本發(fā)明屬于陶瓷陣列微孔加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種預(yù)制孔位的激光復(fù)合加工陶瓷陣列微孔方法。

背景技術(shù)：

陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、耐磨損及耐腐蝕等優(yōu)異性能，已在機(jī)械、化工、電子、能源、航空航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。作為典型的硬脆材料，陶瓷加工過(guò)程中極易產(chǎn)生崩邊、微裂紋等加工缺陷，精加工的成本和費(fèi)用也很高。隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，具有陣列微孔結(jié)構(gòu)的陶瓷材料在噴墨打印機(jī)、集成電路板、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等關(guān)鍵零部件制造中發(fā)揮著不可替代的作用，其加工要求更高。

陣列微孔的加工方法眾多，但對(duì)材料的依賴(lài)性較大。就陶瓷的陣列微孔加工而言，傳統(tǒng)機(jī)械鉆孔不僅對(duì)鉆頭磨損大，而且易對(duì)工件造成不可修復(fù)的損傷，嚴(yán)重影響加工質(zhì)量，甚至造成工件報(bào)廢，效率低下；電火花加工雖然在工件與工具間無(wú)機(jī)械作用力，但陶瓷通常不導(dǎo)電，需要對(duì)其進(jìn)行改性處理，工藝復(fù)雜；超聲加工不受材料導(dǎo)電性的影響，靠磨料的超聲振動(dòng)作用去除材料，但加工效率較低，且不適宜加工深孔；激光加工不受材料硬脆特性的限制，可獲得高深徑比的陣列微孔，其非接觸性的加工方式具有無(wú)工具損耗的優(yōu)點(diǎn)，大幅提高了加工效率與精度，是加工陶瓷陣列微孔的理想方法。

激光的脈寬對(duì)材料加工質(zhì)量的影響很大，如納秒激光雖然加工效率較高，但易對(duì)材料造成燒蝕，產(chǎn)生微裂紋、重鑄層及熱影響區(qū)，皮秒與飛秒激光加工的熱效應(yīng)較小且加工質(zhì)量較好、精度高，但加工效率較低。單獨(dú)采用激光加工陶瓷陣列微孔，易受材料厚度限制而無(wú)法加工出理想的深孔，且孔的錐度難以控制，無(wú)法充分發(fā)揮激光加工的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)預(yù)制陣列孔位的方法可有效解決這一問(wèn)題。發(fā)明專(zhuān)利（cn201410730529.9）提出了一種震動(dòng)鑄造制備陣列孔金屬材料新方法，通過(guò)在支架上排布孔芯并固定到澆注型腔中，采用震動(dòng)方法澆注熔融金屬，待凝固冷卻后取出孔芯即得到陣列孔金屬件，但不適用于高溫?zé)Y(jié)制備的陶瓷材料。因此，迫切需要一種預(yù)制孔位的激光復(fù)合加工陶瓷陣列微孔方法，以高效高質(zhì)量加工陶瓷陣列微孔。

而現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，可加工的陶瓷材料厚度受限制，陶瓷微孔孔徑精度不高且錐度難以控制，陶瓷陣列微孔加工的可重復(fù)性有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有陶瓷陣列微孔加工過(guò)程中可加工的材料厚度受限、孔徑精度不高且錐度難以控制、以及陣列微孔加工的可重復(fù)性有待進(jìn)一步提高等問(wèn)題，提供一種預(yù)制孔位的激光復(fù)合加工陶瓷陣列微孔方法，該方法可高效高質(zhì)量加工陶瓷陣列微孔，不僅提高了微孔深徑比，還可控制微孔錐度，更有利于獲得高度重復(fù)性的陶瓷陣列微孔結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種預(yù)制孔位的激光復(fù)合加工陶瓷陣列微孔方法，其特征在于，具體步驟為：

s1.制備出復(fù)合陶瓷粉體；

s2.將粉體裝填入成型模具時(shí)在其中固定石墨芯，以預(yù)制陣列微孔的孔位及孔形，待陶瓷高溫?zé)Y(jié)完成后采用激光復(fù)合加工技術(shù)去除預(yù)制孔位的石墨芯，即可獲得具有陣列微孔結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。

