燒結(jié)氧化鋁陶瓷出現(xiàn)裂紋的原因分析

　　燒結(jié)氧化鋁陶瓷的力學(xué)性能、耐高溫性和化學(xué)穩(wěn)定性，在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，在生產(chǎn)過程中，裂紋問題時(shí)常出現(xiàn)，不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)增加生產(chǎn)成本。以下從原料、成型、燒結(jié)三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，詳細(xì)分析裂紋產(chǎn)生的原因。

　　原料環(huán)節(jié)的影響

　　原料的質(zhì)量和處理方式是導(dǎo)致陶瓷裂紋的因素。原料純度不足是常見問題，若氧化鋁粉末中含有較多雜質(zhì)，如二氧化硅、氧化鐵等，在燒結(jié)過程中會(huì)形成低熔點(diǎn)相。這些低熔點(diǎn)相在高溫下容易產(chǎn)生液相，冷卻時(shí)液相凝固收縮與陶瓷基體收縮不一致，從而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過陶瓷材料的強(qiáng)度極限時(shí)，

　　就會(huì)現(xiàn)裂紋。

　　原料粒度不均勻也會(huì)引發(fā)裂紋。如果氧化鋁粉末顆粒大小差異過大，在燒結(jié)過程中，小顆粒先發(fā)生燒結(jié)收縮，大顆粒后收縮，顆粒之間的收縮不同步會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。而且，粒度不均勻會(huì)導(dǎo)致坯體密度分布不均，在燒結(jié)時(shí)不同區(qū)域的收縮率不同，進(jìn)一步加劇應(yīng)力積累，形成裂紋。

　　此外，原料的含水率不合適同樣會(huì)造成問題。當(dāng)原料含水率過高時(shí)，成型后的坯體中存在過多水分，在干燥過程中水分蒸發(fā)過快，坯體表面與內(nèi)部產(chǎn)生較大的濕度梯度和收縮差異，容易出現(xiàn)干燥裂紋。而含水率過低則會(huì)使坯體可塑性差，成型時(shí)易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，在后續(xù)燒結(jié)過程中釋放應(yīng)力時(shí)可能引發(fā)裂紋。

　　成型環(huán)節(jié)的問題

　　成型工藝是陶瓷生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟，其操作不當(dāng)會(huì)直接導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。成型壓力不均勻是主要原因之一，在壓制成型過程中，若模具設(shè)計(jì)不合理或壓力分布不均，坯體不同部位所受壓力不同，會(huì)導(dǎo)致坯體密度不均勻。密度低的區(qū)域在燒結(jié)時(shí)收縮量大，密度高的區(qū)域收縮量小，這種收縮差異會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生裂紋。

　　成型壓力過大或過小也會(huì)帶來不良影響。壓力過大時(shí)，坯體內(nèi)部顆粒間的空氣難以排出，在燒結(jié)過程中空氣受熱膨脹，可能在坯體內(nèi)部形成氣泡，氣泡破裂后就會(huì)產(chǎn)生裂紋。壓力過小時(shí)，坯體致密度低，孔隙率大，燒結(jié)過程中孔隙收縮不均勻，容易在孔隙集中區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)。

　　對(duì)于注漿成型工藝，漿料性能不佳會(huì)引發(fā)裂紋。如果漿料的流動(dòng)性差、穩(wěn)定性不好，在注漿過程中坯體各部位的致密度不一致，干燥和燒結(jié)時(shí)收縮不均勻。同時(shí)，漿料中若含有較多氣泡，成型后氣泡留在坯體中，燒結(jié)時(shí)氣泡膨脹破裂形成裂紋。

　　燒結(jié)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵因素

　　燒結(jié)過程是陶瓷獲得性能的重要階段，溫度制度和氣氛控制不當(dāng)是產(chǎn)生裂紋的主要原因。升溫速度過快會(huì)使坯體內(nèi)部溫度分布不均，表面溫度升高快，先發(fā)生收縮，而內(nèi)部溫度低，收縮滯后，形成較大的溫度梯度和收縮差異，產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力超過陶瓷的抗張強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)表面裂紋或內(nèi)部裂紋。

　　燒結(jié)溫度過高或保溫時(shí)間過長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致裂紋。溫度過高會(huì)使陶瓷晶粒過度長(zhǎng)大，晶粒之間的結(jié)合力減弱，材料脆性增加，在冷卻過程中容易因收縮應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋。保溫時(shí)間過長(zhǎng)則會(huì)使晶界處的低熔點(diǎn)相過多，晶界強(qiáng)度下降，冷卻時(shí)晶界處易產(chǎn)生裂紋。

　　冷卻速度不合理是產(chǎn)生裂紋的另一個(gè)重要因素。冷卻速度過快時(shí)，陶瓷表面快速冷卻收縮，而內(nèi)部溫度較高，仍在繼續(xù)收縮，表面受到內(nèi)部的拉伸應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過材料強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生冷卻裂紋。特別是對(duì)于厚壁陶瓷制品，冷卻速度過快更容易產(chǎn)生較大的內(nèi)外溫差和收縮差異，導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)。

　　此外，燒結(jié)氣氛不當(dāng)也可能引發(fā)裂紋。在還原性氣氛中燒結(jié)含有氧化鐵等雜質(zhì)的氧化鋁陶瓷時(shí)，氧化鐵會(huì)被還原，產(chǎn)生體積變化，導(dǎo)致坯體內(nèi)部應(yīng)力增加，可能引發(fā)裂紋。同時(shí)，氣氛中若含有有害氣體，可能與陶瓷中的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生新的物質(zhì)，引起體積變化和內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生裂紋。

　　綜上所述，燒結(jié)氧化鋁陶瓷出現(xiàn)裂紋是原料、成型、燒結(jié)等多個(gè)環(huán)節(jié)共同作用的結(jié)果。在生產(chǎn)過程中，需嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)，提高原料質(zhì)量，優(yōu)化成型工藝，合理制定燒結(jié)制度，以減少裂紋的產(chǎn)生，提高產(chǎn)品質(zhì)量。出