先进的陶瓷复合材料能够承受高超音速喷气发动机和下一代燃气涡轮发动机预期的超高工作温度，但实时分析这些太空时代材料在超高温下的机械性能一直是一项挑战——直到现在。美国能源部 (DOE) 劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的研究人员开发了首个能够在超高温下实时控制负载条件下对陶瓷复合材料进行 CT 扫描的测试设备。

科学家们利用伯克利实验室的先进光源 (ALS)（X 射线和紫外光束的主要来源）研制了一套机械测试装置，用于进行 X 射线计算机显微断层扫描，该装置能够揭示在高达 1750 摄氏度的温度下负载下微裂纹损伤的扩展情况。这使工程师能够计算陶瓷复合材料在极端工作条件下发生结构或机械故障的风险，从而提高材料的性能和安全性。

“我们的原位超高温拉伸试验台与ALS 8.3.2光束线的X射线相结合，使我们能够在前所未有的温度下测量先进陶瓷材料的力学性能，”领导这项研究的伯克利实验室材料科学家Robert Ritchie说道。“这些测量结果，加上精美的3D图像和负载下损伤的定量数据，可以提供关键信息，从而准确预测陶瓷复合材料的结构完整性和安全寿命。”

Ritchie同时在伯克利实验室材料科学部和加州大学伯克利分校材料科学与工程系任职，他是这项研究的论文的通讯作者，该论文发表在《自然材料》杂志上。该论文的标题为“1600℃以上负载下材料失效事件的实时定量成像”。该论文的共同作者包括 Hrishikesh Bale、Abdel Haboub、Alastair MacDowell、James Nasiatka、Dilworth Parkinson、Brian Cox 和 David Marshall。

数千年来，粘土制成的陶瓷一直被用作建筑材料，并以其耐水、耐化学品、耐氧化以及最重要的耐热性而闻名。陶瓷可以承受足以熔化大多数金属的温度。然而，传统陶瓷也存在一个严重的缺陷——脆性。如今用于极端结构应用的先进陶瓷强度更高、韧性更强。它们采用陶瓷纤维增强，形成复合材料，其结构可模仿骨骼和贝壳等天然材料。由陶瓷复合材料制成的喷气式或涡轮燃气发动机的重量将远低于当今的发动机，并且可在更高的温度下运行。这意味着更高的燃油效率和更少的污染。

尽管陶瓷复合材料远比其粘土祖先更不易断裂，但其复杂的微观结构中仍可能形成并扩展微小裂纹，从而造成潜在的灾难性问题。

“与骨骼和贝壳一样，陶瓷复合材料通过其复杂性实现了坚固性，其多层次的混合微观结构阻碍了局部损伤的扩展，并防止了脆性材料特有的大型致命裂纹，”Ritchie 说道。“然而，成分的复杂性也带来了安全使用的复杂性。对于超高温应用中的陶瓷复合材料，尤其是在必须将环境中的腐蚀性物质排除在材料之外的情况下，即使是微米级的相对较小的裂纹也是不可接受的。”

伯克利实验室先进光源8.3.2光束线正在使用的同步加速器X射线计算机显微断层扫描原位超高温拉伸试验台示意图。

Ritchie 表示，陶瓷复合材料的定制微观结构究竟如何抑制微裂纹，是寻求最佳成分或结构的材料科学家以及必须预测失效范围的设计工程师所面临的核心问题。回答这个问题的唯一可靠方法是通过在超高温下进行的测量。

ALS Beamline 8.3.2 由 6 特斯拉超导弯曲磁体驱动，专为 X 射线计算机显微断层扫描而设计，该技术能够以约 1 微米的分辨率对固体物体进行无损 3D 成像。借助其独特的拉伸试验台，Ritchie 和他的同事可以在惰性或氧化气氛中维持原位超高温环境，同时获取样品微观结构的实时 3D 图像。在发表于《自然材料》杂志的论文中，Ritchie 和他的合著者描述了如何获取由……制成的陶瓷复合材料样品的微观结构 3D 图像。以足够的分辨率对碳化硅进行扫描，以观察微裂纹的形成和其他形式的内部损伤随载荷的变化。

