以無機(jī)非金屬天然礦物或人造化合物為原料，經(jīng)粉碎、成形和高溫?zé)Y(jié)而制成的非金屬材料。陶瓷主要分傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷兩類。

 

　　傳統(tǒng)陶瓷以粘土（包括陶土、瓷土、高嶺土等）、石英、長(zhǎng)石等天然礦物為主要原料，經(jīng)粉碎、成形和燒結(jié)而成。因具有耐火、耐酸堿、抗氧化、電絕緣性好和易于清洗等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。常見的有：日常生活中用的陶器、瓷器；建筑工業(yè)中的琉璃瓦、瓷磚、盥洗器等;化學(xué)工業(yè)中的耐酸磚、管道、容器和過濾器等;實(shí)驗(yàn)室中的坩堝、蒸發(fā)皿；電氣工業(yè)中的絕緣子、套管、開關(guān)等。

 

　　特種陶瓷以氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、氧化鉛、氧化鈦、碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼等人造化合物為原料，采用傳統(tǒng)的或特殊的方法進(jìn)行粉碎、成形、經(jīng)高溫?zé)贫?。有的在燒成后還要進(jìn)行機(jī)械加工或極化處理，以達(dá)到對(duì)尺寸和形狀的精密要求，或使產(chǎn)品具有特定的鐵電性能等。特種陶瓷大體上可分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大類。結(jié)構(gòu)陶瓷在強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐熱性、耐蝕性等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)陶瓷。功能陶瓷具有鐵電、反鐵電、磁性、氣敏、熱敏、快離子傳導(dǎo)等特殊性能。這兩類陶瓷廣泛用于機(jī)械、化工、冶金、航空、原子能、新能源以及國(guó)防工業(yè)方面，如用氧化鋁瓷可制作高速切削刀具和耐磨零件、爐管、熱電偶保護(hù)管、高溫器皿、電絕緣和電真空器件、射出成型機(jī)的嘴、汽缸成型用模子、卡規(guī)、軸瓦、劃線臺(tái)、焊接夾具、研磨夾具、機(jī)械密封零件、需要耐磨耐蝕的化工設(shè)備等。用氮化硅瓷和碳化硅瓷制成的各種泵的端面密封環(huán)，能耐各種介質(zhì)的腐蝕，其壽命遠(yuǎn)比硬質(zhì)合金高。氮化硅和碳化硅材料作為汽車工業(yè)零件和軸承材料的研究工作正在受到越來越多的重視。氧化鋯材料作為鍋爐和汽車排氣系統(tǒng)的氧氣敏感器也很有發(fā)展前途。特種陶瓷材料最具有吸引力的用途是作為熱機(jī)材料，可大大提高熱機(jī)效率，其中最有希望的是氮化硅、碳化硅、賽隆(SIALON)和部分穩(wěn)定氧化鋯等。

 

　　陶瓷性能陶瓷是由無數(shù)無機(jī)非金屬小晶體和玻璃相所組成，在晶體內(nèi)部和晶界上常有氣孔和雜質(zhì)。陶瓷的性能在很大程度上決定于它們的顯微結(jié)構(gòu)，包括晶粒尺寸和分布，玻璃相的成分和含量，雜質(zhì)的性質(zhì)、含量和分布等。而顯微結(jié)構(gòu)又由原料、組成和制造工藝所決定。陶瓷的共同特點(diǎn)是硬度高、抗壓強(qiáng)度大、耐高溫、耐磨損、抗氧化和耐腐蝕性能好；缺點(diǎn)是質(zhì)脆、經(jīng)不起沖擊、缺乏延展性、耐急冷急熱性能較差。

 

　　手機(jī)機(jī)殼用陶瓷氧化鋯

 

　　陶瓷氧化鋯的大致制造方法是將氧化鋯（ZrO2）粉末與穩(wěn)定劑和幾塊金屬鋯混合，放入盔堝內(nèi)，盔堝外部有高頻電管和水冷系統(tǒng)，氧化鋯原料在高頻電磁波作用下，磨擦生熱而熔融，在降低功率時(shí)，熔化的溶液就結(jié)成為立方氧化鋯晶體。立方氧化鋯無色，呈金剛光澤，如加入微量的色素離子可呈現(xiàn)各種鮮艷的顏色，但色澤看上去比較柔和，因此，用它可做各種時(shí)款表件。純氧化鋯折光率為2.15，密度為5.6-6g/cm3，硬度為8.5，略有透視效應(yīng)。

