氧化锆陶瓷出现裂痕的原因有哪些?氧化锆陶瓷出现裂痕的原因较为复杂,通常与材料本身特性、生产工艺以及使用过程等多方面因素有关,以下是一些常见原因:
原料与配方问题:杂质含量过高:如果氧化锆原料中含有较多杂质,如铁、钠、钾等,这些杂质会在陶瓷内部形成缺陷,降低陶瓷的强度和韧性,在后续的加工或使用过程中,容易引发裂痕。例如,铁杂质可能会在氧化锆陶瓷中形成局部的应力集中点,成为裂痕的起源。
配方比例不当:氧化锆陶瓷中常常会添加一些稳定剂(如氧化钇)来提高其性能。如果稳定剂的添加量不准确,会影响氧化锆的相转变过程,导致陶瓷内部产生不均匀的应力,从而产生裂痕。比如,稳定剂添加量不足,可能无法充分抑制氧化锆从四方相到单斜相的转变,在冷却过程中产生体积变化,引发裂痕。
成型工艺问题:压力不均匀:在成型过程中,如干压成型、等静压成型等,如果施加的压力不均匀,会使坯体内部密度不一致。密度较大的区域在烧结过程中收缩较小,而密度较小的区域收缩较大,这种不均匀的收缩会产生内应力,当内应力超过陶瓷的强度时,就会出现裂痕。
坯体含水量不合适:坯体中水分含量过高或过低都会影响成型质量。水分过多,在干燥过程中会产生较大的收缩,容易导致坯体开裂;水分过少,坯体的可塑性差,难以成型,且在后续的加工过程中也容易产生裂痕。
烧结工艺问题:升温速率过快:在烧结过程中,如果升温速率过快,陶瓷内部的温度梯度会较大,导致内部应力迅速增加。这种热应力可能会超过陶瓷的承受能力,从而产生裂痕。例如,在氧化锆陶瓷的烧结初期,过快的升温会使坯体表面和内部的温度差异过大,引发表面裂痕。
烧结温度过高或保温时间过长:过高的烧结温度或过长的保温时间会使氧化锆陶瓷晶粒过度长大,晶界变弱,陶瓷的强度和韧性下降。当受到外力作用或温度变化时,容易在晶界处产生裂痕并扩展。
冷却速率不当:冷却过程中,如果冷却速率过快,陶瓷内部会产生较大的热应力,尤其是在氧化锆陶瓷发生相转变的温度区间(如四方相到单斜相的转变),快速冷却会加剧体积变化,导致裂痕的产生。
加工与使用问题:机械加工损伤:在对氧化锆陶瓷进行切割、研磨、钻孔等机械加工时,如果加工参数选择不当,如切削速度过快、进给量过大,会在陶瓷表面产生微小的裂纹和损伤。这些微小裂纹在后续的使用过程中,可能会在应力作用下逐渐扩展,形成明显的裂痕。
热冲击:在使用过程中,如果氧化锆陶瓷受到急剧的温度变化,如从高温环境迅速冷却或从低温环境迅速升温,会产生热冲击。由于陶瓷的热膨胀系数较小,热冲击会导致内部产生较大的热应力,从而引发裂痕。例如,将刚从高温炉中取出的氧化锆陶瓷立即放入冷水中,就很容易产生裂痕。
外力作用:氧化锆陶瓷虽然具有较高的硬度和强度,但在受到较大的外力冲击或长期的疲劳载荷作用下,也会产生裂痕。比如,陶瓷部件在运输或安装过程中受到碰撞,或者在使用过程中承受超出其设计负荷的外力,都可能导致裂痕的出现。