“我们的测试结果提供了有关陶瓷复合材料潜在失效机制的重要信息，可用于优化其性能，”Ritchie 说道。

“通过直接、实时、非侵入式的实验观察来验证虚拟测试模型的能力，应该能够极大地增进我们的理解，并有助于促进陶瓷复合材料的技术创新。”

美国材料与试验协会 (ASTM) 将陶瓷定义为“一种具有晶体或部分晶体结构，或玻璃质的釉质或无釉质制品，该物质主要由无机非金属物质制成，要么由熔融物冷却凝固而成，要么在加热的同时或之后成型并熟化。”

“陶瓷”一词源于希腊语 κεραμικός (keramikos)，意为由热作用形成的无机非金属材料。直到上世纪中叶，最常见的陶瓷材料是传统的粘土、砖块、瓷砖、水泥和玻璃。许多陶瓷材料坚硬、多孔且易碎。近几十年来，先进陶瓷的研究和开发致力于缓解由这些特性引起的问题。摩根技术陶瓷公司在这一发展过程中发挥了重要作用，如今拥有氧化物、氮化物和碳化物陶瓷产品组合，并通过应用工程提升其关键性能，使这些材料能够广泛应用于：

高温环境
极寒（低温）环境
高腐蚀性环境
高压环境
高真空环境
高频应用
气密密封应用

以下先进陶瓷原材料：

氧化铝 (Al2O3)
氮化铝 (AlN)
硅酸铝
碳化硼 (B4C)
氮化硼 (BN)
化学气相沉积 (CVD) 碳化硅
熔融石英
可加工玻璃陶瓷
氧化镁 (MgO)
热解氮化硼 (PBN)
碳化硅 (SiC)
氮化硅 (Si3N4)
滑石
氧化锆(TZP)
氧化锆增韧氧化铝 (ZTA)

背景

陶瓷和材料领域以及相关材料技术的持续发展正在加速，每一项新技术的进步都为知识库提供了更多数据。随着新材料和新技术的不断涌现，需要设计出新的处理、成型和精加工方法，以跟上这种快速的发展速度。这种快速且加速的技术发展最突出的例子之一是电子行业，更具体地说是简单的晶体管。电子行业以及相关材料和加工技术的发展速度令人惊叹。推动这一发展的动力是微型化，以及在最小的空间内实现最高的性能。最近，一封电子邮件引用了这样的话：“如果汽车行业能够像计算机行业一样发展，那么我们驾驶的汽车每升汽油可以行驶一千公里，售价仅为25美元。” 简单晶体管的概念是20世纪最重要的电子工程成就之一。

二十世纪陶瓷技术的进步

自人类拥有概念思维以来，二十世纪是陶瓷和材料技术取得最大进步的世纪。这一时期，冶金学的广泛发展几乎带来了所有可以想象到的金属合金组合，这些合金的性能也得到了充分的了解和开发。如今，人们仍在不断追求更快、更高效、更低成本的生产技术。随着金属基体系极限的不断突破，为了跟上技术进步的步伐，我们需要能够在更高温度、更高速度下运行、更长寿命和更低维护成本的新材料。金属凭借其独特的性能：延展性好、抗拉强度高、储量丰富、化学性质简单、生产成本相对较低、易于成型和连接等，在材料发展方面占据了先锋地位。相比之下，陶瓷：性质脆，化学性质更复杂，生产需要先进的加工技术和设备，但与其他材料（例如可用作支撑结构的金属和聚合物）结合时，性能最佳。这种结合使得大型形状得以制造；航天飞机是先进材料应用的典型案例，也是先进材料性能的绝佳体现。

