什么是陶瓷？

　　以無機非金屬天然礦物或人造化合物為原料，經粉碎、成形和高溫燒結而制成的非金屬材料。陶瓷主要分傳統陶瓷和特種陶瓷兩類。

　　傳統陶瓷以粘土（包括陶土、瓷土、高嶺土等）、石英、長石等天然礦物為主要原料，經粉碎、成形和燒結而成。因具有耐火、耐酸堿、抗氧化、電絕緣性好和易于清洗等優點而被廣泛應用。常見的有：日常生活中用的陶器、瓷器；建筑工業中的琉璃瓦、瓷磚、盥洗器等;化學工業中的耐酸磚、管道、容器和過濾器等;實驗室中的坩堝、蒸發皿；電氣工業中的絕緣子、套管、開關等。

　　特種陶瓷以氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、氧化鉛、氧化鈦、碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼等人造化合物為原料，采用傳統的或特殊的方法進行粉碎、成形、經高溫燒制而成。有的在燒成后還要進行機械加工或極化處理，以達到對尺寸和形狀的精密要求，或使產品具有特定的鐵電性能等。特種陶瓷大體上可分為結構陶瓷和功能陶瓷兩大類。結構陶瓷在強度、硬度、耐磨性、耐熱性、耐蝕性等方面都遠遠超過傳統陶瓷。功能陶瓷具有鐵電、反鐵電、磁性、氣敏、熱敏、快離子傳導等特殊性能。這兩類陶瓷廣泛用于機械、化工、冶金、航空、原子能、新能源以及國防工業方面，如用氧化鋁瓷可制作高速切削刀具和耐磨零件、爐管、熱電偶保護管、高溫器皿、電絕緣和電真空器件、射出成型機的嘴、汽缸成型用模子、卡規、軸瓦、劃線臺、焊接夾具、研磨夾具、機械密封零件、需要耐磨耐蝕的化工設備等。用氮化硅瓷和碳化硅瓷制成的各種泵的端面密封環，能耐各種介質的腐蝕，其壽命遠比硬質合金高。氮化硅和碳化硅材料作為汽車工業零件和軸承材料的研究工作正在受到越來越多的重視。氧化鋯材料作為鍋爐和汽車排氣系統的氧氣敏感器也很有發展前途。特種陶瓷材料最具有吸引力的用途是作為熱機材料，可大大提高熱機效率，其中最有希望的是氮化硅、碳化硅、賽隆(SIALON)和部分穩定氧化鋯等。

　　陶瓷性能陶瓷是由無數無機非金屬小晶體和玻璃相所組成，在晶體內部和晶界上常有氣孔和雜質。陶瓷的性能在很大程度上決定于它們的顯微結構，包括晶粒尺寸和分布，玻璃相的成分和含量，雜質的性質、含量和分布等。而顯微結構又由原料、組成和制造工藝所決定。陶瓷的共同特點是硬度高、抗壓強度大、耐高溫、耐磨損、抗氧化和耐腐蝕性能好；缺點是質脆、經不起沖擊、缺乏延展性、耐急冷急熱性能較差。

　　手機機殼用陶瓷氧化鋯

　　陶瓷氧化鋯的大致制造方法是將氧化鋯（ZrO2）粉末與穩定劑和幾塊金屬鋯混合，放入盔堝內，盔堝外部有高頻電管和水冷系統，氧化鋯原料在高頻電磁波作用下，磨擦生熱而熔融，在降低功率時，熔化的溶液就結成為立方氧化鋯晶體。立方氧化鋯無色，呈金剛光澤，如加入微量的色素離子可呈現各種鮮艷的顏色，但色澤看上去比較柔和，因此，用它可做各種時款表件。純氧化鋯折光率為2.15，密度為5.6-6g/cm3，硬度為8.5，略有透視效應。

　　由于陶瓷氧化鋯硬度高，耐腐蝕，耐高溫，具有良好的物理特性，適合制作細小復雜的零件。

　　合成氧化鋯的主要加工方式介紹

　　合成氧化鋯(也作syntheticzirconia)的加工方式主要有以下幾種

　　1、熔融加工(FusedProcess)

　　將鋯石(Zircon)與碳(Carbon)共同置于2800℃左右的電弧爐中熔煉。在這里，二氧化硅被還原為一氧化硅揮發掉，留下氧化鋯。經過進一步加工(有時是在自己的爐內進行)，則生成含二氧化硅小于0.2%的氧化鋯。這種單斜晶系的氧化鋯可直接使用或再加工成穩定產品。

