随着电子技术的飞速发展,电子元器件的高度集成化成为必然趋势。高度集成化封装模块需要良好的散热承载系统,尤其是近年来多芯片组件技术的迅猛发展对承载线路板的散热能力提出了更高的要求。超高导热陶瓷基板以其优良的导热性和气密性,成为新一代大规模集成电路的理想封装材料。从毛坯到成品,陶瓷基板通常需要进行钻孔、切割以及开槽等二次加工,尤其是需要进行大量圆孔和异型孔加工,但陶瓷材料的硬脆特性为其加工带来了极大的困难。目前制约工程陶瓷材料广泛应用的最主要原因就是其加工成本高。据统计工程陶瓷零件的加工成本占到总成本的50%以上,对于许多精密零件,其加工成本甚至高达90%。显然,超高导热陶瓷基板的大规模应用在很大程度上取决于工程陶瓷零件加工技术的发展。超声加工由于不受工件的电、化学特性的影响,不改变工件材料理化性能,是公认的加工陶瓷等硬脆材料的有效方法。但由于现有的超声电源功率有限,提高单频超声加工系统的振幅难以实现,致使传统超声加工的效率较低,不能满足工业化生产的需求。为此,本文提出了一种工程陶瓷复频加工方法,通过对工程陶瓷复频超声加工机理进行研究,研制了工程陶瓷材料复频超声加工实验系统,实现了对工程陶瓷孔高精度、高效率的钻削加工。本文的主要研究内容和结论如下:1.通过对自由质量块的碰撞特性和工程陶瓷材料裂纹产生的临界条件进行研究,建立了工程陶瓷复频超声加工材料去除率数学模型。研究表明:在复频超声加工单元中,自由质量块起着储存和传递能量的作用,通过自由质量块的碰撞与冲击,可在传统超声加工的基础上引入低频大振幅振动,从而有效提高材料去除率。2.通过对复频超声加工单元各部件的设计计算与仿真分析,研制了工程陶瓷材料复频超声加工实验系统,并对其进行了振动频率测定和钻削性能测试。研究表明:自由质量块的引入可在原有超声频率的基础上产生多个低频振动,测得其最大频率为6754 Hz,与理论计算值基本一致,进一步验证了复频超声加工原理的可行性。3.研究了自由质量块厚度、自由质量块运动间隙和轴向静压力等工艺参数对材料去除率的影响。研究表明:自由质量块的厚度对材料去除率的影响最大,自由质量块的运动间隙次之,轴向静压力的影响最小;在其参数值分别为4.00 mm、1.80 mm和40 N的条件下,工程陶瓷复频超声加工的材料去除率与传统超声加工相比可提高8倍左右。4.设计了自由质量块捕捉装置,并研究了自由质量块捕捉时间对表面质量的影响。研究表明:随着自由质量块捕捉时间的增加,被加工孔的崩边面积逐渐减小,当捕捉时间为30 s时,被加工孔入口处的崩边面积仅占总面积的0.736%,崩边问题基本得到改善。在此基础上,进行了工程陶瓷孔双面加工,利用盲孔的导向效应,有效解决了被加工孔出口处的崩边问题,进一步改善了工程陶瓷被加工孔的表面质量。