陶瓷技术的最新进展

直到最近30年左右，随着人们对陶瓷化学、晶体学以及在先进工程陶瓷生产方面获得更广泛知识的进步，这些材料的潜力才得以实现。本世纪的一项重大进展是Ron Garvie等人在墨尔本CSIRO的工作，他们开发了PSZ（部分稳定氧化锆）陶瓷及其相变增韧技术。这一进展改变了人们对陶瓷体系的看法。以前应用于金属的技术现在被认为适用于陶瓷体系。相变、合金化、淬火和回火技术被应用于一系列陶瓷体系。陶瓷的断裂韧性、延展性和抗冲击性得到了显著改善，陶瓷与金属之间的物理性能差距开始缩小。近年来，非氧化物陶瓷和更坚韧的陶瓷（例如氮化物陶瓷）的发展进一步缩小了这一差距。

陶瓷的特性

当今工程应用中的陶瓷可以被视为非传统的。传统陶瓷是指历史悠久且更为人熟知的类型，例如：瓷器、砖块、陶器等。新兴的陶瓷家族被称为先进陶瓷、新型陶瓷或精细陶瓷，它们采用高度精炼的材料和新的成型技术。这些“新型”或“先进”陶瓷用作工程材料时，具有多种优于金属基体系的性能。这些特性使这类新型陶瓷不仅在性能方面，而且在成本效益方面都极具吸引力。这些特性包括高耐磨性、优异的热强度、化学惰性、高加工速度（用作刀具）和尺寸稳定性。

技术陶瓷的分类

技术陶瓷也可分为三大类：

• 氧化物：氧化铝、氧化锆

• 非氧化物：碳化物、硼化物、氮化物、硅化物

• 复合材料：颗粒增强材料，氧化物和非氧化物的组合。

每一种材料都能发展出独特的性能。

氧化物陶瓷

抗氧化、化学惰性、电绝缘、导热性通常较低，氧化铝的制造工艺略微复杂且成本较低，氧化锆的制造工艺更复杂且成本较高。

非氧化物陶瓷

抗氧化性低、硬度极高、化学惰性、导热性和导电性高、制造工艺依赖能源且成本较高。

陶瓷基复合材料

韧性强、抗氧化性高低（取决于材料类型）、导热性和导电性差异大、制造工艺复杂、成本较高。

生产

与以往的传统陶瓷生产相比，技术陶瓷或工程陶瓷的生产要求更高、更复杂。必须采用高纯度材料和精确的生产方法，以确保这些先进材料在最终产品中达到所需的性能。

氧化物陶瓷

高纯度起始材料（粉末）采用矿物加工技术制备，制成精矿，然后进行进一步加工（通常为湿法化学），去除不需要的杂质并添加其他化合物，以形成所需的起始成分。这是高性能氧化物陶瓷制备过程中最重要的阶段。由于这些通常是高纯度体系，因此微量杂质可能会产生动态影响，例如少量的MgO会对氧化铝的烧结行为产生显著影响。为了形成精确控制的晶体结构，我们会采用各种热处理工艺。这些粉末通常被研磨至极细或“最终”晶体尺寸，以增强陶瓷的反应活性。我们会根据优选的成型方法（压制、挤压、注浆成型等）将增塑剂和粘合剂与这些粉末混合，以生产出“原材料”。高压和低压成型技术均可使用。将原材料成型为所需的“生坯”形状或前驱体（可根据需要进行机械加工或车削成型），然后在空气或弱还原性气氛中高温烧制，以生成致密的产品。

非氧化物陶瓷

非氧化物陶瓷的生产通常包含三个阶段：首先，制备前驱体或起始粉末；其次，将这些前驱体混合以生成所需的化合物（Ti + 2B、Si + C 等）；第三，成型和烧结最终部件。这类陶瓷的起始材料的形成和烧制需要严格控制熔炉或窑炉的条件，以确保加热过程中无氧，因为这些材料在烧制过程中很容易氧化。这类材料通常需要相当高的温度才能烧结。与氧化物陶瓷类似，需要严格控制纯度和晶体特性才能达到所需的最终陶瓷性能。