 

　　由于陶瓷氧化鋯硬度高，耐腐蝕，耐高溫，具有良好的物理特性，適合制作細(xì)小復(fù)雜的零件。

 

　　合成氧化鋯的主要加工方式介紹

 

　　合成氧化鋯(也作syntheticzirconia)的加工方式主要有以下幾種

 

　　1、熔融加工(FusedProcess)

 

　　將鋯石(Zircon)與碳(Carbon)共同置于2800℃左右的電弧爐中熔煉。在這里，二氧化硅被還原為一氧化硅揮發(fā)掉，留下氧化鋯。經(jīng)過進(jìn)一步加工(有時(shí)是在自己的爐內(nèi)進(jìn)行)，則生成含二氧化硅小于0.2%的氧化鋯。這種單斜晶系的氧化鋯可直接使用或再加工成穩(wěn)定產(chǎn)品。

 

　　2、堿性加工(AlkalineProcess)

 

　　將鋯石與氫氧化鈉或氧化鈣(石灰)一起在600-1000℃加熱條件下制成硅酸鹽混合物。之后將硅酸鹽濾出，經(jīng)過烘干或焙燒，生產(chǎn)出約含二氧化硅0.10%的氧化鋯。

 

　　3、等離子加工(PlasmaProcess)

 

　　鋯石連續(xù)送入并通過一個(gè)甚高溫度(15000℃)等離子電弧反應(yīng)器，之后分裂為氧化鋯(ZrO2)和二氧化硅(SiO2)二種成分。之后采用化學(xué)加工清除大部分氧化硅，從而得到二氧化硅品位低于0.10%的氧化鋯。

 

　　4、化學(xué)沉淀法(ChemicallyPrecipitatedProcess)

 

　　經(jīng)過熱化學(xué)加工，鋯石被分解并進(jìn)入溶液。之后大量的鋯化合物可以從溶液中沉淀出來，如氯氧化鋯(zirconiumoxychloride)或氫氧化鋯(zirconiumhydroxide)。這些產(chǎn)品再經(jīng)過鍛燒從而得到純度達(dá)99.9%的二氧化鋯。

 

　　手機(jī)機(jī)殼用陶瓷氧化鋯增韌處理以及存在問題

 

　　陶瓷材料在應(yīng)用中的致命弱點(diǎn)是其脆性，因此，近年來，增韌氧化鋯陶瓷被給予了更多關(guān)注，氧化鋯增韌材料通常用于制作模具，研磨介質(zhì)，切削刀具，手機(jī)機(jī)殼等。

 

　　氧化鋯陶瓷的相變有體積變化和形狀改變，通常出現(xiàn)剪切形變。新相與舊相共用的界面保持嚴(yán)格的位相關(guān)系，在1000℃左右發(fā)生的四方單斜相變，體積膨脹率3%到7%，純度高的氧化鋯材料更加明顯，如果用此種變體來制作陶瓷，容易碎裂。因此，要考慮用于穩(wěn)定相的穩(wěn)定劑的種類與劑量的加入，由于體積膨脹產(chǎn)生裂紋，一般制造純氧化鋯燒結(jié)體是很困難的。

 

　　應(yīng)力誘導(dǎo)相變對(duì)溫度的敏感性導(dǎo)致氧化鋯的穩(wěn)定性隨溫度升高而增高，相變韌性失效，致使強(qiáng)度和韌性急劇下降，這一缺陷使得增韌氧化鋯陶瓷在高溫環(huán)境下的應(yīng)用受到限制。復(fù)合化是解決此問題的有效途徑。所選增韌相主要為高強(qiáng)度高模量的晶須，片晶，纖維以及顆粒。

 

