氧化锆陶瓷件是一种用途广泛的陶瓷,因为其优越的性能,在现代社会的应用已经越来越广泛,满足于日用和特殊性能的需要。氧化锆陶瓷件一般可采用<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。
陶瓷的增韧机理
氧化锆陶瓷是一种同样具有高硬度、高熔点和化学稳定性的金属氧化物陶瓷,常温下纯氧化锆以Zm单斜相存在,可随温度分别升高至1170℃和2376℃时转变为Zt四方相和Zc立方相。Zt四方相氧化锆会在应力诱导作用下转变为Zm单斜相,并伴随约5%的体积膨胀。
图 氧化锆晶体结构及其相变,来源网络
在氧化铝基体中掺杂一定比例的氧化锆,可以通过抑制裂纹沿晶扩展,抑制氧化铝烧结晶粒长大和氧化锆相变增韧的作用有效提高材料的韧性。ZTA陶瓷的增韧机制一般认为有应力诱导相变、微裂纹增韧、弥散增韧、压缩表面韧化等,其韧性提高是几种增韧方式的共同作用结果。
1)应力诱导相变
应力诱导相变增韧是利用应力诱导四方ZrO2马氏体相变来改变陶瓷材料的韧性。ZrO2在室温下为单斜晶系,当温度达到1170℃时,由单斜晶系转化为亚稳态的四方晶型,在应力作用下,亚稳态的四方晶型ZrO2可诱发相变重新转化为单斜晶型。当ZrO2颗粒的尺寸足够小,在室温时,ZrO2仍保持四方相,当受到外应力时,裂纹尖端前部区域的四方ZrO2发生相变,吸收能力,引起体积膨胀,阻止裂纹扩展。
2)微裂纹增韧
在一定条件下,相变引发体积膨胀在基体中引起均匀分散又不互相连接的微裂纹,增加材料的断裂表面能,吸收主裂纹扩展的能力,达到增加断裂韧性的效果。
3)弥散增韧
不改变裂纹尺寸的情况下,添加四方氧化锆和立方氧化锆的氧化铝,使得裂纹扩展路径曲折、分叉,吸收更多能量,断裂韧性有所提高。
4)压缩表面韧化
研磨相变韧化ZrO2的表面,可以使表面层的四方相ZrO2颗粒转变为单斜相,并产生体积膨胀,形成压缩表面层,抵消一部分外加拉应力,从而强化陶瓷。
氧化锆陶瓷件是一种以氧化铝为主体的陶瓷材料,用于厚膜集成电路。有较好的传导性、机械强度和耐高温性。需要注意的是需用超声波进行洗涤。
有些陶瓷件材料在完成烧结后,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。
由于瓷件材料硬度较高,需用更硬的研磨抛光砖材料对其作精加工。通常采用由粗到细磨料逐级磨削,最终表面抛光。
氧化锆陶瓷件领先于其他企业的优势:
1、高硬度,高韧性,高抗弯强度,密度5.95-6.05 g/cm3之间,在四种常用于制作陶瓷球体材料(Si3N4,SiC,Al2O3,ZrO2)中,氧化锆陶瓷件的韧性最高,8MPa·m1/2以上。
2、高耐磨性,摩擦系数低,耐磨性是氧化铝陶瓷的15倍,磨擦系数仅为氧化铝陶瓷的1/2 ,经研磨加工后,表面光洁度更高,可达▽9以上,呈镜面状,极光滑,摩擦系数更小。
3、绝缘性好,耐腐蚀性强,无静电,耐高温,隔热性能优异,热膨胀系数接近于钢。
4、具有自润滑性,可以解决润滑介质造成的污染和添加不便。