陶瓷基复合材料

这类复合材料可由以下材料组合而成：氧化物陶瓷-非氧化物陶瓷（颗粒状、片状、晶须状等）、氧化物-氧化物陶瓷、非氧化物-非氧化物陶瓷、陶瓷-聚合物等。几乎可以有无数种组合。目标是提高材料的韧性或硬度，使其更适合特定应用。这是一个相对较新的发展领域，其成分还可以包括颗粒状或基质状的金属。

烧成

新型工具陶瓷的烧成条件在温度范围和设备上都略有不同。这个主题篇幅过长，无法在此一一介绍。感兴趣的读者可以查阅大量相关文献。然而，为了帮助理解先进陶瓷烧成的基本技术，我们有必要简要介绍一些技术和条件。一般来说，这些材料的烧成温度远高于金属，通常在 1500°C 至 2400°C 甚至更高。这些温度需要非常专业的炉子和炉衬才能达到如此高的温度。有些材料需要特殊的气体环境，例如氮气或受控的炉内条件，例如真空。另一些材料则需要极高的压力才能实现致密化（热等静压）。因此，这些炉子的设计和概念都非常多样化。这些炉子的典型加热方式包括气体加热（气体加氧气、气体加加热空气）、电阻加热（金属、碳和陶瓷加热器）或电感加热（射​​频、微波）。

烧成环境

气体加热通常在常压至低压下进行。电阻加热的压力范围从真空到 200 MPa。电感加热也可以在与电阻加热相同的压力范围内进行。无论是电阻加热还是电感加热，系统都无需处理大量的点火产物。因此可以容纳。上述方法中使用的典型炉型包括箱式炉、隧道式炉、钟式炉、HIP（气体和电阻加热）、密封式（用于碳元素加热的“高压釜”密封型）、特殊密封设计（用于射频加热的水冷型）或开放式微波加热（用于小件物品）。

烧成工艺的重要性

这份简短的清单表明了先进陶瓷烧成技术的多样性。每种陶瓷类型在烧成速率、环境条件和温度方面都有其独特的要求。如果这些条件不满足，最终产品的质量，甚至最终化合物和密度的形成都将无法实现。

精加工

先进材料生产的最后阶段之一是精加工至精确的公差。这些材料可能非常坚硬，硬度接近金刚石，因此精加工可能是一个相当昂贵且缓慢的过程。精加工技术包括：激光、水射流和金刚石切割、金刚石研磨和钻孔。如果陶瓷具有导电性，则可以使用诸如电火花加工 (EDM) 等技术。由于追求硬度是主要研发目标之一，并且随着每种新开发材料的硬度不断提高，精加工相关的问题也会随之增加。数控磨削设备的开发通过最大限度地减少人工成本，降低了最终磨削的成本，然而通常需要大批量生产才能抵消此类设备的安装成本。小批量生产通常在经济上不可行。解决这个问题的一种方法是“净成形”，即以可预测或可接受的公差成形，以最大限度地减少加工。泰勒陶瓷工程公司通过引入一种名为“近净成形”的技术实现了这一目标。这项独特的澳大利亚研发技术可以加工复杂的部件，偏差低至±0.3%，从而显著节省最终加工成本。

在当今的许多应用中，某些材料的有益特性被结合起来，以增强甚至支持其他材料，从而形成混合复合材料。对于混合复合材料，每种新材料的可用性和性能特性决定了其性能。在某些情况下，必须进行现场评估测试，以确定新复合材料在实际投入使用前的长期耐久性。

设计

在设计结构、部件和设备时，需要考虑先进材料的特性。最终的设计和材料选择必须兼具成本效益、性能可靠，并且理想情况下，应该在现有技术的基础上有所改进。先前的性能知识显然是一项宝贵的资源，然而，在许多新的应用中，先前的知识可能难以获得，因此需要仔细观察和记录实验模型或工厂试验的性能特征。在这方面，材料工程师与研究团队密切合作，共同开发新概念。由于我们仍在研究相对脆性的材料，因此必须始终牢记这一点。有限元分析等新技术已被证明在这方面大有裨益。使用计算机建模可以在屏幕上创建结构，而无需昂贵的原型。

