的热效应较小且加工质量较好、精度高，但加工效率较低。单独采用激光加工陶瓷阵列微孔，易受材料厚度限制而无法加工出理想的深孔，且孔的锥度难以控制，无法充分发挥激光加工的优势。通过预制阵列孔位的方法可有效解决这一问题。发明专利（CN201410730529.9）提出了一种震动铸造制备阵列孔金属材料新方法，通过在支架上排布孔芯并固定到浇注型腔中，采用震动方法浇注熔融金属，待凝固冷却后取出孔芯即得到阵列孔金属件，但不适用于高温烧结制备的陶瓷材料。因此，迫切需要一种预制孔位的激光复合加工陶瓷阵列微孔方法，以高效高质量加工陶瓷阵列微孔。

而现有技术当中，可加工的陶瓷材料厚度受限制，陶瓷微孔孔径精度不高且锥度难以控制，陶瓷阵列微孔加工的可重复性有待提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是为了克服现有陶瓷阵列微孔加工过程中可加工的材料厚度受限、孔径精度不高且锥度难以控制、以及阵列微孔加工的可重复性有待进一步提高等问题，提供一种预制孔位的激光复合加工陶瓷阵列微孔方法，该方法可高效高质量加工陶瓷阵列微孔，不仅提高了微孔深径比，还可控制微孔锥度，更有利于获得高度重复性的陶瓷阵列微孔结构。

本发明的技术方案为：一种预制孔位的激光复合加工陶瓷阵列微孔方法，其特征在于，具体步骤为：

S1.制备出复合陶瓷粉体；

S2.将粉体装填入成型模具时在其中固定石墨芯，以预制阵列微孔的孔位及孔形，待陶瓷高温烧结完成后采用激光复合加工技术去除预制孔位的石墨芯，即可获得具有阵列微孔结构的陶瓷材料。

进一步的，步骤S1的具体加工方法为：将陶瓷粉体原料、烧结助剂按一定比例装入球磨罐中，并加入磨介，磨料比为2:1~5:1，以乙醇或丙酮为溶剂，经8~12小时球磨混合，得到陶瓷浆料，将它干燥、造粒后，获得复合陶瓷粉体。