高強(qiáng)度陶瓷器皿的工藝特征研究

王遠(yuǎn)旭

摘要：陶瓷材料從古至今都與人類的是息息相關(guān)，從傳統(tǒng)陶瓷的發(fā)展到如今出現(xiàn)許多特種陶瓷材料已經(jīng)有上萬(wàn)年的歷史。高強(qiáng)度陶瓷有別與傳統(tǒng)陶瓷，它具有強(qiáng)度大，不易碎的特點(diǎn)。高強(qiáng)度陶瓷材料不僅運(yùn)用在高精尖等工業(yè)，也廣泛運(yùn)用在各類日用陶瓷之中。如今的陶瓷材料技術(shù)發(fā)展對(duì)各行各業(yè)都產(chǎn)生一定影響，對(duì)陶瓷材料的研究就顯得更加重要。高強(qiáng)度陶瓷材料如今也運(yùn)用在千家萬(wàn)戶，如高強(qiáng)度陶瓷餐具，陶瓷刀具等等，高強(qiáng)度陶瓷的工藝特征等值得深入研究。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)度陶瓷;工藝;特征

中圖分類號(hào)：J527

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-5312 （2019） 30-001 9-01

主要從日用陶瓷角度來(lái)看，高強(qiáng)度陶瓷的運(yùn)用范圍，具體用途等都反應(yīng)出它需要具有更高的抗壓抗折，抗張抗沖擊，韌性高的性能。在日用陶瓷檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中（GB/T4740-1999陶瓷材料抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法GB/T4741-1999陶瓷材料抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)方法GB/T4742-1984日用陶瓷沖擊韌性測(cè)定方法GB/T4966-1985日用陶瓷抗張強(qiáng)度測(cè)定方法）也能看出高強(qiáng)度陶瓷的要求以及其需要具有的高性能特征。相較于普通的傳統(tǒng)日用瓷，市面上已出現(xiàn)了強(qiáng)化瓷，強(qiáng)化瓷的硬度，韌度，抗張抗壓性都要比普通的日用陶瓷器要高。強(qiáng)化瓷主要以高質(zhì)的瓷中加少部分的鋁、鎂、鋯等成份經(jīng)高溫?zé)苼?lái)提高其硬度，韌性，強(qiáng)度等性能。氧化鋯陶瓷也屬于高強(qiáng)度陶瓷的一種，氧化鋯陶瓷具有較大的強(qiáng)度（可達(dá)1500MPa），雖然韌性和一些金屬相比有較大差距，但相比于其他陶瓷材料，氧化鋯陶瓷在“陶瓷圈兒”算是佼佼者（1-35MPa.ml/2），而且氧化鋯陶瓷具有較大的硬度和較好的耐磨性。而從具體數(shù)據(jù)來(lái)看，氧化鋯陶瓷莫氏硬度在8.5左右，非常接近藍(lán)寶石9的莫氏硬度，而聚碳酸酯的莫氏硬度只有3.0，鋼化玻璃的莫氏硬度5.5，鋁鎂合金的莫氏硬度6.0，康寧玻璃的莫氏硬度為7。市面上的陶瓷刀具就主要以氧化鋯陶瓷刀具為主。建筑陶瓷中高強(qiáng)度瓷磚也使用廣泛，其對(duì)強(qiáng)度，硬度等性能的要求也相當(dāng)較高。高強(qiáng)度陶瓷運(yùn)用在各行各業(yè)中，對(duì)其性能要求也越來(lái)越高。

高強(qiáng)度陶瓷性能本身決定其各工藝特征方面與傳統(tǒng)陶瓷不同，泥釉料組分，成型方式，燒結(jié)方式都有其特定的要求。陶瓷材料本身具有脆弱的特點(diǎn)，為了克服這個(gè)脆弱性，其工藝特征必須突破傳統(tǒng)工藝。

早在二十世紀(jì)五十年代就開(kāi)始研究如何克服陶瓷材料脆性的缺點(diǎn)，最初是將陶瓷和耐熱金屬進(jìn)行復(fù)合，制成金屬陶瓷。但是結(jié)果在許多情況下兩者的缺點(diǎn)都表現(xiàn)出來(lái)。除一部分工具外，在其他方面并沒(méi)有取得成功。

