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耐磨陶瓷的发展历史

作者:山东合创明业精细陶瓷有限公司 浏览: 发表时间:2022-07-30 15:25:47

氧化铝陶瓷材料具有高硬度、耐高温、耐腐蚀、耐磨等金属材料难以比拟的优点。其原料种类繁多,价格低廉,是碳化硅、氮化硅、氧化锆等其他陶瓷材料所无法比拟的,是一种开发较早、成本较低、应用最广泛的陶瓷材料。它在航空航天、航空、发动机耐磨件、刀具等领域具有非常诱人的应用前景,是航空航天、航天能源、冶金等领域的关键技术和首选材料。然而,Al2O3陶瓷材料的化学键是离子键。它具有很强的方向性和高节能性,使得塑性变形困难、脆性和裂纹敏感。氧化铝陶瓷材料的脆性极大地限制了该材料的推广应用。

因此,必须采取一定措施尽可能细化陶瓷晶体的微观结构,其中最重要的是尽可能细化晶粒,这将大大提高陶瓷材料的断裂韧性。陶瓷是一种脆性材料,其大部分断裂发生在晶界。当晶粒尺寸较小时,晶界占很大比例。当沿晶界破坏时,裂纹扩展路径变得曲折。晶粒越细,路径越长,所需能量越大,断裂韧性越高。此外,烧结体中缺陷(裂纹)的初始尺寸与晶粒尺寸相同。当晶粒细化时,缺陷(裂纹)的初始尺寸相应较小,其断裂韧性值较高。可以看出,晶粒尺寸对断裂韧性有很大影响。我们应该在保证细粒度的同时提高密度。精细结晶是保证陶瓷材料断裂韧性的关键。

在基本了解了Al2O3材料的强韧性机理后,为了降低Al2O3基陶瓷材料的脆性,除了采用先进的制备技术外,还研究了多种增韧方法。采用SiC晶须增韧、纤维增韧、ZrO2相变增韧、颗粒分散增韧和纳米材料,可以达到良好的增韧效果,但存在不同程度的缺陷,晶须增容难以解决晶须的毒性及其在基体中的均匀分布;当晶须材料过高时,陶瓷材料的致密化将变得困难。为了达到良好的纤维增韧效果,纤维必须充分浸渍在基体中并均匀分布,但这在过程中难以实现,且纤维增韧的质量难以控制。ZrO2在应力作用下产生马氏体相变增韧,其增韧效果随温度的升高而急剧下降。颗粒的增韧效果与Al2O3相界面之间的结合强度密切相关,但颗粒增韧的结果往往会降低陶瓷材料的硬度和强度,导致材料的介电稳定性和热稳定性下降,因此颗粒增韧效果非常有限。

纳米ZrO2(3Y)前驱体可以有效阻止Al2O3晶粒的异常长大,获得晶粒细小的陶瓷材料。断裂韧性的提高来自密度的增加、晶粒细化和纳米ZrO2残余应力场增韧。

这就是一个不断研发的过程;和创造,形成了耐磨陶瓷产品在今天的市场上普遍使用。



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