下一步如何？

先进陶瓷材料如今已广泛应用于日常应用的诸多领域。性能、使用寿命的提升、运营成本和维护成本的降低，都清晰地证明了先进陶瓷材料的优势。预期寿命已从数月延长至数年，而成本经济性仅为现有组件成本的两倍，这赋予了先进陶瓷材料巨大的优势。这些先进材料的生产过程复杂且要求严格，设备成本高昂，并且需要高度专业化和训练有素的人员。未来的陶瓷材料将充分利用多晶相组合和复合陶瓷结构的特性，即在最终化合物中共沉淀或包含具有有益特性的不同晶体结构。

未来（甚至今天），我们追求的将是将最高的键能填充到最终的陶瓷化合物中，并赋予这些键高延展性或弹性。必须超过这一键能水平才能导致失效或错位。技术和材料的快速发展也意味着，精确设计用于功能的新型化合物将被开发出来。至于这将如何实现，以及这些知识何时公开——谁也说不准！陶瓷，一种古老的材料，仍然在……新材料开发的机会。

这是一个引人入胜的探索，但这种保密性以及“黑色艺术”在许多陶瓷生产行业中的持续存在，使其更加引人入胜。

颗粒炉是一种易于使用且工艺精湛的传统木质炉灶替代品。以下是安装木质颗粒炉的注意事项和方法。

去年冬天，康涅狄格州的房主 Keith Goodrow 和 Jody Willis 开始寻找降低燃料费用的方法。Goodrow 是一名土木工程师，Willis 是一名兽医，他们每年要花费约 3000 美元购买燃油来取暖和生产热水。为了节省燃料费用，他们决定效仿一位邻居，这位邻居安装了燃烧木质颗粒（确切地说是锯末）的炉灶。

这些清洁燃烧的炉灶是双燃料战略的一部分，该战略正吸引着越来越多注重个人独立、可持续发展和节省成本的房主。与石油和天然气不同，木质颗粒通常在使用地附近生产——这减少了运输过程中的能源消耗——而且它们来自可再生资源。最引人注目的是，这些颗粒是由锯木厂的废料制成的——制造它们无需砍伐树木。

此外，还有成本优势：石油和天然气与全球体系紧密相关，而全球体系对政治动荡和墨西哥湾破坏炼油厂的飓风非常敏感，这两者都可能导致价格飙升。（宾夕法尼亚州立大学维护的在线计算器可以帮助房主比较各种燃料的成本：energy.cas.psu.edu/costcomparator.html。）联邦税收抵免也有助于提高此类炉具的吸引力。纳税人可在2009年或2010年购买并安装效率高达75%的生物质燃烧炉，并获得30%的税收抵免，最高可达1500美元。保留传统系统，房主可以规避风险——有时化石燃料可能比颗粒燃料更便宜。“我们做出这一决定是出于经济考虑，”古德罗说道。他预计，这套炉子的6000美元投资，包括安装和大量燃料采购，将在不到三年的时间内收回成本。

部件

过去的陶瓷主要具有艺术价值和家庭价值。如今的陶瓷则拥有广泛的工业应用。

电子领域期待着电子设备的微型化。陶瓷工程师将把非功能性的封装部件转变为设备的功能性组件。为了实现这一目标，新的陶瓷材料和新的加工方法将被开发出来。

光纤的发展彻底改变了通信行业。随着组件微型化，光电集成电路也将随之融入。

高温超导体将为磁悬浮车辆、廉价电力和改进的核磁共振成像 (MRI) 打开大门。随着超导体通过薄膜带在传感器和存储设备中的微型应用，超导体的应用将迎来腾飞。

汽车行业已经在一辆汽车中使用了70磅的陶瓷，他们正在寻求陶瓷领域来提供更先进的运动、气体成分、电和热变化传感器；以及用于发动机的轻质、高强度和耐高温部件。出于节能环保的考虑，陶瓷在陶瓷燃料电池、蓄电池、光伏电池和光纤能量传输方面似乎具有可行性。

