什么原因会导致氧化锆陶瓷结构件变形?氧化锆陶瓷结构件发生变形可能由原料、成型、烧结及加工等多方面原因导致,具体如下:
1.原料因素
纯度不高:若氧化锆原料中含有杂质,如其他金属氧化物等,这些杂质可能会在陶瓷内部形成不均匀的相分布,在烧结过程中,杂质会影响氧化锆的晶相转变和收缩行为,从而导致结构件变形。
粒度不均匀:原料粒度分布范围过宽,小颗粒和大颗粒在成型和烧结时的行为不同。小颗粒堆积紧密,烧结收缩相对较大;大颗粒周围则可能存在较多孔隙,烧结收缩较小,这种差异会引起内部应力不均匀,进而导致结构件变形。
添加剂问题:添加的助熔剂、稳定剂等添加剂的种类、用量或混合不均匀,都会对氧化锆陶瓷的性能产生影响。如稳定剂含量不足或分布不均,会使氧化锆在相变过程中不能得到有效稳定,从而产生不均匀的体积变化,导致结构件变形。
成型工艺因素
干压成型压力不均:在干压成型过程中,如果模具的上下模冲运动不平行,或者粉料在模具内分布不均匀,会导致不同部位受到的压力不同。压力大的区域坯体密度高,压力小的区域坯体密度低,在后续烧结时,密度差异会引起收缩不均匀,最终导致结构件变形。
注射成型缺陷:注射成型时,若注射速度过快或过慢、保压时间不合理等,会使坯体内部产生应力。如注射速度过快,物料在模具内流动不均匀,会形成内应力;保压时间不足,坯体在冷却过程中容易因收缩不一致而产生变形。
流延成型问题:流延成型中,浆料的粘度、固含量等参数不合适,会影响流延膜的均匀性和致密度。若浆料粘度太低,流延膜在干燥过程中容易发生流淌,导致厚度不均匀;固含量过低,流延膜的强度和致密度不足,在后续处理中容易变形。
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氧化锆陶瓷内部的水分、有机物等挥发速度过快,产生较大的内应力。同时,晶相转变也会因升温过快而进行得不均匀,从而导致结构件变形。
烧结温度不均匀:烧结炉内温度场分布不均匀,结构件不同部位所处的温度不同,高温区域的陶瓷收缩较大,低温区域的收缩较小,这种不均匀收缩会使结构件产生变形。
保温时间不当:保温时间过短,氧化锆陶瓷内部的晶粒生长和致密化过程不充分,会导致内部应力无法完全释放,在冷却后容易出现变形;保温时间过长,可能会使晶粒过度生长,破坏陶瓷的微观结构,也会导致结构件的力学性能下降和变形。
加工及使用因素
机械加工应力:对氧化锆陶瓷结构件进行切割、研磨、抛光等机械加工时,若加工参数选择不当,如切削速度过快、进给量过大等,会在陶瓷表面和内部产生加工应力。这些应力在后续的存放或使用过程中,可能会导致结构件发生变形。
使用环境问题:如果氧化锆陶瓷结构件在使用过程中所处的环境温度、湿度等条件变化剧烈,或者受到机械外力、热冲击等作用,也可能会引起结构件的变形。例如,在高温环境下突然冷却,陶瓷内部会产生热应力,当热应力超过陶瓷的承受能力时,就会发生变形甚至开裂。