　　其中最早嘗試的是碳化硅晶須，這類復(fù)合材料的強(qiáng)度和斷裂韌性取決于氧化鋯的穩(wěn)定程度，晶須含量和性能以及晶須和基本界面的結(jié)合強(qiáng)度。適當(dāng)控制穩(wěn)定劑Y2O3的含量，并選擇性能優(yōu)良的晶須，有效控制殘余熱應(yīng)力和界面結(jié)合力。適當(dāng)控制穩(wěn)定劑Y2O3的含量，并選擇性能優(yōu)良的晶須，有效控制殘余熱應(yīng)力和界面結(jié)合力[如在碳化硅晶須表面進(jìn)行Al203、莫來石涂層處理，可使15％(體積分?jǐn)?shù))碳化硅／TZP復(fù)合材料的室溫強(qiáng)度由無涂層的700MPa分別提高至1000MPa和1450MPa，能使復(fù)合材料中晶須補(bǔ)強(qiáng)與相變?cè)鲰g產(chǎn)生協(xié)同增韌的效果，提高增韌補(bǔ)強(qiáng)效果。

 

　　在這類復(fù)合材料中，晶須增韌主要機(jī)制為裂紋偏轉(zhuǎn)、晶須橋聯(lián)、界面解離、晶須拔出以及應(yīng)力按模量轉(zhuǎn)移等。晶須在產(chǎn)生以上增韌作用的同時(shí)，還將和相變?cè)鲰g發(fā)生協(xié)同作用，晶須的橋聯(lián)增韌和裂紋偏轉(zhuǎn)增韌將延長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度，使可相變體積分?jǐn)?shù)增大，同時(shí)相變?cè)鲰g產(chǎn)生的體積膨脹加強(qiáng)了晶須／基體界面結(jié)合，有利于載荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。

 

　　利用SiC晶須與TZP復(fù)合雖然取得了較好的效果，但由于SiC與TZP的熱失配在基體中產(chǎn)生較大的應(yīng)力．使室溫強(qiáng)度下降，加之晶須的毒性及在基體中的分散不均勻，使這種方法受到了一定的限制。

 

　　于是，人們嘗試用高強(qiáng)度、高彈性模量的剛性顆粒如SiC、Al203等用于與TZP復(fù)合。通過對(duì)20％(體積分?jǐn)?shù))碳化硅和TZP復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的研究發(fā)現(xiàn)，盡管由于SiC的較低的熱膨脹系數(shù)和較高的彈性模量降低了t—Zr0。的可相變體積分?jǐn)?shù)，削弱了相變效應(yīng)，但SiC顆粒對(duì)裂紋的偏轉(zhuǎn)效應(yīng)使材料的韌性提高。在1000℃時(shí)單相釔穩(wěn)定氧化鋯的強(qiáng)度只有室溫的13%，但碳化硅/TZP的強(qiáng)度是室溫的31%。

 

　　利用碳化硅晶須，氧化鋁片晶與TZP復(fù)合使材料的韌性的道理改善。裂紋偏轉(zhuǎn)是他們的主要增韌機(jī)制。

 

　　手機(jī)機(jī)殼氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

 

　　氧化鋯以其優(yōu)異的高溫物理和力學(xué)性能而得到廣泛應(yīng)用，尤其被用于苛刻條件下使用的關(guān)鍵部件。由于氧化鋯的導(dǎo)熱性能低、熱膨脹系數(shù)大，因此氧化鋯制品的熱穩(wěn)定性較差。但采用部分穩(wěn)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(wěn)定性最好。因此制造氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷往往采用部分穩(wěn)定氧化鋯原料而不是全穩(wěn)定氧化鋯原料。生產(chǎn)氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷一般用3mo1％y203穩(wěn)定的氧化鋯超細(xì)粉。下面從成型和燒成兩方面論述一下氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷生產(chǎn)工藝。

 

　　一、成型

 

　　氧化鋯結(jié)構(gòu)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(duì)于氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷小型產(chǎn)品或形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。一般采用熱壓鑄成型方法。該成型方法比較簡(jiǎn)單，特別適宜于生產(chǎn)批量大或形狀復(fù)雜的中小型產(chǎn)品。但氧化鋯熱壓鑄產(chǎn)品排蠟時(shí)易出現(xiàn)開裂、變形等缺陷，這是因?yàn)檠趸喬沾闪蠞{顆粒粒徑較小，粉料比表面積大，調(diào)制熱壓鑄漿料時(shí)，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(shí)易出現(xiàn)開裂、變形等缺陷。因此調(diào)試漿料時(shí)，要掌握好石蠟及油酸的加入量和加人方式，設(shè)計(jì)合理的排蠟燒成曲線及其它相關(guān)工藝參數(shù)，可以避免上述缺陷的出現(xiàn)。