除了医疗诊断仪器中的陶瓷应用外，生物陶瓷还可用于骨替代和化疗释放胶囊。随着陶瓷材料在强度、非反应性、相容性、寿命、有利于组织生长的孔隙率以及成本降低方面的改进，陶瓷器械的应用将更加广泛。

陶瓷材质泵轴

30年前，丹麦格兰富公司率先在其中央供暖循环泵中使用氧化铝陶瓷轴，成为该领域的先驱。点击放大 (171 KB) 从那时起，仅格兰富一家就已使用陶瓷轴和轴承制造了约3000万台泵，其中大部分至今仍在运行——因此，我们可以肯定地说，这些材料在此类应用中表现出色！

图中零件是由纯度为95%的氧化铝制成的泵轴，由Aegis公司供应，用于小型泵。这些泵的用途广泛，从化学品处理到加热水循环、花园池塘和喷泉泵送，甚至还可用于水族馆。图中所示的轴经过无心磨削，直径分别为3.0、4.0和8.0毫米，有些轴具有防旋转功能，有些则没有。有时，泵轴会采用同等级的陶瓷轴承，有时则采用小型塑料轴承或具有非金属接触面的Glacier型复合轴承。其他等级的氧化铝也可供应，但在大多数情况下，95%粉色等级的高强度和低成本使其成为首选。

陶瓷轴和轴承如何工作？
陶瓷轴和轴承在水或工艺流体润滑条件下工作时，其性能优于陶瓷轴承，原因并非陶瓷本身就“优良”，即低摩擦轴承材料——事实并非如此！如果泵干运转，轴承会开始发出尖啸声，最终卡住或损坏。在湿运转条件下，它们性能良好，因为陶瓷轴承和轴非常坚硬，能够研磨并分散进入轴承区域的异物，例如水垢、铁锈或沙粒。为了获得最佳运行条件、轴承的安静性和更长的使用寿命，陶瓷部件的对准度、表面光洁度、圆度和公差必须达到非常高的标准。在这种情况下，轴承以流体动力学的方式工作，一层薄薄的工艺液膜将旋转元件隔开。然而，对于像小型花园喷泉泵这样的应用，即使轴承内部表面未打磨，材料也能很好地工作。虽然不存在流体动力学作用，但表面的边界润滑足以保证相对较长的使用寿命和足够低的摩擦水平。

氧化铝陶瓷轴的特性是什么？
如前所述，氧化铝陶瓷以其极高的硬度而闻名。淬硬钢锉的硬度约为 700 HV。碳化钨钻头的硬度约为 1,400 HV。纯度为95%的氧化铝陶瓷的硬度约为1,600 HV，如果用显微硬度计测量，其内部单个晶体的硬度接近蓝宝石的2,100 HV。
氧化铝陶瓷在抗压状态下也非常坚固。“高强度”钢的抗压屈服强度略高于1,000 MPa。氧化铝陶瓷的抗压强度超过2,000 MPa！遗憾的是，我们很难设计出纯粹在抗压状态下工作的轴，因此更有用的参数是材料的抗弯强度。95%氧化铝的抗弯强度约为330 MPa，与黄铜（300 MPa）或低碳钢（385 MPa）相当，因此它被认为是一种中等强度的材料。
陶瓷的硬度很高。钢的杨氏模量为200 GPa，而氧化铝陶瓷的杨氏模量为350 GPa。这既是陶瓷的优点，也是缺点。这意味着在使用过程中，泵轴的弹性弯曲非常小，从而可以制造出非常精密的泵。但这也意味着，如果泵轴出现错位或弯曲（可能是由于其他部件精度不足），轴在达到预定程度时产生的应力会大得多，甚至可能导致失效。
然而，陶瓷和金属之间最显著的区别在于它们失效时的情况。金属的失效方式具有延展性，例如弯曲、起皱、拉伸或挤压。而陶瓷则不会，它们只会断裂。众所周知，陶瓷的抗冲击性很低，因此，重要的是泵轴的设计必须能够承受泵跌落到坚硬表面时的冲击，或者必须设计得更大尺寸，以便能够承受这种冲击。

