陶瓷加工技術：材料世界網

葉奎佑 / 工研院材化所

陶瓷材料具有優異的耐熱性、耐腐蝕性與機械強度，被廣泛應用於航空、半導體產業、醫療和機械等領域。由於陶瓷的脆性與高硬度，其加工技術相較於金屬與聚合物更具有挑戰性。本文探討陶瓷加工技術的發展歷程及分析主要加工方法，包括：傳統機械加工、雷射加工、超音波加工、電化學加工、放電加工與複合加工等，並討論其原理及應用；此外，也探討陶瓷加工技術所面臨的挑戰與未來的發展趨勢。

【內文精選】

陶瓷加工技術概述

陶瓷加工技術可大致分為傳統機械加工與現代先進加工技術。傳統方法主要包括車削、銑削與磨削，這些方法依賴金剛石或其他高硬度刀具來去除材料，適用於大規模生產與標準化製造。由於陶瓷材料硬度高且脆，傳統機械加工往往面臨高刀具磨損率與陶瓷裂紋生成的問題，影響加工品質與成本。為了解決這些問題，現代先進加工技術逐漸興起，包括雷射加工、超音波加工、放電加工與電化學加工等。

先進加工技術

1. 雷射加工(LM)

雷射加工(Laser Machining; LM)是一種非接觸式高精度加工技術，其利用高能量密度雷射束對材料表面進行局部熔化、汽化或燒蝕，以實現精密切割、雕刻與打孔(如圖六)。此技術特別適用於高硬度與脆性陶瓷材料，並廣泛應用於微加工與精密製造領域。雷射加工具有極高的靈活性，能夠精確控制加工深度與形狀，適用於製作微型電子元件、生醫植入物、光學器件與陶瓷基板，尤其適合複雜幾何形狀與微細結構的加工需求。此外，雷射加工的光束參數(如：波長、脈衝頻率與能量輸出)可根據材料特性(如：反射率、熱導率、比熱以及熔化和蒸發潛熱)進行調整，以降低熱影響區(HAZ)並減少裂紋產生。然而，此技術仍存在熱應力導致的微裂紋與材料變質問題，因此通常需搭配後處理技術，如：化學蝕刻與拋光，以提升最終產品的品質與可靠性。

圖六、雷射加工(LM)系統示意圖

複合加工技術

隨著市場對陶瓷品質的需求提升，逐漸衍伸出複合加工技術來加工不同的陶瓷材料及構型，以獲得更好的陶瓷加工品質及加工效率。也就是採用兩種或多種上述技術的組合來加工陶瓷。

1. 旋轉超音波加工(RUM)

旋轉超音波加工(Rotary UltrasonicMachining; RUM)，為將鑽石研磨與超音波加工結合的一種加工技術。如圖九所示，主要是用鑽石顆粒製成的圓形磨棒，利用冷卻液從磨棒的中心將磨削的顆粒帶離加工區域，過程中影響的參數包括：超音波振動頻率、振幅、鑽石粒度、進給速度和主軸轉速；材料去除機制是錘擊、拔出和磨蝕作用的結合 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。