　　2、堿性加工(AlkalineProcess)

　　將鋯石與氫氧化鈉或氧化鈣(石灰)一起在600-1000℃加熱條件下制成硅酸鹽混合物。之后將硅酸鹽濾出，經過烘干或焙燒，生產出約含二氧化硅0.10%的氧化鋯。

　　3、等離子加工(PlasmaProcess)

　　鋯石連續送入并通過一個甚高溫度(15000℃)等離子電弧反應器，之后分裂為氧化鋯(ZrO2)和二氧化硅(SiO2)二種成分。之后采用化學加工清除大部分氧化硅，從而得到二氧化硅品位低于0.10%的氧化鋯。

　　4、化學沉淀法(ChemicallyPrecipitatedProcess)

　　經過熱化學加工，鋯石被分解并進入溶液。之后大量的鋯化合物可以從溶液中沉淀出來，如氯氧化鋯(zirconiumoxychloride)或氫氧化鋯(zirconiumhydroxide)。這些產品再經過鍛燒從而得到純度達99.9%的二氧化鋯。

　　手機機殼用陶瓷氧化鋯增韌處理以及存在問題

　　陶瓷材料在應用中的致命弱點是其脆性，因此，近年來，增韌氧化鋯陶瓷被給予了更多關注，氧化鋯增韌材料通常用于制作模具，研磨介質，切削刀具，手機機殼等。

　　氧化鋯陶瓷的相變有體積變化和形狀改變，通常出現剪切形變。新相與舊相共用的界面保持嚴格的位相關系，在1000℃左右發生的四方單斜相變，體積膨脹率3%到7%，純度高的氧化鋯材料更加明顯，如果用此種變體來制作陶瓷，容易碎裂。因此，要考慮用于穩定相的穩定劑的種類與劑量的加入，由于體積膨脹產生裂紋，一般制造純氧化鋯燒結體是很困難的。

　　應力誘導相變對溫度的敏感性導致氧化鋯的穩定性隨溫度升高而增高，相變韌性失效，致使強度和韌性急劇下降，這一缺陷使得增韌氧化鋯陶瓷在高溫環境下的應用受到限制。復合化是解決此問題的有效途徑。所選增韌相主要為高強度高模量的晶須，片晶，纖維以及顆粒。

　　其中最早嘗試的是碳化硅晶須，這類復合材料的強度和斷裂韌性取決于氧化鋯的穩定程度，晶須含量和性能以及晶須和基本界面的結合強度。適當控制穩定劑Y2O3的含量，并選擇性能優良的晶須，有效控制殘余熱應力和界面結合力。適當控制穩定劑Y2O3的含量，并選擇性能優良的晶須，有效控制殘余熱應力和界面結合力[如在碳化硅晶須表面進行Al203、莫來石涂層處理，可使15％(體積分數)碳化硅／TZP復合材料的室溫強度由無涂層的700MPa分別提高至1000MPa和1450MPa，能使復合材料中晶須補強與相變增韌產生協同增韌的效果，提高增韌補強效果。

　　在這類復合材料中，晶須增韌主要機制為裂紋偏轉、晶須橋聯、界面解離、晶須拔出以及應力按模量轉移等。晶須在產生以上增韌作用的同時，還將和相變增韌發生協同作用，晶須的橋聯增韌和裂紋偏轉增韌將延長裂紋擴展長度，使可相變體積分數增大，同時相變增韌產生的體積膨脹加強了晶須／基體界面結合，有利于載荷轉移效應的實現。

　　利用SiC晶須與TZP復合雖然取得了較好的效果，但由于SiC與TZP的熱失配在基體中產生較大的應力．使室溫強度下降，加之晶須的毒性及在基體中的分散不均勻，使這種方法受到了一定的限制。

　　于是，人們嘗試用高強度、高彈性模量的剛性顆粒如SiC、Al203等用于與TZP復合。通過對20％(體積分數)碳化硅和TZP復合材料的微觀結構及力學性能的研究發現，盡管由于SiC的較低的熱膨脹系數和較高的彈性模量降低了t—Zr0。的可相變體積分數，削弱了相變效應，但SiC顆粒對裂紋的偏轉效應使材料的韌性提高。在1000℃時單相釔穩定氧化鋯的強度只有室溫的13%，但碳化硅/TZP的強度是室溫的31%。