進(jìn)一步的，步驟s1的具體加工方法為：將陶瓷粉體原料、燒結(jié)助劑按一定比例裝入球磨罐中，并加入磨介，磨料比為2:1~5:1，以乙醇或丙酮為溶劑，經(jīng)8~12小時(shí)球磨混合，得到陶瓷漿料，將它干燥、造粒后，獲得復(fù)合陶瓷粉體。

進(jìn)一步的，步驟s2的具體加工方法為：將復(fù)合陶瓷粉體裝填入成型模具，根據(jù)陣列微孔孔徑、錐度及排布特征，選取直徑0.1~1mm、錐度3°~15°及長(zhǎng)度為1~15mm的石墨芯并固定于復(fù)合陶瓷粉體中，在真空或保護(hù)氣體環(huán)境下，經(jīng)1600~1900℃高溫?zé)Y(jié)1~2h，冷卻后即獲得由石墨芯預(yù)制陣列微孔的陶瓷材料。特別的，所述的保護(hù)氣體環(huán)境為充滿(mǎn)氮?dú)饣驓鍤饣騼烧叩幕旌系臍怏w環(huán)境。

進(jìn)一步的，還包括制備成品的加工工藝步驟s3，具體為：a.將陶瓷微孔的待加工表面研磨拋光，并在乙醇或丙酮中超聲清洗15~30min；b.待表面干燥后，采用激光復(fù)合加工技術(shù)，即采用納秒激光進(jìn)行粗加工，以快速去除石墨芯軸心材料，并預(yù)留精加工余量；c.靠近陶瓷材料的石墨芯材料邊緣由皮秒/飛秒激光精加工得以去除；d.加工完成后，再次在乙醇或丙酮中超聲清洗15~30min，得到成品。

根據(jù)上述方法可高效高質(zhì)量獲得具有高度重復(fù)性的陶瓷陣列微孔結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果在于：

提供了一種預(yù)制孔位的激光復(fù)合加工陶瓷陣列微孔方法，可高效高質(zhì)量加工陶瓷陣列微孔，不僅提高了微孔深徑比，還可控制微孔錐度，更有利于獲得高度重復(fù)性的陶瓷陣列微孔結(jié)構(gòu)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明加工方法的流程框架示意圖；

圖2為本發(fā)明加工陶瓷陣列微孔的流程框架示意圖；

圖3為本發(fā)明激光復(fù)合加工陶瓷單個(gè)微孔的流程框架示意圖；

圖中：1~成型模具、2~石墨芯、3~復(fù)合陶瓷粉體、4~高溫?zé)Y(jié)后的石墨芯、5~致密化陶瓷、6~具有陣列微孔結(jié)構(gòu)的陶瓷件。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

一種預(yù)制孔位的激光復(fù)合加工陶瓷陣列微孔方法，其特征在于，具體步驟為：

s1.制備出復(fù)合陶瓷粉體；

s2.將粉體裝填入成型模具時(shí)在其中固定石墨芯，以預(yù)制陣列微孔的孔位及孔形，待陶瓷高溫?zé)Y(jié)完成后采用激光復(fù)合加工技術(shù)去除預(yù)制孔位的石墨芯，即可獲得具有陣列微孔結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。

進(jìn)一步的，步驟s1的具體加工方法為：將陶瓷粉體原料、燒結(jié)助劑按一定比例裝入球磨罐中，并加入磨介，磨料比為2:1，以乙醇為溶劑，經(jīng)8小時(shí)球磨混合，得到陶瓷漿料，將它干燥、造粒后，獲得復(fù)合陶瓷粉體。

進(jìn)一步的，步驟s2的具體加工方法為：將復(fù)合陶瓷粉體裝填入成型模具，根據(jù)陣列微孔孔徑、錐度及排布特征，選取直徑0.3mm、錐度10°及長(zhǎng)度3mm的石墨芯并固定于復(fù)合陶瓷粉體中，在真空環(huán)境下，經(jīng)1600℃高溫?zé)Y(jié)2h，冷卻后即獲得由石墨芯預(yù)制陣列微孔的陶瓷材料。

進(jìn)一步的，還包括制備成品的加工工藝步驟s3，具體為：a.將陶瓷微孔的待加工表面研磨拋光，并在乙醇或丙酮中超聲清洗15min；b.待表面干燥后，采用激光復(fù)合加工技術(shù)，即采用納秒激光進(jìn)行粗加工，以快速去除石墨芯軸心材料，并預(yù)留精加工余量；c.靠近陶瓷材料的石墨芯材料邊緣由皮秒/飛秒激光精加工得以去除；d.加工完成后，再次在乙醇中超聲清洗15min，得到成品。

