氧化鋯結構陶瓷生產工藝簡介

　　氧化鋯以其優異的高溫物理和力學性能而得到廣泛應用，尤其被用于苛刻條件下使用的關鍵部件。由于氧化鋯的導熱性能低、熱膨脹系數大，因此氧化鋯制品的熱穩定性較差。但采用部分穩定氧化鋯原料制得的制品晶型組成的氧化鋯原料制得的陶瓷制品的熱穩定性最好。因此制造氧化鋯結構陶瓷往往采用部分穩定氧化鋯原料而不是全穩定氧化鋯原料。生產氧化鋯結構陶瓷一般用3mo1％Y203穩定的氧化鋯超細粉。下面從成型和燒成兩方面論述一下氧化鋯結構陶瓷生產工藝。

　　一、成型

　　氧化鋯結構陶瓷的成型方法目前用得較多的有三種：熱壓鑄成型、干壓成型和等靜壓成型。

　　1、熱壓鑄成型

　　對于氧化鋯結構陶瓷小型產品或形狀復雜的產品。一般采用熱壓鑄成型方法。該成型方法比較簡單，特別適宜于生產批量大或形狀復雜的中小型產品。但氧化鋯熱壓鑄產品排蠟時易出現開裂、變形等缺陷，這是因為氧化鋯陶瓷料漿顆粒粒徑較小，粉料比表面積大，調制熱壓鑄漿料時，石蠟及油酸的加人量要明顯高于其它陶瓷制品，從而造成坯體收縮大，排蠟時易出現開裂、變形等缺陷。因此調試漿料時，要掌握好石蠟及油酸的加入量和加人方式，設計合理的排蠟燒成曲線及其它相關工藝參數，可以避免上述缺陷的出現。

　　2、干壓成型

　　對形狀簡單、適于干壓成型的中小型氧化鋯陶瓷產品常采用干壓方法成型。氧化鋯陶瓷干壓時出現的常見問題是產品分層，這是因為氧化鋯超細粉造粒料的顆粒很細，因而顆粒輕、流動性差，干壓成型時容易出現分層現象。從生產實踐中得知，產品分層與成型模具的光潔度和配合情況、成型壓力、加壓方式、加壓速度和保壓時間、脫模方式、脫模速度均有關系，下面就上述幾方面因素對干壓成型的影響分述如下：

　　A、模具的光潔度和配合情況

　　干壓成型對模具質量要求較高，首先要求模具硬度達到一定的要求。由于氧化鋯穩定料的顆粒很細，流動性差，因而對模具的光潔度要求很高，若光潔度達不到要求，則干壓時影響料的流動，從而導致分層的出現。同時，若模具配合不好，間隙大，則由于氧化鋯粉料顆粒細，壓制時粉料會從模具間隙中流出，從而造成模具四周的粉料少，這樣壓制時四周就不能壓實，從而會因壓力傳遞不一致而出現分層，故對模具的配合要求較高。

　　B、成型壓力

　　成型壓力在氧化鋯干壓成型過程中是較關鍵的，壓力太小和太大都不能壓制出理想的坯體。壓力太小，則燒后產品的密度小，產品收縮大，坯體壓實程度不夠容易出現分層；而壓力太大，坯體也容易出現裂紋、分層和脫模困難等現象。合適的成型壓力需要通過生產實踐來摸索。

　　C、加壓方式

　　般干壓成型時加壓方式有兩種，一種是單面加壓，另一種是雙面加壓。當單面加壓時，則直接受壓的一端壓力大，出現明顯的壓力梯度，粉料的流動性越差，則坯體內出現的壓力差也就越大，越容易出現分層。雙面加壓時，坯體兩端直接受壓，因此兩端密度大，中間密度小，其壓力梯度的有效傳遞距離為單面加壓的一半，故坯體的密度比單面加壓要均勻得多。因此氧化鋯陶瓷干壓成型時宜采用雙面加壓的方式。

　　D、加壓速度和保壓時間

　　加壓速度和保壓時間控制不好也會造成氧化鋯坯體出現分層等缺陷。壓模下落的速度應緩慢一些，如加壓速度過快，則坯體中氣體不易排出，從而導致坯體出現分層，表面致密而中間松散，以及存在氣泡等現象。如保壓時間過短，則壓力還未傳到應有的深度時，外力就已卸掉，這樣坯體中氣體不易排出，就難以得到較為理想的坯體，會導致坯體出現分層以及存在氣泡等現象。同時保壓時間應均勻一致，否則會引起產品厚薄不均，造成廢品。

　　E、脫模方式和脫模速度

　　干壓脫模時一般采用工具將坯體從模腔中頂出，脫模速度要均勻緩慢，如不注意會引起坯體開裂。實踐表明脫模時脫模工具要平整，否則會引起坯體受力不均而造成開裂。總之，干壓成型和上述幾方面因素都有關系，要成型出理想的坯體，以上各方面都要控制好。

　　3、等靜壓成型

　　對形狀特殊和尺寸大的氧化鋯結構陶瓷，需采用等靜壓成型。等靜壓成型的坯體由于各方向所受壓力均勻相等，且壓力大，因此成型后的坯體密度高，均勻性好，燒成收縮小，不易變形、開裂、分層。該成型方法可避免干壓時易出現的分層，特別是成型較厚的氧化鋯制品，干壓時極易出現分層，而等靜壓成型則可避免，因此該成型方法是生產氧化鋯制品常用的方法。但等靜壓成型后的坯體需要加工，因此會浪費一部分原料，同時由于坯體很硬，加工比較麻煩，且加工速度要求緩慢，否則坯體易發生斷裂，生產效率不高。

　　二、燒成

　　氧化鋯在不同溫度下，存在著三種同質異形體，即立方晶系、單斜晶系和四方晶系。氧化鋯晶形的轉變溫度如下：

　　由單斜晶系轉化為四方晶系時伴有7％左右的體積變化。加熱時由單斜一氧化鋯轉變為四方一氧化鋯發生體積收縮；冷卻時由四方一氧化鋯轉變為單斜一氧化鋯發生體積膨脹，這種收縮與膨脹并不發生在同一溫度，前者約為1200ºC，后者約為1000ºC。

　　氧化鋯陶瓷的燒結溫度隨原料的制備方法、細度、添加劑種類和加入量的多少而不同，一般在1500～1650ºC之間，因此氧化鋯陶瓷沒有統一的燒成曲線，其適宜的燒成制度要通過燒成試驗能得到。氧化鋯陶瓷的燒成由于伴隨著體積的變化，很容易出現開裂，因此燒成曲線的選擇在氧化鋯陶瓷燒成過程中是非常重要的。要注意控制升溫速率，特別在其晶相轉變溫度區域內，升溫速率要放慢，對厚胎和大件制品更要注意升溫速率。在1100ºC以上降溫速率也要控制好，不能太快，否則也會出現開裂。

　　氧化鋯材料有多種優異性能，特別是具有增韌的作用，因而被作為韌性陶瓷廣泛地應用的。它具有高的韌性、高的抗彎強度、高的硬度和耐磨性等特點，更顯示出應用的廣泛性。它在機械、電子、石油、化工、航天、紡織、精密測量儀器、精密機床、生物工程和醫療器械等行業有著廣泛的應用前景。日用陶瓷刀具的日益普及，也使得氧化鋯結構陶瓷開始進軍日用陶瓷領域。氧化鋯結構陶瓷作為氧化鋯的一個重要的應用領域，目前越來越為人們所重視，行業前景光明。