本發(fā)明涉及一種切削方法，尤其涉及一種氧化鋯陶瓷的切削方法。

背景技術(shù)：

氧化鋯陶瓷(完全燒結(jié))是一種物理、化學(xué)性能優(yōu)異的金屬氧化物陶瓷材料。在各種金屬氧化物陶瓷材料中，氧化鋯的高溫?zé)岱€(wěn)定性、隔熱性能最好，最適宜做陶瓷涂層和高溫耐火制品；氧化鋯陶瓷的熱導(dǎo)率在常見的陶瓷材料中最低，而熱膨脹系數(shù)又與金屬材料較為接近，是重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料；氧化鋯陶瓷的硬度高、耐磨性好，可用于制造刀具、模具、軸承等；氧化鋯陶瓷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有無毒、良好的生物相容性、耐腐蝕、較高的機械強度等特點，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)，尤其是口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域（就是通常說的烤瓷牙）。

以離子鍵和共價鍵為結(jié)合鍵的晶體結(jié)構(gòu)，使得氧化鋯陶瓷具有脆性大、韌性低、不易成型加工、刀具磨損嚴重等陶瓷材料共有的缺點。

氧化鋯陶瓷加工現(xiàn)狀：

一種方法是：先在850°下進行預(yù)燒結(jié)，得到的稱為預(yù)燒結(jié)氧化鋯陶瓷，這種材料比較軟，韌性高，好加工。加工成型后，再在1450°下再次燒結(jié)，稱為完全燒結(jié)氧化鋯陶瓷。再次燒結(jié)的時候，會發(fā)生大約8%的剪切應(yīng)變和3%～5%的體積膨脹，影響精度，有時候還會開裂。

另一種方法是：直接對完全燒結(jié)的氧化鋯陶瓷加工以磨削加工為主，此種方法生產(chǎn)效率低，而且缺乏經(jīng)濟的方法來加工幾何形狀復(fù)雜的異形面，如鉆孔、開槽、球形面和曲面等。直接對完全燒結(jié)的氧化鋯陶瓷的銑削加工一般都用PCD(聚晶金剛石)刀具，價格貴，而且PCD刀具在800°左右變成了石墨，軟化，刀具就不能用了。

從晶體結(jié)構(gòu)的角度來看，氧化鋯存在單斜相(m-ZrO₂)、四方相(t-ZrO₂)和立方相(c-ZrO2)三種結(jié)構(gòu)。預(yù)燒結(jié)的就是以單斜相為主，硬度不高，容易切削。完全燒結(jié)的一般是以氧化釔作為穩(wěn)定劑的四方相，硬度很高，不易切削。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氧化鋯陶瓷的切削方法。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種氧化鋯陶瓷的切削方法，所述氧化鋯陶瓷由氧化鋯制成或由添加穩(wěn)定劑的氧化鋯制成，所述氧化鋯陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)存在四方相和單斜相，所述氧化鋯陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)由四方相向單斜相轉(zhuǎn)變的溫度為相變溫度，其特征在于，使用刀具對所述氧化鋯陶瓷進行切削，并控制切削時所述氧化鋯陶瓷切削區(qū)的溫度保持在相變溫度范圍內(nèi)。

本發(fā)明一個較佳實施例中，所述刀具是由聚晶立方氮化硼材料制成的刀具。

本發(fā)明一個較佳實施例中，通過所述刀具切削產(chǎn)生的熱量使所述氧化鋯陶瓷切削區(qū)的溫度保持在相變溫度范圍內(nèi)。

本發(fā)明一個較佳實施例中，刀具的導(dǎo)熱系數(shù)與氧化鋯陶瓷的導(dǎo)熱系數(shù)比值小于50。

本發(fā)明一個較佳實施例中，所述穩(wěn)定劑為稀土氧化物或堿土氧化物。

本發(fā)明一個較佳實施例中，所述穩(wěn)定劑為氧化釔(Y₂O₃)、氧化鎂(MgO)、氧化鈰(CeO₂)或氧化鈣(CaO)。

本發(fā)明解決了背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明具備以下有益效果：

（1）本發(fā)明很好的利用了氧化鋯陶瓷在相變溫度范圍內(nèi)容易產(chǎn)生由四方相向單斜相相變的特性，而單斜相的硬度相對四方相硬度較低，因此相變過后其可以降低切削的難度，刀具使用壽命更長，切削效率更高。

（2）采用PCBN刀具，由于其具備相對PCD刀具更高的耐熱性能，因此PCBN刀具可以避免在高速切削過程中由于切削熱產(chǎn)生的高溫導(dǎo)致刀具軟化的現(xiàn)象，并保證高溫條件下PCBN刀具自身的硬度。