進(jìn)入六十年代以來(lái)，人們開(kāi)始研究51、AI、B等輕元素的氮化物和碳化物，發(fā)現(xiàn)這些化合物的某些燒結(jié)體的強(qiáng)度很高。由于在各種非氧化物系化合物中Si3N、和SIC等燒結(jié)體在高強(qiáng)度下仍具有低膨脹性，有可能制得克服上述陶瓷缺點(diǎn)的材料。陶瓷這種脆性材料的強(qiáng)度和斷裂特性，受材料中的微小裂紋的影響。所以為了提高陶瓷結(jié)構(gòu)材料的可靠性，必須將這種材料中的裂紋限制到最少和最小。iS3N、和SIC等高強(qiáng)度陶瓷是粉末原料經(jīng)致密燒結(jié)而成，材料中存在的裂紋與制造工藝有密切關(guān)系。由于Si3N'和SIC等非氧化物系化合物是共價(jià)結(jié)合，構(gòu)成原子的自擴(kuò)散系數(shù)小，致密化所需的體積擴(kuò)散速度或晶間擴(kuò)散速度小，所以它們屬于難以燒結(jié)的物質(zhì)。目前已研究出各種燒結(jié)法。最初，采用熱壓法制造致密燒結(jié)體。熱壓法是在高溫下把粉末原料加壓燒結(jié)的方法。

作為高強(qiáng)度陶瓷，雖然在積極開(kāi)發(fā)碳化硅、氮化硅等，但是氧化鋯同碳化硅、氮化硅一樣都是高強(qiáng)度陶瓷，現(xiàn)在添加氧化釔穩(wěn)定化學(xué)的氧化鋯，作為敏感元件，也已工業(yè)化。氧化鋯具有陶瓷中彎曲度最高（170kg/mm2），滑動(dòng)性高，膨脹系數(shù)和金屬相近，可與鐵等接合等優(yōu)點(diǎn)。如今在許多高強(qiáng)度日用陶瓷器皿中都已運(yùn)用氧化釔化學(xué)穩(wěn)定氧化鋯來(lái)提高強(qiáng)度。在泥料中加入一定量的氧化鋁和氧化釔化學(xué)穩(wěn)定氧化鋯能夠明顯提高陶瓷的抗壓抗折抗張的性能。

陶瓷材料本身具有許多優(yōu)于金屬材料的特點(diǎn)，高強(qiáng)度只是其中一點(diǎn)，但各行業(yè)對(duì)其強(qiáng)度的性能需求相對(duì)廣泛，高強(qiáng)度陶瓷的發(fā)展前景十分可觀。無(wú)論是日用瓷，工業(yè)機(jī)械瓷，或是特征陶瓷都運(yùn)用廣泛，需求量大。如今高強(qiáng)度陶瓷的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，對(duì)其性能的要求也在不斷提高，克服陶瓷材料的脆弱性的特點(diǎn)，改進(jìn)材料特性，建立穩(wěn)定的制造技術(shù)等等是高強(qiáng)度陶瓷技術(shù)的發(fā)展方向。

高強(qiáng)度陶瓷應(yīng)用廣泛，用途廣，社會(huì)需求大，發(fā)展前景廣，以常見(jiàn)的氧化鋁氧化鋯陶瓷為例;內(nèi)微晶氧化鋁陶瓷制品從無(wú)到有，產(chǎn)業(yè)規(guī)模從小到大，產(chǎn)品質(zhì)量從低到較高，經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展的歷程;產(chǎn)業(yè)規(guī)模將迅速擴(kuò)大：微晶氧化鋁陶瓷制品作為其它行業(yè)或領(lǐng)域的基礎(chǔ)材料，受著其它行業(yè)發(fā)展水平的影響和限制。

從氧化鋁陶瓷的應(yīng)用情況看，應(yīng)用范圍越來(lái)越寬，用量越來(lái)越大，特別是在防磨工程和建筑陶瓷生產(chǎn)方面的用量增加將更為顯著。氧化鋯陶瓷具有高韌性、高抗彎強(qiáng)度和高耐磨性，優(yōu)異的隔熱性能，熱膨脹系數(shù)接近于鋼等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)陶瓷與功能陶瓷領(lǐng)域。比如切割工具、耐磨刀具、服裝紐扣，以及在熱障涂層、催化劑載體、醫(yī)療、保健、耐火材料、紡織等領(lǐng)域正得到廣泛應(yīng)用。不僅如此，高強(qiáng)度陶瓷在日用陶瓷，建筑衛(wèi)生陶瓷領(lǐng)域也得到廣泛使用，如高強(qiáng)度日用器皿瓷，高強(qiáng)度地磚瓷等等。各行各業(yè)對(duì)高強(qiáng)度陶瓷的需求量大，性能要求廣泛，高強(qiáng)度陶瓷材料技術(shù)的發(fā)展前景十分可觀。