根據(jù)上述方法可高效高質(zhì)量獲得具有高度重復(fù)性的陶瓷陣列微孔結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例2

一種預(yù)制孔位的激光復(fù)合加工陶瓷陣列微孔方法，其特征在于，具體步驟為：

s1.制備出復(fù)合陶瓷粉體；

s2.將粉體裝填入成型模具時(shí)在其中固定石墨芯，以預(yù)制陣列微孔的孔位及孔形，待陶瓷高溫?zé)Y(jié)完成后采用激光復(fù)合加工技術(shù)去除預(yù)制孔位的石墨芯，即可獲得具有陣列微孔結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。

進(jìn)一步的，步驟s1的具體加工方法為：將陶瓷粉體原料、燒結(jié)助劑按一定比例裝入球磨罐中，并加入磨介，磨料比為3:1，以丙酮為溶劑，經(jīng)8小時(shí)球磨混合，得到陶瓷漿料，將它干燥、造粒后，獲得復(fù)合陶瓷粉體。

進(jìn)一步的，步驟s2的具體加工方法為：將復(fù)合陶瓷粉體裝填入成型模具，根據(jù)陣列微孔孔徑、錐度及排布特征，選取直徑0.1mm、錐度5°及長(zhǎng)度5mm的石墨芯并固定于復(fù)合陶瓷粉體中，在氮?dú)猸h(huán)境下，經(jīng)1800℃高溫?zé)Y(jié)1h，冷卻后即獲得由石墨芯預(yù)制陣列微孔的陶瓷材料。

進(jìn)一步的，還包括制備成品的加工工藝步驟s3，具體為：a.將陶瓷微孔的待加工表面研磨拋光，并在乙醇或丙酮中超聲清洗30min；b.待表面干燥后，采用激光復(fù)合加工技術(shù)，即采用納秒激光進(jìn)行粗加工，以快速去除石墨芯軸心材料，并預(yù)留精加工余量；c.靠近陶瓷材料的石墨芯材料邊緣由皮秒/飛秒激光精加工得以去除；d.加工完成后，再次在丙酮中超聲清洗30min，得到成品。

根據(jù)上述方法可高效高質(zhì)量獲得具有高度重復(fù)性的陶瓷陣列微孔結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例3

一種預(yù)制孔位的激光復(fù)合加工陶瓷陣列微孔方法，其特征在于，具體步驟為：

s1.制備出復(fù)合陶瓷粉體；

s2.將粉體裝填入成型模具時(shí)在其中固定石墨芯，以預(yù)制陣列微孔的孔位及孔形，待陶瓷高溫?zé)Y(jié)完成后采用激光復(fù)合加工技術(shù)去除預(yù)制孔位的石墨芯，即可獲得具有陣列微孔結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。

進(jìn)一步的，步驟s1的具體加工方法為：將陶瓷粉體原料、燒結(jié)助劑按一定比例裝入球磨罐中，并加入磨介，磨料比為4:1，以乙醇為溶劑，經(jīng)12小時(shí)球磨混合，得到陶瓷漿料，將它干燥、造粒后，獲得復(fù)合陶瓷粉體。

進(jìn)一步的，步驟s2的具體加工方法為：將復(fù)合陶瓷粉體裝填入成型模具，根據(jù)陣列微孔孔徑、錐度及排布特征，選取直徑0.5mm、錐度10°及長(zhǎng)度7mm的石墨芯并固定于復(fù)合陶瓷粉體中，在氬氣環(huán)境下，經(jīng)1900℃高溫?zé)Y(jié)1h，冷卻后即獲得由石墨芯預(yù)制陣列微孔的陶瓷材料。

進(jìn)一步的，還包括制備成品的加工工藝步驟s3，具體為：a.將陶瓷微孔的待加工表面研磨拋光，并在乙醇或丙酮中超聲清洗20min；b.待表面干燥后，采用激光復(fù)合加工技術(shù)，即采用納秒激光進(jìn)行粗加工，以快速去除石墨芯軸心材料，并預(yù)留精加工余量；c.靠近陶瓷材料的石墨芯材料邊緣由皮秒/飛秒激光精加工得以去除；d.加工完成后，再次在乙醇中超聲清洗20min，得到成品。

