氧化鋯陶瓷成型燒結(jié)變形及其機(jī)理的研究.pdf

1、陶瓷材料強(qiáng)度高、硬度高、耐腐蝕、耐高溫，因此廣泛應(yīng)用于冶金、汽車、醫(yī)療、化工、電子等各個(gè)行業(yè)。但是由于其韌性較差，難以機(jī)械加工。所以追求近凈成型一直是材料科學(xué)工作者研究的熱點(diǎn)之一。但在實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)中，陶瓷坯體發(fā)生燒結(jié)收縮各向異性是很常見(jiàn)的現(xiàn)象。以往的研究主要是針對(duì)粉體形狀、成型工藝或燒結(jié)環(huán)境對(duì)坯體尺寸精度的影響，卻很少提及試樣或坯體的外形尺寸對(duì)燒結(jié)變形的影響。為此，本文以三維的眼光看待此問(wèn)題，系統(tǒng)地研究了氧化鋯陶瓷的細(xì)棒狀試樣（準(zhǔn)一維）、

2、片狀試樣（二維）和矩形條狀及復(fù)雜形狀試樣（三維），力求深入理解坯體外形尺寸對(duì)燒結(jié)變形的影響規(guī)律，主要研究成果如下：
　　引入燒結(jié)收縮各向異性因子的概念，即燒結(jié)收縮各向異性因子M=長(zhǎng)度收縮率/直徑（或?qū)挾?、高度）收縮率，并以此來(lái)定量表征陶瓷試樣的收縮變形行為。
　　觀察準(zhǔn)一維棒狀陶瓷坯體的燒結(jié)變形行為，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)度的收縮率大于直徑的收縮率，且收縮率隨長(zhǎng)徑比的增加而單調(diào)遞增。長(zhǎng)徑比、收縮率和收縮各向異性因子之間呈線性關(guān)系，溫度越高，

3、收縮率越大，收縮各向異性因子也越大。棒狀試樣產(chǎn)生收縮各向異性的原因主要來(lái)于表面能的影響，但燒結(jié)中的致密化和球化過(guò)程也會(huì)加速收縮各向異性的出現(xiàn)。
　　對(duì)二維陶瓷流延坯體的燒結(jié)變形進(jìn)行觀察后發(fā)現(xiàn)：在盡量避免因粉末顆粒和工藝參數(shù)等因素所造成的燒結(jié)收縮各向異性的前提下，隨著片狀外形長(zhǎng)寬比的增加，其收縮各向異性的行為也越來(lái)越明顯。且實(shí)心坯片的收縮率大于含孔坯片的收縮率?？锥吹氖湛s率大于坯片的收縮率。當(dāng)直徑與邊長(zhǎng)相等時(shí)，圓孔的收縮率大于方孔的

4、收縮率?？锥丛叫?，其自身收縮率越大，這也和所受的表面張力相關(guān)。
　　針對(duì)三維矩形條試樣燒結(jié)后所出現(xiàn)的收縮各向異性，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)度方向上的收縮率最大，寬度方向上的收縮率次之，高度方向上的收縮率最小。收縮率和收縮各向異性因子均與試樣的長(zhǎng)寬比和長(zhǎng)高比呈線性關(guān)系。且燒結(jié)溫度越高，在相同的長(zhǎng)寬比和長(zhǎng)高比前提下，收縮率和收縮各向異性因子都越大。對(duì)比MSZ和YSZ兩種不同材料的收縮行為，其發(fā)生燒結(jié)收縮各向異性的趨勢(shì)一致，但由于材料自身的性質(zhì)差異，導(dǎo)致

5、收縮率和收縮各向異性因子不同。對(duì)于含孔洞的復(fù)雜形狀陶瓷開(kāi)關(guān)盒試樣，試樣整體會(huì)發(fā)生燒結(jié)收縮各向異性，長(zhǎng)度的收縮率要大于寬度和厚度的收縮率。且其內(nèi)部孔洞的收縮率要大于試樣整體的收縮率。孔徑越小，收縮率越大。表面能和表面張力是引起燒結(jié)收縮各向異性的重要原因。
　　利用圖像處理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)能有效定量描述粉體顆粒在流延漿料中的分布和排列狀態(tài)，尤其是首次利用顆粒形態(tài)比與取向角分布圖直觀地描述流延漿料中粉末顆粒排列規(guī)律。非球形微米粉末制備的流延坯