輔助陶瓷蝕刻的超聲加工

引言

陶瓷很難蝕刻。它們的化學(xué)惰性使它們非常穩(wěn)定，并且通常需要熱蝕刻技術(shù)來獲得它們的微結(jié)構(gòu)。我們介紹一項旨在簡化陶瓷蝕刻過程的技術(shù)。

陶瓷有著廣泛的應(yīng)用，從簡單的絕緣材料到非常復(fù)雜的外科植入物，如人工牙齒、骨骼、關(guān)節(jié)等。被稱為高級陶瓷的新型陶瓷由于其高強度和高韌性，在內(nèi)燃機、熱障涂層、更堅韌的金屬切削工具等方面也有大量的工程應(yīng)用。所有這些陶瓷的強度和機械性能都取決于它們的微觀結(jié)構(gòu)。因此，對微觀結(jié)構(gòu)的研究對于獲得任何陶瓷材料所需的性能水平是必不可少的。

實驗

早期，為了進(jìn)行顯微觀察，必須對材料進(jìn)行拋光和蝕刻。蝕刻對于選擇性地侵蝕和揭示晶界是必要的。因為陶瓷是化學(xué)惰性的，所以它們不容易被蝕刻劑侵蝕。通常需要熱蝕刻來獲得令人滿意的微結(jié)構(gòu)。

當(dāng)前程序由于其高強度、高韌性和高蝕刻溫度，氧化鋯被選為“難蝕刻”陶瓷的代表。由于蝕刻劑僅化學(xué)侵蝕晶界，因此選擇超聲波加工在晶界上引入機械侵蝕。在超聲波機器中，工件受到由超聲波振動工具導(dǎo)向工件的研磨漿料的重復(fù)研磨作用。磨料漿體的連續(xù)作用預(yù)計會機械地侵蝕和削弱晶界，從而有利于容易的化學(xué)蝕刻。

我們從實驗室獲得了兩個氧化釔穩(wěn)定的四方氧化鋯多晶樣品。兩個樣品都用鉆石磨平了輪子。樣品直接用金剛石糊手工研磨并蝕刻。試樣ⅰ和ⅱ在水平狀態(tài)下進(jìn)行超聲波加工使用低碳鋼工具和碳化硼漿料制造超聲波機器。然后這個樣品也用金剛石糊手工研磨并蝕刻。在這兩種情況下，使用的蝕刻劑都是由45%氫、0、45% HNO和10%氟化氫(在聚氯乙烯燒杯中制備，用鉗子夾住拭子蝕刻，因為氟化氫容易侵蝕皮膚和玻璃)。

結(jié)果和討論

標(biāo)本沒有被ctchant攻擊，經(jīng)過超聲波加工的樣品二本身在室溫下很容易被蝕刻。圖1顯示了樣品二的微觀結(jié)構(gòu)。薄片為四方相，白色部分為單斜相 ，黑點可能是由于研磨過程中晶粒拔出或過度蝕刻造成的。

圖1 超聲加工和刻蝕YZTP (×250)樣品i1的微觀結(jié)構(gòu)

總結(jié)

從上面的討論可以清楚地看出，以前在50℃下蝕刻的氧化鋯現(xiàn)在可以在室溫下蝕刻。由于不涉及化學(xué)反應(yīng)，并且由于這種技術(shù)僅產(chǎn)生晶界的機械弱化，很明顯，如果樣品經(jīng)受超聲波加工，任何陶瓷都可以在室溫下容易地被蝕刻(通過用于熱蝕刻的相同蝕刻劑)。漿料中研磨劑的比例、超聲波加工時間、蝕刻劑的成分和蝕刻持續(xù)時間是可以改變的參數(shù)，以適應(yīng)特定陶瓷的需要。

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　　審核編輯：鄢夢凡