根據(jù)上述方法可高效高質(zhì)量獲得具有高度重復(fù)性的陶瓷陣列微孔結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例4

一種預(yù)制孔位的激光復(fù)合加工陶瓷陣列微孔方法，其特征在于，具體步驟為：

s1.制備出復(fù)合陶瓷粉體；

s2.將粉體裝填入成型模具時(shí)在其中固定石墨芯，以預(yù)制陣列微孔的孔位及孔形，待陶瓷高溫?zé)Y(jié)完成后采用激光復(fù)合加工技術(shù)去除預(yù)制孔位的石墨芯，即可獲得具有陣列微孔結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。

進(jìn)一步的，步驟s1的具體加工方法為：將陶瓷粉體原料、燒結(jié)助劑按一定比例裝入球磨罐中，并加入磨介，磨料比為5:1，以丙酮為溶劑，經(jīng)10小時(shí)球磨混合，得到陶瓷漿料，將它干燥、造粒后，獲得復(fù)合陶瓷粉體。

進(jìn)一步的，步驟s2的具體加工方法為：將復(fù)合陶瓷粉體裝填入成型模具，根據(jù)陣列微孔孔徑、錐度及排布特征，選取直徑0.7mm、錐度5°及長(zhǎng)度7mm的石墨芯并固定于復(fù)合陶瓷粉體中，在氮?dú)夂蜌鍤饣旌蠚怏w的環(huán)境下，經(jīng)1700℃高溫?zé)Y(jié)1.5h，冷卻后即獲得由石墨芯預(yù)制陣列微孔的陶瓷材料。

進(jìn)一步的，還包括制備成品的加工工藝步驟s3，具體為：a.將陶瓷微孔的待加工表面研磨拋光，并在乙醇或丙酮中超聲清洗25min；b.待表面干燥后，采用激光復(fù)合加工技術(shù)，即采用納秒激光進(jìn)行粗加工，以快速去除石墨芯軸心材料，并預(yù)留精加工余量；c.靠近陶瓷材料的石墨芯材料邊緣由皮秒/飛秒激光精加工得以去除；d.加工完成后，再次在丙酮中超聲清洗25min，得到成品。

根據(jù)上述方法可高效高質(zhì)量獲得具有高度重復(fù)性的陶瓷陣列微孔結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例5

一種預(yù)制孔位的激光復(fù)合加工陶瓷陣列微孔方法，其特征在于，具體步驟為：

s1.制備出復(fù)合陶瓷粉體；

s2.將粉體裝填入成型模具時(shí)在其中固定石墨芯，以預(yù)制陣列微孔的孔位及孔形，待陶瓷高溫?zé)Y(jié)完成后采用激光復(fù)合加工技術(shù)去除預(yù)制孔位的石墨芯，即可獲得具有陣列微孔結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。

進(jìn)一步的，步驟s1的具體加工方法為：將陶瓷粉體原料、燒結(jié)助劑按一定比例裝入球磨罐中，并加入磨介，磨料比為2:1，以乙醇為溶劑，經(jīng)8小時(shí)球磨混合，得到陶瓷漿料，將它干燥、造粒后，獲得復(fù)合陶瓷粉體。

進(jìn)一步的，步驟s2的具體加工方法為：將復(fù)合陶瓷粉體裝填入成型模具，根據(jù)陣列微孔孔徑、錐度及排布特征，選取直徑0.1mm、錐度3°及長(zhǎng)度1mm的石墨芯并固定于復(fù)合陶瓷粉體中，在真空環(huán)境下，經(jīng)1600℃高溫?zé)Y(jié)2h，冷卻后即獲得由石墨芯預(yù)制陣列微孔的陶瓷材料。

進(jìn)一步的，還包括制備成品的加工工藝步驟s3，具體為：a.將陶瓷微孔的待加工表面研磨拋光，并在乙醇或丙酮中超聲清洗15min；b.待表面干燥后，采用激光復(fù)合加工技術(shù)，即采用納秒激光進(jìn)行粗加工，以快速去除石墨芯軸心材料，并預(yù)留精加工余量；c.靠近陶瓷材料的石墨芯材料邊緣由皮秒/飛秒激光精加工得以去除；d.加工完成后，再次在乙醇中超聲清洗15min，得到成品。

根據(jù)上述方法可高效高質(zhì)量獲得具有高度重復(fù)性的陶瓷陣列微孔結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例6

