氧化锆陶瓷具有高强度、高硬度、高耐磨性、良好的耐高温性和化学稳定性等优点,但在工作时也可能会出现以下一些问题:
脆性大易破裂
问题表现:氧化锆陶瓷虽然强度较高,但本质上仍属于脆性材料,其韧性相对较低。在受到冲击、振动或局部应力集中时,容易出现裂纹甚至破裂。例如,在一些高速切削或研磨加工过程中,工具受到的冲击力较大,氧化锆陶瓷刀具可能会发生崩刃或断裂。
解决措施:可以通过优化材料的制备工艺,如添加适量的增韧剂(如氧化钇等)、控制烧结温度和时间等,来提高氧化锆陶瓷的韧性。同时,在设计和使用过程中,要尽量避免使陶瓷部件承受过大的冲击和应力集中,合理设计结构,采用缓冲装置或保护措施。
热导率低易热积聚
问题表现:氧化锆陶瓷的热导率较低,在一些高温工作环境或高能量输入的过程中,热量不易散失,容易导致局部温度过高,产生热积聚现象。例如,在用于高温炉窑的内衬材料时,如果散热不畅,可能会使内衬表面温度过高,影响其使用寿命,甚至可能导致陶瓷材料的性能下降或损坏。
解决措施:可以在陶瓷部件的设计上考虑增加散热结构,如开设散热通道或采用散热鳍片等。同时,选择合适的冷却方式,如空气冷却、水冷等,来及时带走热量。此外,在材料配方上进行优化,尝试添加一些高导热性的添加剂,以提高其热导率。
化学稳定性有限
问题表现:虽然氧化锆陶瓷具有较好的化学稳定性,但在某些特定的化学环境中,仍可能会发生化学反应或被腐蚀。例如,在强碱性或强酸性介质中,长时间浸泡可能会导致陶瓷表面的锆离子溶出,使陶瓷的结构和性能受到破坏。
解决措施:根据具体的工作环境,选择合适的表面处理方法或涂层技术,如化学镀、物理气相沉积等,在陶瓷表面形成一层保护膜,提高其抗腐蚀能力。同时,尽量避免氧化锆陶瓷与具有腐蚀性的化学物质直接接触,或者在接触后及时进行清洗和防护处理。
尺寸精度控制难
问题表现:氧化锆陶瓷在制备过程中,由于烧结收缩等因素的影响,很难精确控制其尺寸精度。特别是对于一些形状复杂、尺寸要求严格的部件,如精密陶瓷轴承、陶瓷模具等,要达到较高的尺寸精度和表面质量具有一定的难度。
解决措施:采用先进的成型工艺,如注射成型、等静压成型等,可以提高坯体的尺寸精度和均匀性。同时,精确控制烧结工艺参数,通过实验和模拟来优化烧结曲线,减少烧结过程中的收缩和变形。此外,对于一些对尺寸精度要求极高的部件,可以在烧结后进行精密加工,如研磨、抛光等,以达到所需的尺寸精度和表面质量。