陶瓷轴是如何制造的？
陶瓷工艺始于生产化学和物理性能符合要求的粉末。最后的生产步骤是金刚石研磨（可能还需要抛光），以达到所需的公差、几何形状和表面光洁度。在这些阶段之间是成型和烧结过程，将细小的白色粉末变成蓝宝石般坚硬的近乎网状的烧结产品。对于直径 6 毫米及以下的小型实心或管状轴，通常采用挤压成型工艺。
挤压成型时，粉末与少量水混合陶瓷粉末与合适的有机粘合剂混合，然后使用排气螺杆挤出机或间歇式活塞挤出机，通过碳化钨模具挤出成型。该工艺在室温下进行，挤出的陶瓷呈面团状，潮湿时非常易碎。干燥后，陶瓷会变硬，其性质类似于教室里的粉笔；可以使用碳化钨或金刚石刀具进行车削、铣削、钻孔或攻丝，也可以使用砂轮进行成型研磨。
对于直径较大的轴或内部带有台阶的轴，更理想的是使用等静压成型工艺。该工艺使用室温下的干粉，并通过液压将其压成圆柱形。将粉末（以及合适的有机粘合剂）送入圆柱形橡胶袋中，如果轴是管状或带有台阶孔或盲孔，则橡胶袋中可能还装有钢心轴。然后将袋子密封，并在液压油中加压，使粉末在袋子内压实，并压实到心轴上（如有心轴）。减压后，橡胶袋恢复正常形状，即可取出压坯。对于大规模生产，可使用自动等静压机，每小时可生产超过1000个压坯。压坯通常形状较为不规则，尤其是在端部附近，因此需要通过车削或成型研磨进行毛坯加工，有时还需要进行预烧以增强零件强度。
成型至近净形状后，在约1600°C的温度下进行烧结，烧结炉循环时间约为36小时。在此烧结过程中，材料的密度增加约60%，各维度收缩约20%，并最终获得其机械和化学性能。在烧结过程中，材料会变得非常塑性，这意味着除非采用特殊技术保持杆身笔直，否则杆身在烧结过程中容易弯曲。
烧结后的轴现在必须经过至少一道金刚石磨削工序，才能达到所需的精度。通常，该工序在无心贯穿式进给机床上进行，并使用尽可能长的金刚石砂轮。由于每次磨削只能去除相对较少的材料，因此需要在机床上进行多次磨削。此阶段的直径公差对于轻载产品来说可能低至±0.02毫米，而对于最佳性能来说则可能严格至5微米。轴的超精加工可能是最终工序，以将表面质量提升至抛光表面并提高轴的圆度。该材料能够实现低至0.05微米Ra的表面光洁度，但通常0.2微米Ra是所需的最精细光洁度。

陶瓷轴的成本是多少？
氧化铝粉末是一种相对便宜的材料，但制造一根成品轴所需的众多生产工序表明，原材料成本并不能准确反映最终产品的成本。成品陶瓷轴的价格范围从0.30英镑（小型、仅磨削，批量生产5万根）到几英镑（大型、高精度、小批量生产）不等。
最佳性价比体现在：

避免轴外径的直径变化。可以采用直径减小的区域或台阶，但请记住，为了提高成本效益，需要采用贯穿式无心磨削。直径减小的区域或台阶的直径公差更大，并且可能与磨削表面偏心。
尽量缩短轴的长度，使其与其功能相称。
长度公差应为±1.5%或更大，以避免端部研磨的必要性。
直径小于5毫米时，减小轴的尺寸并不一定意味着更便宜，因为小直径产品的研磨速度要慢得多。
对于等径压制产品，应尽可能多地内置内部设计特征，因为一旦模具成型，这些特征就“免费”了。
避免对防旋转平面施加严格的公差，以便可以在烧结前进行加工。
避免在较小直径的轴上指定倒角，因为研磨过程会使它们变得不平整。可以以较低的成本提供较小的滚磨半径来消除尖角。