脆性是無機(jī)非金屬材料致命的弱點(diǎn)。無論在什么領(lǐng)域,,脆性都會(huì)使陶瓷材料的應(yīng)用受到限制,,所以如何改善其脆性、提高韌性一直是研究陶瓷材料要解決的重要難題。
脆性是陶瓷材料發(fā)生突然的,、無征兆的斷裂或破碎,。從本質(zhì)上說,無機(jī)非金屬材料缺少獨(dú)立的滑移系統(tǒng),,當(dāng)受到外力作用時(shí),,不能通過滑移引起的塑形變形來緩沖應(yīng)力,致使陶瓷材料發(fā)生爆發(fā)性的破壞,。從微觀上說,,陶瓷材料內(nèi)部存在裂紋和氣孔,當(dāng)應(yīng)力存在時(shí)這些裂紋和氣孔會(huì)成為裂紋擴(kuò)展的起源,。陶瓷是一種多晶相材料,,存在于晶界的裂紋和氣孔很難通過人為的方法消除,即便是特種陶瓷(也叫精細(xì)陶瓷,,結(jié)構(gòu)均勻精細(xì),、吸水率為0)通過溫度很高的液相燒結(jié),也不能做到像金屬材料那樣由一個(gè)個(gè)金屬原子整齊排列而成“完美”的材料,。所以要提高特種陶瓷材料的韌性可以從細(xì)化晶粒,、提高結(jié)構(gòu)均勻性、減少缺陷尺寸等方面入手,,其增韌機(jī)制有相變增韌,、纖維補(bǔ)強(qiáng)增韌、顆粒彌散增韌,。
相變增韌是利用相變產(chǎn)生的體積效應(yīng),,在陶瓷材料內(nèi)部產(chǎn)生分布均勻的微裂紋,在外力作用下,,這些微裂紋起到吸收和分散應(yīng)力的作用,,從而避免產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)然,,微裂紋應(yīng)控制在納米尺寸,,這樣裂紋才不會(huì)擴(kuò)展。ZTA(ZrO2 toughening Al2O3)利用相變增韌的典型應(yīng)用,,ZrO2的單斜相和四方相之間的可逆相變可以產(chǎn)生3~5%的體積變化,,斷裂韌性從氧化鋁的4MPa·m1/ 2提高到ZTA的8.5 MPa·m1/ 2。
晶須或纖維可以增強(qiáng)顆粒之間的作用,,使晶粒之間的聯(lián)系更加緊密,,提高陶瓷材料抗拉和抗彎能力,這是纖維補(bǔ)強(qiáng)增韌的原理,。晶須或纖維可以作為第二相引入陶瓷中,,形成復(fù)合相陶瓷。例如,在氧化鋁陶瓷加入碳化硅晶須,,制成Al2O3/SiC復(fù)合相陶瓷,,使氧化鋁陶瓷的脆性得到明顯改善。
顆粒彌散增韌是在陶瓷或者金屬材料中引入其他氧化物或金屬顆粒,,顆粒彌散分布在基體中,,使顆粒處于晶界或晶體內(nèi)部,形成晶內(nèi)型結(jié)構(gòu),。材料的斷裂方式由沿晶斷裂變?yōu)榇┚嗔眩固沾刹牧蠑嗔训哪芰吭黾?,改善特種陶瓷的斷裂脆性,,提高其韌性。金屬陶瓷以金屬材料為基體,、陶瓷顆粒為增強(qiáng)相,,變成韌性金屬、高強(qiáng)度陶瓷的綜合體,,改善特種陶瓷的脆性,,韌性極大提高。精城特瓷生產(chǎn)的
碳化鈦基金屬陶瓷是以碳化鈦(TiC)為硬質(zhì)相,,高錳鋼及其他金屬粉末為粘結(jié)相,,采用粉末冶金技術(shù)制備而成,不僅強(qiáng)度高,、硬度大,,也具有高的韌性。
上面從微觀角度解釋特種陶瓷增韌的機(jī)理和方法,,在宏觀上通過與橡膠,、金屬的結(jié)合,也可以提高其韌性及使用壽命,。
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陶瓷橡膠二合一襯板是采用熱硫化工藝,,將增韌耐磨陶瓷和橡膠硫化而成,再用高強(qiáng)度有機(jī)粘合劑將襯板粘接在設(shè)備的內(nèi)殼鋼板上,,形成堅(jiān)固且有緩沖力的防磨層,。
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耐磨陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基耐磨復(fù)合材料是采用鑄造工藝,將高硬度的耐磨陶瓷顆粒與金屬材料復(fù)合,,把陶瓷顆粒的高硬度,、高耐磨性同金屬基體材料的韌性相結(jié)合,在耐磨件的工作表面形成一定厚度的陶瓷金屬復(fù)合層,。這種局部復(fù)合的方式既能提高耐磨件的耐磨性,,又能保證其整體韌性。
耐磨特種陶瓷不僅要具備高的硬度和強(qiáng)度,同時(shí)應(yīng)具有一定的韌性,。強(qiáng)度和韌性為耐磨特種陶瓷提供必要的支撐,,陶瓷特瓷產(chǎn)品擴(kuò)大和改善了耐磨瓷的應(yīng)用,質(zhì)量得到保證,,提高使用壽命,,收獲良好的口碑,在行業(yè)內(nèi)獲得廣泛的認(rèn)可,。
??文/羅云堅(jiān)