 

　　2、干壓成型

 

　　對(duì)形狀簡(jiǎn)單、適于干壓成型的中小型氧化鋯陶瓷產(chǎn)品常采用干壓方法成型。氧化鋯陶瓷干壓時(shí)出現(xiàn)的常見問題是產(chǎn)品分層，這是因?yàn)檠趸喅?xì)粉造粒料的顆粒很細(xì)，因而顆粒輕、流動(dòng)性差，干壓成型時(shí)容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象。從生產(chǎn)實(shí)踐中得知，產(chǎn)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(shí)間、脫模方式、脫模速度均有關(guān)系，下面就上述幾方面因素對(duì)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(duì)模具質(zhì)量要求較高，首先要求模具硬度達(dá)到一定的要求。由于氧化鋯穩(wěn)定料的顆粒很細(xì)，流動(dòng)性差，因而對(duì)模具的光潔度要求很高，若光潔度達(dá)不到要求，則干壓時(shí)影響料的流動(dòng)，從而導(dǎo)致分層的出現(xiàn)。同時(shí)，若模具配合不好，間隙大，則由于氧化鋯粉料顆粒細(xì)，壓制時(shí)粉料會(huì)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(shí)四周就不能壓實(shí)，從而會(huì)因壓力傳遞不一致而出現(xiàn)分層，故對(duì)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(guān)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(chǎn)品的密度小，產(chǎn)品收縮大，坯體壓實(shí)程度不夠容易出現(xiàn)分層；而壓力太大，坯體也容易出現(xiàn)裂紋、分層和脫模困難等現(xiàn)象。合適的成型壓力需要通過生產(chǎn)實(shí)踐來摸索。

 

　　c、加壓方式

 

　　般干壓成型時(shí)加壓方式有兩種，一種是單面加壓，另一種是雙面加壓。當(dāng)單面加壓時(shí)，則直接受壓的一端壓力大，出現(xiàn)明顯的壓力梯度，粉料的流動(dòng)性越差，則坯體內(nèi)出現(xiàn)的壓力差也就越大，越容易出現(xiàn)分層。雙面加壓時(shí)，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(shí)宜采用雙面加壓的方式。

 

　　d、加壓速度和保壓時(shí)間

 

　　加壓速度和保壓時(shí)間控制不好也會(huì)造成氧化鋯坯體出現(xiàn)分層等缺陷。壓模下落的速度應(yīng)緩慢一些，如加壓速度過快，則坯體中氣體不易排出，從而導(dǎo)致坯體出現(xiàn)分層，表面致密而中間松散，以及存在氣泡等現(xiàn)象。如保壓時(shí)間過短，則壓力還未傳到應(yīng)有的深度時(shí)，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(huì)導(dǎo)致坯體出現(xiàn)分層以及存在氣泡等現(xiàn)象。同時(shí)保壓時(shí)間應(yīng)均勻一致，否則會(huì)引起產(chǎn)品厚薄不均，造成廢品。

 

　　e、脫模方式和脫模速度

 

　　干壓脫模時(shí)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(huì)引起坯體開裂。實(shí)踐表明脫模時(shí)脫模工具要平整，否則會(huì)引起坯體受力不均而造成開裂?？傊?，干壓成型和上述幾方面因素都有關(guān)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(duì)形狀特殊和尺寸大的氧化鋯結(jié)構(gòu)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(shí)易出現(xiàn)的分層，特別是成型較厚的氧化鋯制品，干壓時(shí)極易出現(xiàn)分層，而等靜壓成型則可避免，因此該成型方法是生產(chǎn)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(huì)浪費(fèi)一部分原料，同時(shí)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(fā)生斷裂，生產(chǎn)效率不高。

 

　　二、燒成

 

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

 

　　由單斜晶系轉(zhuǎn)化為四方晶系時(shí)伴有7％左右的體積變化。加熱時(shí)由單斜一氧化鋯轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆揭谎趸啺l(fā)生體積收縮；冷卻時(shí)由四方一氧化鋯轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡币谎趸啺l(fā)生體積膨脹，這種收縮與膨脹并不發(fā)生在同一溫度，前者約為1200℃，后者約為1000℃。

