陶瓷材料微波辅助塑性切削技术综述

微波塑性切削与等离子弧、激光、氧乙炔焰加热切削存在很大的不同。等离子弧、激光、氧乙炔焰加热切削是利用玻耳兹曼热效应，即通过提高陶瓷加工区局部温度，使陶瓷局部原子的活动能力增强，产生滑移来提高塑性微波塑性切削则是利用交变的微波电磁能量与陶瓷材料原子、分子相互碰撞、摩擦，产生滑移来提高塑性，热量只是微波与陶瓷材料相互作用的副产品。因此，如能提高微波与陶瓷材料的相互作用使加工区塑性化，同时避免产生大量热量，将有可能实现低温塑性切削。由于传统的等离子弧、激光、氧乙炔焰加热装置与刀具分离，加热区与刀具相互影响，且因切屑影响加热效果，需用气体吹屑，从而影响加热的均匀性和效率而微波加热可以形成微波天线与刀具一体化，局部加热区与切削区一致，从而可能提高加热效率。此外，等离子弧、激光、氧乙炔焰加热能促使陶瓷材料晶粒长大，造成加工表面粗糙度变大而从微波烧结中得知，微波加热能抑制晶粒异常生长，因此加工后表面质量较好。而且微波加热装置比等离子弧、激光、氧乙炔焰加热装置便宜得多。

综上所述，采用微波加热切削可望成为一种新的陶瓷加工方法，可望解决等离子弧、激光、氧乙炔焰加热切削热应力大、价格昂贵等问题，并可望通过微波退火提高加工表面质量，从而实现高效率、高质量、低成本加工陶瓷材料的目标。

除了陶瓷材料以外，半导体材料（如硅、砷化镓等）、粉末金属烧结材料（如新型烧结钢）、金属间化合物（如fe3al等）也属于硬脆性材料，也存在难加工的问题，其加工困难与陶瓷加工类似，存在许多共性。因此，本项目的研究除了可为陶瓷加工提供新理论、新方法外，还可推广应用于其它硬脆材料如半导体材料、粉末金属烧结材料、金属间化合物等加工问题的解决。

3、微波塑性切削陶瓷研究工作概况

我们开发了用于陶瓷切削的微波的产生、传输、定向、天线与刀具一体化以及加工中温度和切削力测量等实验装置。微波电路部分主要由连续波工作控制电路、脉冲调制波工作控制电路、微波调制器、微波振荡器、微波输出电缆、天线以及供电电源等组成。

微波源采用2.45ghz可调功率的磁控管，其振荡受微波调制器调制，产生连续的或脉冲调制的微波振荡功率，经过e-h调谐器进行阻抗匹配，通过波导连接到同轴天线上。同轴天线的内导体做成车刀的形状，通过优化设计天线结构，形成能量较集中、强度较均匀的微波辐射到工件加工区实施加热。通过反射板发射和天线定向作用，提高控制微波方向性的能力，将微波对操作者的辐射控制在安全标准以内。

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