具體實施方式

現(xiàn)在結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

純氧化鋯制成的陶瓷在950°左右，四方相會向單斜相相變。高速切削過程中，切削區(qū)的溫度很高，能夠達到甚至超過950°，從而使切削區(qū)的完全燒結(jié)的氧化鋯陶瓷變成單斜相的，并且高溫對材料有軟化作用。PCBN(聚晶立方氮化硼)刀具能夠在1400°下還保持很高的硬度，并且價格比PCD便宜。通過實驗，采用PCBN刀具對完全燒結(jié)的氧化鋯陶瓷進行高速銑削，結(jié)果表明：切削區(qū)的氧化鋯陶瓷發(fā)生了相變，刀具磨損大大降低（與PCD刀具切削相比），加工后工件的表面質(zhì)量較好。也就是說用PCBN刀具高速切削陶瓷在合適的參數(shù)組合下可以實現(xiàn)切削區(qū)的相變。

氧化鋯是氧原子與鋯原子的結(jié)合而形成的化合物，存在立方相(c-ZrO₂)、四方相(t-ZrO₂)和單斜相(m-ZrO₂)三種晶體結(jié)構(gòu)，在不同溫度下進行轉(zhuǎn)變。m-ZrO₂是低溫相，在1170℃以下是穩(wěn)定存在的，超過此溫度轉(zhuǎn)變?yōu)閠-ZrO₂。t-ZrO₂和c-ZrO₂稱為高溫相，只能在高溫下才能穩(wěn)定存在。

氧化鋯陶瓷可以分為穩(wěn)定氧化鋯陶瓷和部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷。穩(wěn)定氧化鋯陶瓷以m-ZrO₂為主，可以在常溫下穩(wěn)定存在。但是氧化鋯制品的生產(chǎn)過程往往都有一個從高溫到室溫的冷卻過程，在這一過程中會發(fā)生t-ZrO₂到m-ZrO₂的相變，相變引起體積變化從而產(chǎn)生裂紋，甚至碎裂，因此工程意義不大。

部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷是在氧化鋯中添加適量的穩(wěn)定劑，置換其中的鋯離子，從而形成置換型固溶體，阻礙t-ZrO₂向m-ZrO₂的轉(zhuǎn)變，使t-ZrO₂和c-ZrO₂在室溫下保持亞穩(wěn)定狀態(tài)。常見的穩(wěn)定劑有氧化釔(Y2O₃)、氧化鎂(MgO)、氧化鈰(CeO₂)、氧化鈣(CaO)等稀土或堿土氧化物。Y-TZP陶瓷就是以Y2O₃作為穩(wěn)定劑的四方氧化鋯多晶體。這種材料是由非常細小的晶粒組成，力學(xué)性能是迄今為止各類氧化物陶瓷中最高的。Y2O₃摩爾分數(shù)一般以2%～3%為宜，并均勻分布，這也是通常所說的2Y-TZP和3Y-TZP，也是被廣泛應(yīng)用的氧化鋯陶瓷，牙科和人工關(guān)節(jié)等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用的就是3Y-TZP。因為穩(wěn)定劑的作用，部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷中存在大量的t-ZrO₂。這些t-ZrO₂在一定的條件下可以發(fā)生向m-ZrO2的相變。

純氧化鋯在950℃發(fā)生t-ZrO₂到m-ZrO₂的相變。而2Y-TZP和3Y-TZP這些常用的氧化鋯陶瓷發(fā)生t-ZrO₂到m-ZrO₂的相變的溫度，一般不超過400℃。因為氧化鋯陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)比較低，分到的切削熱比較少，所以要達到相變的溫度，必須要高速切削才能產(chǎn)生足夠的切削熱。

氧化鋯相變增韌：從t-ZrO₂到m-ZrO₂的逆向轉(zhuǎn)變過程屬于馬氏體轉(zhuǎn)變，伴隨著大約8%的剪切應(yīng)變和3%～5%的體積膨脹。氧化鋯相變增韌正是基于這一效應(yīng)來增加氧化鋯陶瓷的韌性，其機理主要分為應(yīng)力誘導(dǎo)相變增韌和微裂紋增韌。氧化鋯陶瓷韌性的增加和硬度的降低有利于切削加工，降低刀具磨損。

關(guān)于導(dǎo)熱系數(shù)：

PCD刀具導(dǎo)熱系數(shù)為700w/m.k左右；CBN的耐熱性可達1400～1500℃， CBN材料的導(dǎo)熱系數(shù)低于金剛石但大大高于硬質(zhì)合金；PCBN導(dǎo)熱系數(shù) 82w/m.k；氧化鋯陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)2.7w/m.k。

通過上述導(dǎo)熱系數(shù)可知，采用PCD刀具對氧化鋯陶瓷進行切削，熱量很容易通過PCD刀具傳導(dǎo)，而氧化鋯陶瓷的切削區(qū)不會有熱量集聚，從而氧化鋯陶瓷的切削區(qū)的溫度達不到相變溫度，這樣PCD刀具切削的是四方相晶體結(jié)構(gòu)氧化鋯陶瓷，刀具容易磨損；而采用PCBN刀具對氧化鋯陶瓷進行切削，熱量相對不容易通過PCBN刀具傳導(dǎo)，而氧化鋯陶瓷的切削區(qū)便會有熱量集聚，進而氧化鋯陶瓷的切削區(qū)的溫度容易達到相變溫度，這樣PCBN刀具切削的是由四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕嗑w結(jié)構(gòu)的氧化鋯陶瓷，刀具不容易磨損。

以上依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定技術(shù)性范圍。