 

　　氧化鋯陶瓷的燒結(jié)溫度隨原料的制備方法、細(xì)度、添加劑種類和加入量的多少而不同，一般在1500——1650℃之間，因此氧化鋯陶瓷沒有統(tǒng)一的燒成曲線，其適宜的燒成制度要通過燒成試驗(yàn)?zāi)艿玫?。氧化鋯陶瓷的燒成由于伴隨著體積的變化，很容易出現(xiàn)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(zhuǎn)變溫度區(qū)域內(nèi)，升溫速率要放慢，對(duì)厚胎和大件制品更要注意升溫速率。在1100℃以上降溫速率也要控制好，不能太快，否則也會(huì)出現(xiàn)開裂。

 

　　氧化鋯材料有多種優(yōu)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(yīng)用的。它具有高的韌性、高的抗彎強(qiáng)度、高的硬度和耐磨性等特點(diǎn)，更顯示出應(yīng)用的廣泛性。它在機(jī)械、電子、石油、化工、航天、紡織、精密測(cè)量?jī)x器、精密機(jī)床、生物工程和醫(yī)療器械等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用前景。日用陶瓷刀具的日益普及，也使得氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷開始進(jìn)軍日用陶瓷領(lǐng)域。氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷作為氧化鋯的一個(gè)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，目前越來越為人們所重視，行業(yè)前景光明。

 

　　陶瓷機(jī)械有關(guān)磨具的基本特征

 

　　磨具按其原料來源分，有天然磨具和人造磨具兩類。機(jī)械工業(yè)中常用的天然磨具只有油石。人造磨具按基本形狀和結(jié)構(gòu)特征區(qū)分，有砂輪、磨頭、油石，砂瓦和涂附磨具五類。此外，習(xí)慣上也把研磨劑列為磨具的一類。

 

　　磨具除在機(jī)械制造和其他金屬加工工業(yè)中被廣泛采用外，還用于糧食加工、造紙工業(yè)和陶瓷、玻璃、石材、塑料、橡膠、木材等非金屬材料的加工。

 

　　磨具的主要特征包括磨料、粒度、硬度、組織和結(jié)合劑等五個(gè)因素。根據(jù)不同用途進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇可直接提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

 

　　磨料

 

　　磨具使用的磨料主要有棕剛玉、白剛玉、黑碳化硅和綠碳化硅等。

 

　　棕剛玉韌性高，適宜磨削碳鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵、硬青銅等抗張強(qiáng)度高的材料。白剛玉比棕剛玉有較高的硬度，切削性能較好，適于淬火鋼、高碳鋼、高速工具等材料的精磨工序。

 

　　黑碳化硅硬度高，性脆而鋒利，適于磨削、切割抗張強(qiáng)度低的材料，如：鑄鐵、玻璃、陶瓷、石料、耐火物等。

 

　　綠碳化硅較黑硅化硅純度高。適于磨削硬質(zhì)合金、光學(xué)玻璃、寶石、瑪瑙等硬脆材料。

 

　　粒度

 

　　粒度的選擇主要取決于對(duì)工件表面的加工精度和生產(chǎn)效率的要求。粗粒度及中等粒度的磨具適用于粗加工及半精加工，而細(xì)粒度磨具，則應(yīng)用于精加工及超精加工。被磨削的物理機(jī)械性能也系決定粒度的因素，硬度低，延展性及韌性大的材料宜用粗粒度磨具加工，而硬度高性脆的材料宜用細(xì)粒度的磨具。

 

　　組織

 

　　磨具的組織指組成磨具的磨料，結(jié)合劑和氣孔三者的體積比例關(guān)系。磨料少、氣孔率大稱為松組織，反之為緊密組織。

 

　　緊密組織的磨具，宜用于精磨，成型磨及加工留間小而表面光潔度要求高的工件。

 

　　中等組織的磨具廣泛用于一般留量工件的磨削工作。

 

　　松組織的磨具適用于平面，內(nèi)圓等接觸面大的磨削加工及磨削膨脹敏感的工件及軟質(zhì)材料的工件。

 

　　硬度

 

　　磨具表面的磨料被結(jié)合劑固定在一起的強(qiáng)度?；蛟谕饬ψ饔孟?，脫落的難易程度，稱為磨具的硬度。