氧化铝陶瓷在众多领域得到应用,但在生产和使用过程中,可能会出现变形的情况,这主要由以下几方面原因导致。
原料与配方因素
氧化铝粉纯度:如果氧化铝粉纯度不高,含有较多杂质,这些杂质可能会在陶瓷内部形成不均匀的应力分布。在后续加工和使用中,杂质处的力学性能与氧化铝基体不同,容易产生应力集中,从而导致陶瓷变形。例如,当氧化铝粉中含有铁、钛等杂质时,会影响陶瓷的烧结过程,使陶瓷内部结构不均匀,进而引发变形。
添加剂比例:为了改善氧化铝陶瓷的某些性能,通常会添加一些助熔剂或其他添加剂。然而,如果添加剂的比例不当,会改变陶瓷的烧结特性。比如,添加剂过多可能会导致陶瓷在烧结时局部液相过多,使陶瓷各部分收缩不一致,最终造成变形。
成型工艺因素
干压成型压力不均:在干压成型过程中,如果压力分布不均匀,坯体各部分受到的压力不同,那么在压制后坯体的密度就会存在差异。密度大的部分在后续烧结过程中收缩较小,而密度小的部分收缩较大,这种收缩不一致就会导致陶瓷变形。例如,模具的磨损或装料不均匀都可能引起干压成型时压力不均。
等静压成型包套问题:采用等静压成型时,若包套材料不均匀或者有破损,会使坯体在各个方向上受到的压力不一致。压力小的区域坯体密度低,压力大的区域坯体密度高,烧结时密度差异导致收缩差异,从而引发变形。
烧结工艺因素
升温速率过快:在烧结过程中,过快的升温速率会使陶瓷坯体内部温度梯度增大。坯体表面温度升高较快,而内部温度升高相对较慢,这就导致表面和内部的膨胀速度不一致。当这种膨胀差异产生的应力超过陶瓷的承受能力时,就会引起陶瓷变形。例如,对于一些大型的氧化铝陶瓷制品,如果升温速率控制不当,很容易出现变形问题。
烧结温度不均匀:如果烧结炉内温度分布不均匀,陶瓷坯体在不同位置受到的温度不同,那么各部分的烧结程度就会不一样。温度高的区域烧结程度高,收缩量大;温度低的区域烧结程度低,收缩量小,这种收缩差异必然导致陶瓷变形。
使用环境因素
高温与热冲击:当氧化铝陶瓷在高温环境下使用时,如果温度超过其承受范围,陶瓷内部的晶体结构可能会发生变化,导致力学性能下降,从而容易变形。此外,频繁的热冲击,即温度的急剧变化,会使陶瓷内部产生热应力。热应力的反复作用会使陶瓷内部结构逐渐损坏,最终引发变形。比如在一些高温窑炉中,氧化铝陶瓷内衬如果受到急冷急热的影响,就容易出现变形现象。
机械应力作用:在实际应用中,氧化铝陶瓷可能会受到各种机械应力的作用,如挤压、拉伸、弯曲等。当这些机械应力超过陶瓷的强度极限时,就会导致陶瓷变形。例如,在一些机械设备中,氧化铝陶瓷部件如果安装不当,在运行过程中受到过大的机械应力,就会发生变形。