工業陶瓷的加工方法——從粉體到精密結構件的完整工藝解析
摘要
工業陶瓷（結構陶瓷）以其 高硬度、高耐磨、耐腐蝕、高溫穩定性、絕緣性強 等特點，被廣泛應用于半導體、機械工程、新能源、醫療設備、化工流體等行業。但由于工業陶瓷硬度高、脆性強、成型難，其加工工藝與金屬完全不同，涉及復雜的“成型—燒結—后加工”系統流程。 下面將從行業普遍使用的角度，完整介紹工業陶瓷的主要加工方法。
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一、粉體制備（加工的起點）
陶瓷的性能 70% 取決于粉體。常見粉體處理方式包括：
? 球磨 / 濕法分散
改善粉體均勻性、粒度分布、活性。
? 噴霧干燥
形成流動性好、適合成型的球狀顆粒。
? 化學合成法（沉淀、溶膠-凝膠）
用于高純度陶瓷，如氧化鋯、氮化硅、氮化鋁等。
二、陶瓷成型工藝（決定外形與尺寸）
工業陶瓷無法像金屬一樣切削出形狀，因此大部分形狀依賴成型。主流方法有——
1. 干壓成型（常用于片狀、環狀、管狀）
-
利用模具高壓壓制粉體
-
精度高，適合批量
-
成本低
2. 等靜壓成型（適用于柱、棒、厚壁件）
-
模具中充水擠壓，多方向均勻受力
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密度更均勻、強度更高
3. 注漿成型（適合大型與復雜形狀）
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利用泥漿倒入石膏模吸水固化
-
可成型大尺寸或復雜結構
常用于：耐火陶瓷、大型異形件。
4. 澆注 / 凝膠注模（高精度復雜件）
-
流變性好，可成型細小結構
-
收縮均勻，精度更高
適用于：半導體基件、精密結構件。
5. 注塑成型（CIM 工藝）
-
類似塑料注塑，通過加熱混合粉體與粘結劑注入模腔
-
成型效率極高
-
能做復雜細孔、卡槽、結構件
適用于：3C精密陶瓷、電子陶瓷件、手機結構件。
三、燒結（從生坯到致密體的關鍵步驟）
燒結是陶瓷從“粉體壓坯”變成“高強耐磨材料”的核心。
常見燒結方式：
-
常壓燒結（氧化鋁常用）
-
壓力燒結 / 熱壓燒結
-
氣壓燒結（氮化硅常用）
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微波燒結
-
真空燒結
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熱等靜壓（HIP） ——致密度可達 99.9%
燒結質量決定最終陶瓷的強度、密度、韌性、耐腐蝕性等性能。
四、燒結后精密加工（陶瓷的真正價值所在）
陶瓷硬度比金屬高得多，不能用普通刀具加工。后加工是最耗成本、最體現工廠實力的環節，包括：
1. 精磨（平面磨 / 外圓磨 / 內圓磨）
使用金剛石砂輪，精度可達 μm 級。
? 用于陶瓷環、陶瓷板、陶瓷軸、導桿等。
2. 拋光（鏡面拋光）
表面粗糙度可做到：
Ra ≤ 0.02 μm（鏡面級）
常用于：芯片載板、陶瓷閥片、陶瓷泵件。
3. 激光切割（適合薄片和精細輪廓）
激光切割陶瓷具有：
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不接觸加工
- 切割精度 0.02mm
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線寬可達 0.04mm
-
孔徑可到 0.04mm
- 切割厚度 0.1-9mm
-
熱影響區極小
適用于：陶瓷基片、陶瓷薄片、陶瓷微孔加工。
4. 超聲波加工（鉆小孔）
利用超聲波振動+磨料，適合深孔、小孔加工，例如：
-
φ0.1–2mm小孔
-
深徑比>10 的孔
5. CNC金剛石刀具車削
（僅用于氧化鋯、氮化硅、部分燒結前加工）
可用于螺紋、臺階、倒角等結構。
6. 層層研磨 + 數控成型
用于高精度尺寸與平面度要求極高的產品。
五、表面處理方法（提升性能）
陶瓷表面可進一步強化性能：
-
金剛石涂層 / DLC 涂層（耐磨）
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鍍膜（PVD / PECVD）
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金屬化（Mo-Mn、銀漿）
-
刻蝕、雕刻標識
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噴砂處理（表面增摩）
六、總結：工業陶瓷加工是一條高度系統化的“精密鏈條”
工業陶瓷從粉體到成型，從燒結到精密加工，每一個環節都會直接影響最終產品性能。
相比金屬加工的“切一切就能做”，
陶瓷更像是一個 材料科學 + 機械加工 + 精密工藝 的綜合體系。
對于終端設備企業來說——選擇具備成型、燒結、精密加工一體化能力的陶瓷工廠，會大幅提升產品一致性和可靠性。
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