一種預(yù)制孔位的激光復(fù)合加工陶瓷陣列微孔方法，其特征在于，具體步驟為：

s1.制備出復(fù)合陶瓷粉體；

s2.將粉體裝填入成型模具時(shí)在其中固定石墨芯，以預(yù)制陣列微孔的孔位及孔形，待陶瓷高溫?zé)Y(jié)完成后采用激光復(fù)合加工技術(shù)去除預(yù)制孔位的石墨芯，即可獲得具有陣列微孔結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。

進(jìn)一步的，步驟s1的具體加工方法為：將陶瓷粉體原料、燒結(jié)助劑按一定比例裝入球磨罐中，并加入磨介，磨料比為2:1，以乙醇為溶劑，經(jīng)8小時(shí)球磨混合，得到陶瓷漿料，將它干燥、造粒后，獲得復(fù)合陶瓷粉體。

進(jìn)一步的，步驟s2的具體加工方法為：將復(fù)合陶瓷粉體裝填入成型模具，根據(jù)陣列微孔孔徑、錐度及排布特征，選取直徑1mm、錐度15°及長(zhǎng)度15mm的石墨芯并固定于復(fù)合陶瓷粉體中，在真空環(huán)境下，經(jīng)1600℃高溫?zé)Y(jié)2h，冷卻后即獲得由石墨芯預(yù)制陣列微孔的陶瓷材料。

進(jìn)一步的，還包括制備成品的加工工藝步驟s3，具體為：a.將陶瓷微孔的待加工表面研磨拋光，并在乙醇或丙酮中超聲清洗15min；b.待表面干燥后，采用激光復(fù)合加工技術(shù)，即采用納秒激光進(jìn)行粗加工，以快速去除石墨芯軸心材料，并預(yù)留精加工余量；c.靠近陶瓷材料的石墨芯材料邊緣由皮秒/飛秒激光精加工得以去除；d.加工完成后，再次在乙醇中超聲清洗15min，得到成品。

根據(jù)上述方法可高效高質(zhì)量獲得具有高度重復(fù)性的陶瓷陣列微孔結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例7

一種預(yù)制孔位的激光復(fù)合加工陶瓷陣列微孔方法，其特征在于，具體步驟為：

s1.制備出復(fù)合陶瓷粉體；

s2.將粉體裝填入成型模具時(shí)在其中固定石墨芯，以預(yù)制陣列微孔的孔位及孔形，待陶瓷高溫?zé)Y(jié)完成后采用激光復(fù)合加工技術(shù)去除預(yù)制孔位的石墨芯，即可獲得具有陣列微孔結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。

進(jìn)一步的，步驟s1的具體加工方法為：將陶瓷粉體原料、燒結(jié)助劑按一定比例裝入球磨罐中，并加入磨介，磨料比為2:1，以乙醇為溶劑，經(jīng)8小時(shí)球磨混合，得到陶瓷漿料，將它干燥、造粒后，獲得復(fù)合陶瓷粉體。

進(jìn)一步的，步驟s2的具體加工方法為：將復(fù)合陶瓷粉體裝填入成型模具，根據(jù)陣列微孔孔徑、錐度及排布特征，選取直徑0.6mm、錐度12°及長(zhǎng)度11mm的石墨芯并固定于復(fù)合陶瓷粉體中，在真空環(huán)境下，經(jīng)1600℃高溫?zé)Y(jié)2h，冷卻后即獲得由石墨芯預(yù)制陣列微孔的陶瓷材料。

進(jìn)一步的，還包括制備成品的加工工藝步驟s3，具體為：a.將陶瓷微孔的待加工表面研磨拋光，并在乙醇或丙酮中超聲清洗15min；b.待表面干燥后，采用激光復(fù)合加工技術(shù)，即采用納秒激光進(jìn)行粗加工，以快速去除石墨芯軸心材料，并預(yù)留精加工余量；c.靠近陶瓷材料的石墨芯材料邊緣由皮秒/飛秒激光精加工得以去除；d.加工完成后，再次在乙醇中超聲清洗15min，得到成品。

根據(jù)上述方法可高效高質(zhì)量獲得具有高度重復(fù)性的陶瓷陣列微孔結(jié)構(gòu)。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。需注意的是，本發(fā)明中所未詳細(xì)描述的技術(shù)特征，均可以通過(guò)任一現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。