氧化锆结构陶瓷生产工艺简介

　　氧化锆以其优异的高温物理和力学性能而得到广泛应用，尤其被用于苛刻条件下使用的关键部件。由于氧化锆的导热性能低、热膨胀系数大，因此氧化锆制品的热稳定性较差。但采用部分稳定氧化锆原料制得的制品晶型组成的氧化锆原料制得的陶瓷制品的热稳定性最好。因此制造氧化锆结构陶瓷往往采用部分稳定氧化锆原料而不是全稳定氧化锆原料。生产氧化锆结构陶瓷一般用3mo1％Y203稳定的氧化锆超细粉。下面从成型和烧成两方面论述一下氧化锆结构陶瓷生产工艺。

　　一、成型

　　氧化锆结构陶瓷的成型方法目前用得较多的有三种：热压铸成型、干压成型和等静压成型。

　　1、热压铸成型

　　对于氧化锆结构陶瓷小型产品或形状复杂的产品。一般采用热压铸成型方法。该成型方法比较简单，特别适宜于生产批量大或形状复杂的中小型产品。但氧化锆热压铸产品排蜡时易出现开裂、变形等缺陷，这是因为氧化锆陶瓷料浆颗粒粒径较小，粉料比表面积大，调制热压铸浆料时，石蜡及油酸的加人量要明显高于其它陶瓷制品，从而造成坯体收缩大，排蜡时易出现开裂、变形等缺陷。因此调试浆料时，要掌握好石蜡及油酸的加入量和加人方式，设计合理的排蜡烧成曲线及其它相关工艺参数，可以避免上述缺陷的出现。

　　2、干压成型

　　对形状简单、适于干压成型的中小型氧化锆陶瓷产品常采用干压方法成型。氧化锆陶瓷干压时出现的常见问题是产品分层，这是因为氧化锆超细粉造粒料的颗粒很细，因而颗粒轻、流动性差，干压成型时容易出现分层现象。从生产实践中得知，产品分层与成型模具的光洁度和配合情况、成型压力、加压方式、加压速度和保压时间、脱模方式、脱模速度均有关系，下面就上述几方面因素对干压成型的影响分述如下：

　　A、模具的光洁度和配合情况

　　干压成型对模具质量要求较高，首先要求模具硬度达到一定的要求。由于氧化锆稳定料的颗粒很细，流动性差，因而对模具的光洁度要求很高，若光洁度达不到要求，则干压时影响料的流动，从而导致分层的出现。同时，若模具配合不好，间隙大，则由于氧化锆粉料颗粒细，压制时粉料会从模具间隙中流出，从而造成模具四周的粉料少，这样压制时四周就不能压实，从而会因压力传递不一致而出现分层，故对模具的配合要求较高。

　　B、成型压力

　　成型压力在氧化锆干压成型过程中是较关键的，压力太小和太大都不能压制出理想的坯体。压力太小，则烧后产品的密度小，产品收缩大，坯体压实程度不够容易出现分层；而压力太大，坯体也容易出现裂纹、分层和脱模困难等现象。合适的成型压力需要通过生产实践来摸索。

　　C、加压方式

　　般干压成型时加压方式有两种，一种是单面加压，另一种是双面加压。当单面加压时，则直接受压的一端压力大，出现明显的压力梯度，粉料的流动性越差，则坯体内出现的压力差也就越大，越容易出现分层。双面加压时，坯体两端直接受压，因此两端密度大，中间密度小，其压力梯度的有效传递距离为单面加压的一半，故坯体的密度比单面加压要均匀得多。因此氧化锆陶瓷干压成型时宜采用双面加压的方式。

　　D、加压速度和保压时间

　　加压速度和保压时间控制不好也会造成氧化锆坯体出现分层等缺陷。压模下落的速度应缓慢一些，如加压速度过快，则坯体中气体不易排出，从而导致坯体出现分层，表面致密而中间松散，以及存在气泡等现象。如保压时间过短，则压力还未传到应有的深度时，外力就已卸掉，这样坯体中气体不易排出，就难以得到较为理想的坯体，会导致坯体出现分层以及存在气泡等现象。同时保压时间应均匀一致，否则会引起产品厚薄不均，造成废品。

　　E、脱模方式和脱模速度

　　干压脱模时一般采用工具将坯体从模腔中顶出，脱模速度要均匀缓慢，如不注意会引起坯体开裂。实践表明脱模时脱模工具要平整，否则会引起坯体受力不均而造成开裂。总之，干压成型和上述几方面因素都有关系，要成型出理想的坯体，以上各方面都要控制好。

　　3、等静压成型

　　对形状特殊和尺寸大的氧化锆结构陶瓷，需采用等静压成型。等静压成型的坯体由于各方向所受压力均匀相等，且压力大，因此成型后的坯体密度高，均匀性好，烧成收缩小，不易变形、开裂、分层。该成型方法可避免干压时易出现的分层，特别是成型较厚的氧化锆制品，干压时极易出现分层，而等静压成型则可避免，因此该成型方法是生产氧化锆制品常用的方法。但等静压成型后的坯体需要加工，因此会浪费一部分原料，同时由于坯体很硬，加工比较麻烦，且加工速度要求缓慢，否则坯体易发生断裂，生产效率不高。

　　二、烧成

　　氧化锆在不同温度下，存在着三种同质异形体，即立方晶系、单斜晶系和四方晶系。氧化锆晶形的转变温度如下：

　　由单斜晶系转化为四方晶系时伴有7％左右的体积变化。加热时由单斜一氧化锆转变为四方一氧化锆发生体积收缩；冷却时由四方一氧化锆转变为单斜一氧化锆发生体积膨胀，这种收缩与膨胀并不发生在同一温度，前者约为1200ºC，后者约为1000ºC。

　　氧化锆陶瓷的烧结温度随原料的制备方法、细度、添加剂种类和加入量的多少而不同，一般在1500～1650ºC之间，因此氧化锆陶瓷没有统一的烧成曲线，其适宜的烧成制度要通过烧成试验能得到。氧化锆陶瓷的烧成由于伴随着体积的变化，很容易出现开裂，因此烧成曲线的选择在氧化锆陶瓷烧成过程中是非常重要的。要注意控制升温速率，特别在其晶相转变温度区域内，升温速率要放慢，对厚胎和大件制品更要注意升温速率。在1100ºC以上降温速率也要控制好，不能太快，否则也会出现开裂。

　　氧化锆材料有多种优异性能，特别是具有增韧的作用，因而被作为韧性陶瓷广泛地应用的。它具有高的韧性、高的抗弯强度、高的硬度和耐磨性等特点，更显示出应用的广泛性。它在机械、电子、石油、化工、航天、纺织、精密测量仪器、精密机床、生物工程和医疗器械等行业有着广泛的应用前景。日用陶瓷刀具的日益普及，也使得氧化锆结构陶瓷开始进军日用陶瓷领域。氧化锆结构陶瓷作为氧化锆的一个重要的应用领域，目前越来越为人们所重视，行业前景光明。