氧化铝陶瓷作为一种重要的陶瓷材料,凭借其高硬度(可达2000HV以上)、好的耐磨性(磨损率低于10⁻⁷mm³/N·m)、高熔点(超过2050℃)和绝缘性能(介电强度>15kV/mm),广泛应用于电子集成电路基板、机械密封件、化工耐磨部件和航空航天热防护系统等工业领域。然而,在氧化铝陶瓷的烧结过程中,裂纹缺陷的产生一直是一个长期困扰生产的技术难题,据行业统计,烧结裂纹导致的废品率可达15%-30%,严重时甚至超过50%。这些裂纹不仅会显著降低陶瓷制品的机械强度(抗弯强度可下降40%以上)和可靠性,还会严重影响其使用寿命(降低50%-70%)和使用安全性,导致产品合格率下降和生产成本增加(每提高1%的废品率,成本增加2%-3%)。
烧结过程中产生的裂纹问题极其复杂,涉及材料配方(如原料纯度、颗粒级配、添加剂选择)、成型工艺(干压、等静压、注塑成型)、烧结曲线(升温速率、保温时间、冷却程序)和设备因素(炉温均匀性、气氛控制)等多方面因素。特别是在大尺寸(长度>300mm)、大重量(单重>5kg)陶瓷产品的生产过程中,基于烧结收缩(线性收缩率通常为15%-20%)的摩擦带来的开裂问题更为突出,这种开裂往往呈现贯穿性裂纹,导致产品完全报废。研究表明,氧化铝陶瓷烧结过程中的裂纹产生主要与内部应力集中(热应力可达100MPa以上)、不均匀收缩(局部差异超过2%)、晶粒异常长大(形成50μm以上的异常大晶粒)以及气氛控制不当(氧分压控制偏差>5%)等因素密切相关。这些因素相互关联、相互影响,形成复杂的因果关系网络,使得解决烧结裂纹问题需要系统性的综合方案。