高强度陶瓷器皿的工艺特征研究

王远旭

摘要：陶瓷材料从古至今都与人类的是息息相关，从传统陶瓷的发展到如今出现许多特种陶瓷材料已经有上万年的历史。高强度陶瓷有别与传统陶瓷，它具有强度大，不易碎的特点。高强度陶瓷材料不仅运用在高精尖等工业，也广泛运用在各类日用陶瓷之中。如今的陶瓷材料技术发展对各行各业都产生一定影响，对陶瓷材料的研究就显得更加重要。高强度陶瓷材料如今也运用在千家万户，如高强度陶瓷餐具，陶瓷刀具等等，高强度陶瓷的工艺特征等值得深入研究。

关键词：高强度陶瓷;工艺;特征

中图分类号：J527

文獻标识码：A

文章编号：1005-5312 （2019） 30-001 9-01

主要从日用陶瓷角度来看，高强度陶瓷的运用范围，具体用途等都反应出它需要具有更高的抗压抗折，抗张抗冲击，韧性高的性能。在日用陶瓷检测标准中（GB/T4740-1999陶瓷材料抗压强度试验方法GB/T4741-1999陶瓷材料抗弯强度试验方法GB/T4742-1984日用陶瓷冲击韧性测定方法GB/T4966-1985日用陶瓷抗张强度测定方法）也能看出高强度陶瓷的要求以及其需要具有的高性能特征。相较于普通的传统日用瓷，市面上已出现了强化瓷，强化瓷的硬度，韧度，抗张抗压性都要比普通的日用陶瓷器要高。强化瓷主要以高质的瓷中加少部分的铝、镁、锆等成份经高温烧制来提高其硬度，韧性，强度等性能。氧化锆陶瓷也属于高强度陶瓷的一种，氧化锆陶瓷具有较大的强度（可达1500MPa），虽然韧性和一些金属相比有较大差距，但相比于其他陶瓷材料，氧化锆陶瓷在“陶瓷圈儿”算是佼佼者（1-35MPa.ml/2），而且氧化锆陶瓷具有较大的硬度和较好的耐磨性。而从具体数据来看，氧化锆陶瓷莫氏硬度在8.5左右，非常接近蓝宝石9的莫氏硬度，而聚碳酸酯的莫氏硬度只有3.0，钢化玻璃的莫氏硬度5.5，铝镁合金的莫氏硬度6.0，康宁玻璃的莫氏硬度为7。市面上的陶瓷刀具就主要以氧化锆陶瓷刀具为主。建筑陶瓷中高强度瓷砖也使用广泛，其对强度，硬度等性能的要求也相当较高。高强度陶瓷运用在各行各业中，对其性能要求也越来越高。

高强度陶瓷性能本身决定其各工艺特征方面与传统陶瓷不同，泥釉料组分，成型方式，烧结方式都有其特定的要求。陶瓷材料本身具有脆弱的特点，为了克服这个脆弱性，其工艺特征必须突破传统工艺。

早在二十世纪五十年代就开始研究如何克服陶瓷材料脆性的缺点，最初是将陶瓷和耐热金属进行复合，制成金属陶瓷。但是结果在许多情况下两者的缺点都表现出来。除一部分工具外，在其他方面并没有取得成功。

进入六十年代以来，人们开始研究51、AI、B等轻元素的氮化物和碳化物，发现这些化合物的某些烧结体的强度很高。由于在各种非氧化物系化合物中Si3N、和SIC等烧结体在高强度下仍具有低膨胀性，有可能制得克服上述陶瓷缺点的材料。陶瓷这种脆性材料的强度和断裂特性，受材料中的微小裂纹的影响。所以为了提高陶瓷结构材料的可靠性，必须将这种材料中的裂纹限制到最少和最小。iS3N、和SIC等高强度陶瓷是粉末原料经致密烧结而成，材料中存在的裂纹与制造工艺有密切关系。由于Si3N'和SIC等非氧化物系化合物是共价结合，构成原子的自扩散系数小，致密化所需的体积扩散速度或晶间扩散速度小，所以它们属于难以烧结的物质。目前已研究出各种烧结法。最初，采用热压法制造致密烧结体。热压法是在高温下把粉末原料加压烧结的方法。

作为高强度陶瓷，虽然在积极开发碳化硅、氮化硅等，但是氧化锆同碳化硅、氮化硅一样都是高强度陶瓷，现在添加氧化钇稳定化学的氧化锆，作为敏感元件，也已工业化。氧化锆具有陶瓷中弯曲度最高（170kg/mm2），滑动性高，膨胀系数和金属相近，可与铁等接合等优点。如今在许多高强度日用陶瓷器皿中都已运用氧化钇化学稳定氧化锆来提高强度。在泥料中加入一定量的氧化铝和氧化钇化学稳定氧化锆能够明显提高陶瓷的抗压抗折抗张的性能。

陶瓷材料本身具有许多优于金属材料的特点，高强度只是其中一点，但各行业对其强度的性能需求相对广泛，高强度陶瓷的发展前景十分可观。无论是日用瓷，工业机械瓷，或是特征陶瓷都运用广泛，需求量大。如今高强度陶瓷的应用范围不断扩大，对其性能的要求也在不断提高，克服陶瓷材料的脆弱性的特点，改进材料特性，建立稳定的制造技术等等是高强度陶瓷技术的发展方向。

高强度陶瓷应用广泛，用途广，社会需求大，发展前景广，以常见的氧化铝氧化锆陶瓷为例;内微晶氧化铝陶瓷制品从无到有，产业规模从小到大，产品质量从低到较高，经历了一个快速发展的历程;产业规模将迅速扩大：微晶氧化铝陶瓷制品作为其它行业或领域的基础材料，受着其它行业发展水平的影响和限制。

从氧化铝陶瓷的应用情况看，应用范围越来越宽，用量越来越大，特别是在防磨工程和建筑陶瓷生产方面的用量增加将更为显著。氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性，优异的隔热性能，热膨胀系数接近于钢等优点，因此被广泛应用于结构陶瓷与功能陶瓷领域。比如切割工具、耐磨刀具、服装纽扣，以及在热障涂层、催化剂载体、医疗、保健、耐火材料、纺织等领域正得到广泛应用。不仅如此，高强度陶瓷在日用陶瓷，建筑卫生陶瓷领域也得到广泛使用，如高强度日用器皿瓷，高强度地砖瓷等等。各行各业对高强度陶瓷的需求量大，性能要求广泛，高强度陶瓷材料技术的发展前景十分可观。