辅助陶瓷蚀刻的超声加工

引言

陶瓷很难蚀刻。它们的化学惰性使它们非常稳定，并且通常需要热蚀刻技术来获得它们的微结构。我们介绍一项旨在简化陶瓷蚀刻过程的技术。

陶瓷有着广泛的应用，从简单的绝缘材料到非常复杂的外科植入物，如人工牙齿、骨骼、关节等。被称为高级陶瓷的新型陶瓷由于其高强度和高韧性，在内燃机、热障涂层、更坚韧的金属切削工具等方面也有大量的工程应用。所有这些陶瓷的强度和机械性能都取决于它们的微观结构。因此，对微观结构的研究对于获得任何陶瓷材料所需的性能水平是必不可少的。

实验

早期，为了进行显微观察，必须对材料进行抛光和蚀刻。蚀刻对于选择性地侵蚀和揭示晶界是必要的。因为陶瓷是化学惰性的，所以它们不容易被蚀刻剂侵蚀。通常需要热蚀刻来获得令人满意的微结构。

当前程序由于其高强度、高韧性和高蚀刻温度，氧化锆被选为“难蚀刻”陶瓷的代表。由于蚀刻剂仅化学侵蚀晶界，因此选择超声波加工在晶界上引入机械侵蚀。在超声波机器中，工件受到由超声波振动工具导向工件的研磨浆料的重复研磨作用。磨料浆体的连续作用预计会机械地侵蚀和削弱晶界，从而有利于容易的化学蚀刻。

我们从实验室获得了两个氧化钇稳定的四方氧化锆多晶样品。两个样品都用钻石磨平了轮子。样品直接用金刚石糊手工研磨并蚀刻。试样ⅰ和ⅱ在水平状态下进行超声波加工使用低碳钢工具和碳化硼浆料制造超声波机器。然后这个样品也用金刚石糊手工研磨并蚀刻。在这两种情况下，使用的蚀刻剂都是由45%氢、0、45% HNO和10%氟化氢(在聚氯乙烯烧杯中制备，用钳子夹住拭子蚀刻，因为氟化氢容易侵蚀皮肤和玻璃)。

结果和讨论

标本没有被ctchant攻击，经过超声波加工的样品二本身在室温下很容易被蚀刻。图1显示了样品二的微观结构。薄片为四方相，白色部分为单斜相 ，黑点可能是由于研磨过程中晶粒拔出或过度蚀刻造成的。

图1 超声加工和刻蚀YZTP (×250)样品i1的微观结构

总结

从上面的讨论可以清楚地看出，以前在50℃下蚀刻的氧化锆现在可以在室温下蚀刻。由于不涉及化学反应，并且由于这种技术仅产生晶界的机械弱化，很明显，如果样品经受超声波加工，任何陶瓷都可以在室温下容易地被蚀刻(通过用于热蚀刻的相同蚀刻剂)。浆料中研磨剂的比例、超声波加工时间、蚀刻剂的成分和蚀刻持续时间是可以改变的参数，以适应特定陶瓷的需要。

​

　　审核编辑：鄢梦凡