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氧化锆陶瓷件的烧结原理

日期:2025/7/11   浏览: 次

全瓷材料的分类

有研究者根据材料微观构成中玻璃相与晶相含量的不同,将全瓷材料分为三类:

(1)长石质瓷 主要为玻璃相,由天然的长石、石英、高岭土三组分经高温烧结而成。长石质瓷是最早应用于牙科的陶瓷材料,其光学性能非常接近于牙釉质和牙本质。但由于它的机械性能较差,挠曲强度通常只在60~70 MPa,因此常用作瓷熔附金属修复体 、熔附陶瓷修复体。

(2)玻璃陶瓷 同时含有玻璃相和晶相,又称微晶玻璃,是经过高温融化、成型、热处理而制成的一类晶相与玻璃相结合的复合材料。与非晶玻璃相比,晶体填料在玻璃相中的添加或生长使玻璃基陶瓷在机械性能和光学性能上有很大的改变,如增加了热膨胀系数和韧性,改变了材料的颜色、乳光性和透明度。

(3)多晶陶瓷 是一种由晶体直接烧结成的,不含玻璃相、气相的致密陶瓷材料,拥有很高的强度和硬度,运用CAD/CAM 设备进行加工。这类材料因为缺乏玻璃相,通常透明度很低,需要饰以饰面瓷。[1]

玻璃相为主的玻璃陶瓷具有良好的美学性能,随着晶体数量的增加,其强度越来越高,但透明性变差。


图1 常见口腔陶瓷材料的结构与力学性能比较

(源自参考文献1)

该种分类方法暗示了陶瓷成分与适应症的关系。然而,随着当前多晶陶瓷微结构的发展,更多的更多的半透明氧化锆和更坚固透明性下降的玻璃陶瓷的问世对该概念提出了挑战。工业中陶瓷技术的根本发展:这些材料的制造过程已经从天然成分(即长石)转变为合成陶瓷。


图2 全瓷材料和类陶瓷材料的分类


氧化锆陶瓷件具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优良性质。氧化锆陶瓷件有3中晶型,属于多晶相转化物。稳定的低温相为单斜相;高于1000°时,四方相逐渐形成;高于2370°时,转变为立方晶相。具有高硬度,高强度,高韧性,极高的耐磨性及耐化学腐蚀性等等优良的物化性能。已经在耐火材料、机械、电子、光学、航空航天、生物、化学等等各种领域获得广泛的应用。

将颗粒状氧化铝陶瓷坯体致密化并形成固体材料的技术方法叫烧结。烧结即将坯体内颗粒间空洞排除,将少量气体及杂质有机物排除,使颗粒之间相互生长结合,形成新的物质的方法。烧成使用的加热装置最广泛使用电炉。除了常压烧结即无压烧结外,还有热压烧结及热等静压烧结等。连续热压烧结虽然提高产量,但设备和模具费用太高,此外由于属轴向受热,制品长度受到限制。热等静压烧成采用高温高压气体作压力传递介质,具有各向均匀受热之优点,很适合形状复杂制品的烧结。由于结构均匀,材料性能比冷压烧结提高30~50%。比一般热压烧结提高10-15%。因此,一些高附加值氧化锆陶瓷或国防军工需用的特殊零部件、如陶瓷轴承、反射镜、核燃料及枪管等制品、场采用热等静压烧成方法。

有些氧化锆陶瓷件在完成烧结后,尚需进行精加工。如可用作人工骨的制品要求表面有很高的光洁度、如镜面一样,以增加润滑性。由于氧化锆陶瓷硬度较高,需用更硬的研磨抛光砖材料对其作精加工。如SIC、B4C或金刚钻等。通常采用由粗到细磨料逐级磨削,最终表面抛光。一般可采用<1μm微米的Al203微粉或金刚钻膏进行研磨抛光。此外激光加工及超声波加工研磨及抛光的方法亦可采用。

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