高強度陶瓷器皿的工藝特征研究

王遠旭

摘要：陶瓷材料從古至今都與人類的是息息相關，從傳統陶瓷的發展到如今出現許多特種陶瓷材料已經有上萬年的歷史。高強度陶瓷有別與傳統陶瓷，它具有強度大，不易碎的特點。高強度陶瓷材料不僅運用在高精尖等工業，也廣泛運用在各類日用陶瓷之中。如今的陶瓷材料技術發展對各行各業都產生一定影響，對陶瓷材料的研究就顯得更加重要。高強度陶瓷材料如今也運用在千家萬戶，如高強度陶瓷餐具，陶瓷刀具等等，高強度陶瓷的工藝特征等值得深入研究。

關鍵詞：高強度陶瓷;工藝;特征

中圖分類號：J527

文獻標識碼：A

文章編號：1005-5312 （2019） 30-001 9-01

主要從日用陶瓷角度來看，高強度陶瓷的運用范圍，具體用途等都反應出它需要具有更高的抗壓抗折，抗張抗沖擊，韌性高的性能。在日用陶瓷檢測標準中（GB/T4740-1999陶瓷材料抗壓強度試驗方法GB/T4741-1999陶瓷材料抗彎強度試驗方法GB/T4742-1984日用陶瓷沖擊韌性測定方法GB/T4966-1985日用陶瓷抗張強度測定方法）也能看出高強度陶瓷的要求以及其需要具有的高性能特征。相較于普通的傳統日用瓷，市面上已出現了強化瓷，強化瓷的硬度，韌度，抗張抗壓性都要比普通的日用陶瓷器要高。強化瓷主要以高質的瓷中加少部分的鋁、鎂、鋯等成份經高溫燒制來提高其硬度，韌性，強度等性能。氧化鋯陶瓷也屬于高強度陶瓷的一種，氧化鋯陶瓷具有較大的強度（可達1500MPa），雖然韌性和一些金屬相比有較大差距，但相比于其他陶瓷材料，氧化鋯陶瓷在“陶瓷圈兒”算是佼佼者（1-35MPa.ml/2），而且氧化鋯陶瓷具有較大的硬度和較好的耐磨性。而從具體數據來看，氧化鋯陶瓷莫氏硬度在8.5左右，非常接近藍寶石9的莫氏硬度，而聚碳酸酯的莫氏硬度只有3.0，鋼化玻璃的莫氏硬度5.5，鋁鎂合金的莫氏硬度6.0，康寧玻璃的莫氏硬度為7。市面上的陶瓷刀具就主要以氧化鋯陶瓷刀具為主。建筑陶瓷中高強度瓷磚也使用廣泛，其對強度，硬度等性能的要求也相當較高。高強度陶瓷運用在各行各業中，對其性能要求也越來越高。

高強度陶瓷性能本身決定其各工藝特征方面與傳統陶瓷不同，泥釉料組分，成型方式，燒結方式都有其特定的要求。陶瓷材料本身具有脆弱的特點，為了克服這個脆弱性，其工藝特征必須突破傳統工藝。

早在二十世紀五十年代就開始研究如何克服陶瓷材料脆性的缺點，最初是將陶瓷和耐熱金屬進行復合，制成金屬陶瓷。但是結果在許多情況下兩者的缺點都表現出來。除一部分工具外，在其他方面并沒有取得成功。

進入六十年代以來，人們開始研究51、AI、B等輕元素的氮化物和碳化物，發現這些化合物的某些燒結體的強度很高。由于在各種非氧化物系化合物中Si3N、和SIC等燒結體在高強度下仍具有低膨脹性，有可能制得克服上述陶瓷缺點的材料。陶瓷這種脆性材料的強度和斷裂特性，受材料中的微小裂紋的影響。所以為了提高陶瓷結構材料的可靠性，必須將這種材料中的裂紋限制到最少和最小。iS3N、和SIC等高強度陶瓷是粉末原料經致密燒結而成，材料中存在的裂紋與制造工藝有密切關系。由于Si3N'和SIC等非氧化物系化合物是共價結合，構成原子的自擴散系數小，致密化所需的體積擴散速度或晶間擴散速度小，所以它們屬于難以燒結的物質。目前已研究出各種燒結法。最初，采用熱壓法制造致密燒結體。熱壓法是在高溫下把粉末原料加壓燒結的方法。

作為高強度陶瓷，雖然在積極開發碳化硅、氮化硅等，但是氧化鋯同碳化硅、氮化硅一樣都是高強度陶瓷，現在添加氧化釔穩定化學的氧化鋯，作為敏感元件，也已工業化。氧化鋯具有陶瓷中彎曲度最高（170kg/mm2），滑動性高，膨脹系數和金屬相近，可與鐵等接合等優點。如今在許多高強度日用陶瓷器皿中都已運用氧化釔化學穩定氧化鋯來提高強度。在泥料中加入一定量的氧化鋁和氧化釔化學穩定氧化鋯能夠明顯提高陶瓷的抗壓抗折抗張的性能。

陶瓷材料本身具有許多優于金屬材料的特點，高強度只是其中一點，但各行業對其強度的性能需求相對廣泛，高強度陶瓷的發展前景十分可觀。無論是日用瓷，工業機械瓷，或是特征陶瓷都運用廣泛，需求量大。如今高強度陶瓷的應用范圍不斷擴大，對其性能的要求也在不斷提高，克服陶瓷材料的脆弱性的特點，改進材料特性，建立穩定的制造技術等等是高強度陶瓷技術的發展方向。

高強度陶瓷應用廣泛，用途廣，社會需求大，發展前景廣，以常見的氧化鋁氧化鋯陶瓷為例;內微晶氧化鋁陶瓷制品從無到有，產業規模從小到大，產品質量從低到較高，經歷了一個快速發展的歷程;產業規模將迅速擴大：微晶氧化鋁陶瓷制品作為其它行業或領域的基礎材料，受著其它行業發展水平的影響和限制。

從氧化鋁陶瓷的應用情況看，應用范圍越來越寬，用量越來越大，特別是在防磨工程和建筑陶瓷生產方面的用量增加將更為顯著。氧化鋯陶瓷具有高韌性、高抗彎強度和高耐磨性，優異的隔熱性能，熱膨脹系數接近于鋼等優點，因此被廣泛應用于結構陶瓷與功能陶瓷領域。比如切割工具、耐磨刀具、服裝紐扣，以及在熱障涂層、催化劑載體、醫療、保健、耐火材料、紡織等領域正得到廣泛應用。不僅如此，高強度陶瓷在日用陶瓷，建筑衛生陶瓷領域也得到廣泛使用，如高強度日用器皿瓷，高強度地磚瓷等等。各行各業對高強度陶瓷的需求量大，性能要求廣泛，高強度陶瓷材料技術的發展前景十分可觀。