　　利用碳化硅晶須，氧化鋁片晶與TZP復合使材料的韌性的道理改善。裂紋偏轉是他們的主要增韌機制。

　　手機機殼氧化鋯結構陶瓷生產工藝簡介

　　氧化鋯以其優異的高溫物理和力學性能而得到廣泛應用，尤其被用于苛刻條件下使用的關鍵部件。由于氧化鋯的導熱性能低、熱膨脹系數大，因此氧化鋯制品的熱穩定性較差。但采用部分穩定氧化鋯原料制得的制品晶型組成的氧化鋯原料制得的陶瓷制品的熱穩定性最好。因此制造氧化鋯結構陶瓷往往采用部分穩定氧化鋯原料而不是全穩定氧化鋯原料。生產氧化鋯結構陶瓷一般用3mo1％y203穩定的氧化鋯超細粉。下面從成型和燒成兩方面論述一下氧化鋯結構陶瓷生產工藝。

　　一、成型

　　氧化鋯結構陶瓷的成型方法目前用得較多的有三種：熱壓鑄成型、干壓成型和等靜壓成型。

　　1、熱壓鑄成型

　　對于氧化鋯結構陶瓷小型產品或形狀復雜的產品。一般采用熱壓鑄成型方法。該成型方法比較簡單，特別適宜于生產批量大或形狀復雜的中小型產品。但氧化鋯熱壓鑄產品排蠟時易出現開裂、變形等缺陷，這是因為氧化鋯陶瓷料漿顆粒粒徑較小，粉料比表面積大，調制熱壓鑄漿料時，石蠟及油酸的加人量要明顯高于其它陶瓷制品，從而造成坯體收縮大，排蠟時易出現開裂、變形等缺陷。因此調試漿料時，要掌握好石蠟及油酸的加入量和加人方式，設計合理的排蠟燒成曲線及其它相關工藝參數，可以避免上述缺陷的出現。

　　2、干壓成型

　　對形狀簡單、適于干壓成型的中小型氧化鋯陶瓷產品常采用干壓方法成型。氧化鋯陶瓷干壓時出現的常見問題是產品分層，這是因為氧化鋯超細粉造粒料的顆粒很細，因而顆粒輕、流動性差，干壓成型時容易出現分層現象。從生產實踐中得知，產品分層與成型模具的光潔度和配合情況、成型壓力、加壓方式、加壓速度和保壓時間、脫模方式、脫模速度均有關系，下面就上述幾方面因素對干壓成型的影響分述如下：

　　a、模具的光潔度和配合情況

　　干壓成型對模具質量要求較高，首先要求模具硬度達到一定的要求。由于氧化鋯穩定料的顆粒很細，流動性差，因而對模具的光潔度要求很高，若光潔度達不到要求，則干壓時影響料的流動，從而導致分層的出現。同時，若模具配合不好，間隙大，則由于氧化鋯粉料顆粒細，壓制時粉料會從模具間隙中流出，從而造成模具四周的粉料少，這樣壓制時四周就不能壓實，從而會因壓力傳遞不一致而出現分層，故對模具的配合要求較高。

　　b、成型壓力

　　成型壓力在氧化鋯干壓成型過程中是較關鍵的，壓力太小和太大都不能壓制出理想的坯體。壓力太小，則燒后產品的密度小，產品收縮大，坯體壓實程度不夠容易出現分層；而壓力太大，坯體也容易出現裂紋、分層和脫模困難等現象。合適的成型壓力需要通過生產實踐來摸索。

　　c、加壓方式

　　般干壓成型時加壓方式有兩種，一種是單面加壓，另一種是雙面加壓。當單面加壓時，則直接受壓的一端壓力大，出現明顯的壓力梯度，粉料的流動性越差，則坯體內出現的壓力差也就越大，越容易出現分層。雙面加壓時，坯體兩端直接受壓，因此兩端密度大，中間密度小，其壓力梯度的有效傳遞距離為單面加壓的一半，故坯體的密度比單面加壓要均勻得多。因此氧化鋯陶瓷干壓成型時宜采用雙面加壓的方式。

