[发明专利]反应烧结碳化硅表面残留物的磨料水射流选择性去除方法

说明书

本发明公开了一种反应烧结碳化硅表面残留物的磨料水射流选择性去除方法，属于碳化硅陶瓷素坯表面处理技术领域，其在一定的加工参数下，对碳化硅陶瓷素坯进行磨料水射流铣削，其中，所述的加工参数满足的条件是：磨料水射流的射流能量仅仅铣削掉硅而不足以去除碳化硅。本发明解决了现有技术中，依靠人工打磨反应烧结碳化硅表面残留物的耗费人力物力、加工效率低且工作环境恶劣等问题。本发明采用磨料水射流对反应烧结而成的碳化硅陶瓷素坯进行铣削加工，可以有效去除陶瓷表面残留的硅凸起，且对碳化硅陶瓷没有损伤。故本发明属于一种选择性表面处理技术。

技术领域

本发明属于碳化硅陶瓷素坯表面预处理技术领域，具体涉及一种选择性去除反应烧结碳化硅表面残留物的加工方法。

背景技术

碳化硅陶瓷不仅具有优良的常温力学性能，如硬度高、抗弯强度大、耐腐蚀性好、摩擦系数低等，而且其高温力学性能好。碳化硅陶瓷可以通过热压烧结、无压烧结、热等静压烧结等方法制备，其高温强度可一直维持到1600℃，是陶瓷材料中高温强度最好的材料。此外，碳化硅陶瓷具有优于其他非氧化物陶瓷的抗氧化性能。因此碳化硅陶瓷被广泛应用于石油、化工、汽车、航空航天等各种领域。尤其在航空航天方面，由于碳化硅陶瓷比刚度大，所以被认为是前景最为广阔的光学反射镜材料。

现有的生产光学级碳化硅陶瓷的主要方法是反应烧结。反应烧结是将α-SiC粉和石墨粉按比例混匀，经干压、挤压或注浆等方法制成多孔坯体，在高温下与液态硅接触，坯体中的碳与渗入的Si反应，生成β-SiC并与α-SiC相结合，游离硅填充了气孔，从而得到高致密性的陶瓷材料。经反应烧结而成的碳化硅陶瓷素坯表面，不可避免地会存在一些表面残留物。这些表面残留物的主要成分是硅，以不规则的凸起物的形态粘结在碳化硅陶瓷素坯表面，对碳化硅陶瓷的进一步精密检测和加工造成了很大的困难。

由于碳化硅陶瓷的脆性较大，使用传统机械加工的方法去除碳化硅表面残留物时，很可能在去除掉硅的同时对碳化硅陶瓷造成损伤。且传统的机械加工方法切削陶瓷表面残留物时会产生大量的切削热，也会对碳化硅陶瓷的性能产生影响。此外，传统的机械加工方法很难适用于各种形状的表面加工，因此尚且没有一种合适的机械加工方法可以实现碳化硅表面残留物的选择性去除。

目前去除这些凸起硅的方法主要是依靠人工打磨。人工打磨可以去除掉凸起物且避免损伤碳化硅，而且对于任何形状的表面都适用。但是对于大口径或大批量的碳化硅陶瓷，通过人工打磨的方法需要耗费大量的人力物力且存在加工效率低、工时长等问题，显然是不符合经济性的。此外，人工打磨的方法会产生很多固体粉尘，对环境造成污染且危害人体健康。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反应烧结碳化硅陶瓷表面残留物的选择性去除技术，可以在不损伤碳化硅陶瓷的情况下有效去除陶瓷表面的硅凸起，获得表面粗糙度值Ra<6.3μm的表面。

本发明具体实现方法是：碳化硅表面残留物的主要成分是硅，基于碳化硅和硅在力学性质上的显著差异，尤其是硬度相差很大，加工硅与碳化硅的难度有很大差别，加工硅所需要的磨料水射流能量远小于加工碳化硅所需能量。通过调整磨料水射流的加工参数，选用“射流能量较小”的加工参数，使磨料水射流的射流能量可以铣削掉硅而不足以去除碳化硅，即：通过调整加工参数使磨料水射流具有选择性去除的能力。

本发明的技术方案为：

反应烧结碳化硅表面残留物的磨料水射流选择性去除方法，如下：

在一定的加工参数下，对碳化硅陶瓷素坯进行磨料水射流铣削，其中，所述的加工参数满足的条件是：磨料水射流的射流能量仅仅铣削掉硅而不足以去除碳化硅。

进一步的，所述的磨料水射流是通过磨料喷嘴后混合式超高压磨料水射流加工系统控制喷嘴运动实现的，所述的喷嘴运动的路径能够覆盖整个碳化硅陶瓷表面，保证相邻路径的间隔和扫描速度恒定。