晶体结构与脆性本质:从微观层面看,氧化铝陶瓷的晶体结构决定了其脆性。其内部原子间的化学键以离子键为主,离子键的特点是结合力较强,但缺乏像金属键那样的自由电子来缓冲外部施加的应力。当受到外力作用时,位错(晶体中的一种缺陷)难以移动,无法通过塑性变形来吸收能量,导致应力集中在局部区域。一旦应力超过材料的承受极限,就会迅速引发裂纹的产生和扩展,导致材料破碎,这是氧化铝陶瓷易碎的内在本质原因。
加工过程中的应力影响:在氧化铝陶瓷的加工过程中,如切割、钻孔、研磨等操作,如果工艺参数选择不当,容易在材料内部引入残余应力。例如,在切割时,切割速度过快或刀具磨损严重,会使材料局部受到过大的切削力,从而产生内部应力。这些残余应力在后续使用过程中,可能与外部施加的应力叠加,进一步降低材料的强度,增加易碎风险。
材料缺陷的影响:实际生产的氧化铝陶瓷不可避免地存在一些微观缺陷,如气孔、杂质颗粒、微裂纹等。这些缺陷相当于材料内部的薄弱点,在受力时,应力会在缺陷处集中,使得裂纹更容易从这些位置萌生和扩展。尤其是气孔,它不仅减少了材料的有效承载面积,还改变了材料内部的应力分布,大大降低了材料的韧性,增加了易碎性。