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氧化鋯陶瓷件的燒結(jié)原理

日期:2025/6/16   瀏覽: 次

全瓷材料的分類(lèi)

有研究者根據(jù)材料微觀構(gòu)成中玻璃相與晶相含量的不同,將全瓷材料分為三類(lèi):

(1)長(zhǎng)石質(zhì)瓷 主要為玻璃相,由天然的長(zhǎng)石、石英、高嶺土三組分經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。長(zhǎng)石質(zhì)瓷是最早應(yīng)用于牙科的陶瓷材料,其光學(xué)性能非常接近于牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)。但由于它的機(jī)械性能較差,撓曲強(qiáng)度通常只在60~70 MPa,因此常用作瓷熔附金屬修復(fù)體 、熔附陶瓷修復(fù)體。

(2)玻璃陶瓷 同時(shí)含有玻璃相和晶相,又稱(chēng)微晶玻璃,是經(jīng)過(guò)高溫融化、成型、熱處理而制成的一類(lèi)晶相與玻璃相結(jié)合的復(fù)合材料。與非晶玻璃相比,晶體填料在玻璃相中的添加或生長(zhǎng)使玻璃基陶瓷在機(jī)械性能和光學(xué)性能上有很大的改變,如增加了熱膨脹系數(shù)和韌性,改變了材料的顏色、乳光性和透明度。

(3)多晶陶瓷 是一種由晶體直接燒結(jié)成的,不含玻璃相、氣相的致密陶瓷材料,擁有很高的強(qiáng)度和硬度,運(yùn)用CAD/CAM 設(shè)備進(jìn)行加工。這類(lèi)材料因?yàn)槿狈ΣA,通常透明度很低,需要飾以飾面瓷?/span>[1]

玻璃相為主的玻璃陶瓷具有良好的美學(xué)性能,隨著晶體數(shù)量的增加,其強(qiáng)度越來(lái)越高,但透明性變差。


圖1 常見(jiàn)口腔陶瓷材料的結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能比較

(源自參考文獻(xiàn)1)

該種分類(lèi)方法暗示了陶瓷成分與適應(yīng)癥的關(guān)系。然而,隨著當(dāng)前多晶陶瓷微結(jié)構(gòu)的發(fā)展,更多的更多的半透明氧化鋯和更堅(jiān)固透明性下降的玻璃陶瓷的問(wèn)世對(duì)該概念提出了挑戰(zhàn)。工業(yè)中陶瓷技術(shù)的根本發(fā)展:這些材料的制造過(guò)程已經(jīng)從天然成分(即長(zhǎng)石)轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣商沾伞?/span>


圖2 全瓷材料和類(lèi)陶瓷材料的分類(lèi)


氧化鋯陶瓷件具有熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高、硬度大、常溫下為絕緣體、而高溫下則具有導(dǎo)電性等優(yōu)良性質(zhì)。氧化鋯陶瓷件有3中晶型,屬于多晶相轉(zhuǎn)化物。穩(wěn)定的低溫相為單斜相;高于1000°時(shí),四方相逐漸形成;高于2370°時(shí),轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄。具有高硬度,高?qiáng)度,高韌性,極高的耐磨性及耐化學(xué)腐蝕性等等優(yōu)良的物化性能。已經(jīng)在耐火材料、機(jī)械、電子、光學(xué)、航空航天、生物、化學(xué)等等各種領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。

將顆粒狀氧化鋁陶瓷坯體致密化并形成固體材料的技術(shù)方法叫燒結(jié)。燒結(jié)即將坯體內(nèi)顆粒間空洞排除,將少量氣體及雜質(zhì)有機(jī)物排除,使顆粒之間相互生長(zhǎng)結(jié)合,形成新的物質(zhì)的方法。燒成使用的加熱裝置最廣泛使用電爐。除了常壓燒結(jié)即無(wú)壓燒結(jié)外,還有熱壓燒結(jié)及熱等靜壓燒結(jié)等。連續(xù)熱壓燒結(jié)雖然提高產(chǎn)量,但設(shè)備和模具費(fèi)用太高,此外由于屬軸向受熱,制品長(zhǎng)度受到限制。熱等靜壓燒成采用高溫高壓氣體作壓力傳遞介質(zhì),具有各向均勻受熱之優(yōu)點(diǎn),很適合形狀復(fù)雜制品的燒結(jié)。由于結(jié)構(gòu)均勻,材料性能比冷壓燒結(jié)提高30~50%。比一般熱壓燒結(jié)提高10-15%。因此,一些高附加值氧化鋯陶瓷或國(guó)防軍工需用的特殊零部件、如陶瓷軸承、反射鏡、核燃料及槍管等制品、場(chǎng)采用熱等靜壓燒成方法。

有些氧化鋯陶瓷件在完成燒結(jié)后,尚需進(jìn)行精加工。如可用作人工骨的制品要求表面有很高的光潔度、如鏡面一樣,以增加潤(rùn)滑性。由于氧化鋯陶瓷硬度較高,需用更硬的研磨拋光磚材料對(duì)其作精加工。如SIC、B4C或金剛鉆等。通常采用由粗到細(xì)磨料逐級(jí)磨削,最終表面拋光。一般可采用<1μm微米的Al203微粉或金剛鉆膏進(jìn)行研磨拋光。此外激光加工及超聲波加工研磨及拋光的方法亦可采用。

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