在结构陶瓷的烧成过程中,适当的烧成时间是实现陶瓷致密化的关键因素。在初始阶段,随着烧成时间的增加,陶瓷粉末颗粒之间的孔隙逐渐减少。例如,在氧化铝陶瓷的烧结过程中,当温度达到一定程度后,原子开始扩散,颗粒之间的颈部逐渐长大,这一过程需要一定的时间来完成。如果烧成时间过短,颗粒之间的结合不够紧密,陶瓷的密度较低,会导致其力学性能较差,在后续的使用或加工过程中容易产生裂纹。
然而,当烧成时间过长时,晶粒会持续生长。过度的晶粒长大可能会导致晶界减少,使得陶瓷的结构变得不均匀。例如,在氧化锆陶瓷中,过长的烧成时间可能会使晶粒异常长大,形成粗大的晶粒结构。这种不均匀的结构在受到外力或温度变化等因素影响时,由于不同晶粒之间的变形不协调,容易在晶界处产生应力集中,从而引发裂纹。
烧成时间与陶瓷内部应力的产生和积累密切相关。在烧成过程中,陶瓷内部会发生一系列的物理和化学变化,如相变、收缩等。如果烧成时间不合适,这些过程可能无法均匀地进行,从而产生内部应力。以堇青石陶瓷为例,在烧成过程中有多个相变阶段,每个阶段都伴随着体积变化。如果在某个相变阶段烧成时间不足,部分区域的相变尚未完成,而其他区域已经进入下一阶段,就会导致体积变化不一致,产生内部应力。
当烧成时间过长时,陶瓷在高温下停留时间太久,热应力也会不断积累。热应力主要是由于陶瓷不同部位的温度差异或热膨胀系数不同而产生的。长时间处于高温环境会使这种温度差异和热应力的影响更加明显。例如,对于具有温度梯度的陶瓷制品,内部和外部的热膨胀不一致,长时间的烧成会加剧这种不一致性,当内部应力超过陶瓷的断裂强度时,就会产生裂纹。