　　d、加壓速度和保壓時間

　　加壓速度和保壓時間控制不好也會造成氧化鋯坯體出現分層等缺陷。壓模下落的速度應緩慢一些，如加壓速度過快，則坯體中氣體不易排出，從而導致坯體出現分層，表面致密而中間松散，以及存在氣泡等現象。如保壓時間過短，則壓力還未傳到應有的深度時，外力就已卸掉，這樣坯體中氣體不易排出，就難以得到較為理想的坯體，會導致坯體出現分層以及存在氣泡等現象。同時保壓時間應均勻一致，否則會引起產品厚薄不均，造成廢品。

　　e、脫模方式和脫模速度

　　干壓脫模時一般采用工具將坯體從模腔中頂出，脫模速度要均勻緩慢，如不注意會引起坯體開裂。實踐表明脫模時脫模工具要平整，否則會引起坯體受力不均而造成開裂。總之，干壓成型和上述幾方面因素都有關系，要成型出理想的坯體，以上各方面都要控制好。

　　3、等靜壓成型

　　對形狀特殊和尺寸大的氧化鋯結構陶瓷，需采用等靜壓成型。等靜壓成型的坯體由于各方向所受壓力均勻相等，且壓力大，因此成型后的坯體密度高，均勻性好，燒成收縮小，不易變形、開裂、分層。該成型方法可避免干壓時易出現的分層，特別是成型較厚的氧化鋯制品，干壓時極易出現分層，而等靜壓成型則可避免，因此該成型方法是生產氧化鋯制品常用的方法。但等靜壓成型后的坯體需要加工，因此會浪費一部分原料，同時由于坯體很硬，加工比較麻煩，且加工速度要求緩慢，否則坯體易發生斷裂，生產效率不高。

　　二、燒成

　　氧化鋯在不同溫度下，存在著三種同質異形體，即立方晶系、單斜晶系和四方晶系。氧化鋯晶形的轉變溫度如下：

　　由單斜晶系轉化為四方晶系時伴有7％左右的體積變化。加熱時由單斜一氧化鋯轉變為四方一氧化鋯發生體積收縮；冷卻時由四方一氧化鋯轉變為單斜一氧化鋯發生體積膨脹，這種收縮與膨脹并不發生在同一溫度，前者約為1200℃，后者約為1000℃。

　　氧化鋯陶瓷的燒結溫度隨原料的制備方法、細度、添加劑種類和加入量的多少而不同，一般在1500～1650℃之間，因此氧化鋯陶瓷沒有統一的燒成曲線，其適宜的燒成制度要通過燒成試驗能得到。氧化鋯陶瓷的燒成由于伴隨著體積的變化，很容易出現開裂，因此燒成曲線的選擇在氧化鋯陶瓷燒成過程中是非常重要的。要注意控制升溫速率，特別在其晶相轉變溫度區域內，升溫速率要放慢，對厚胎和大件制品更要注意升溫速率。在1100℃以上降溫速率也要控制好，不能太快，否則也會出現開裂。

　　氧化鋯材料有多種優異性能，特別是具有增韌的作用，因而被作為韌性陶瓷廣泛地應用的。它具有高的韌性、高的抗彎強度、高的硬度和耐磨性等特點，更顯示出應用的廣泛性。它在機械、電子、石油、化工、航天、紡織、精密測量儀器、精密機床、生物工程和醫療器械等行業有著廣泛的應用前景。日用陶瓷刀具的日益普及，也使得氧化鋯結構陶瓷開始進軍日用陶瓷領域。氧化鋯結構陶瓷作為氧化鋯的一個最重要的應用領域，目前越來越為人們所重視，行業前景光明。

　　陶瓷機械有關磨具的基本特征

　　磨具按其原料來源分，有天然磨具和人造磨具兩類。機械工業中常用的天然磨具只有油石。人造磨具按基本形狀和結構特征區分，有砂輪、磨頭、油石，砂瓦和涂附磨具五類。此外，習慣上也把研磨劑列為磨具的一類。

　　磨具除在機械制造和其他金屬加工工業中被廣泛采用外，還用于糧食加工、造紙工業和陶瓷、玻璃、石材、塑料、橡膠、木材等非金屬材料的加工。

　　磨具的主要特征包括磨料、粒度、硬度、組織和結合劑等五個因素。根據不同用途進行適當的選擇可直接提高加工質量和生產效率。

　　磨料

　　磨具使用的磨料主要有棕剛玉、白剛玉、黑碳化硅和綠碳化硅等。

　　棕剛玉韌性高，適宜磨削碳鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵、硬青銅等抗張強度高的材料。白剛玉比棕剛玉有較高的硬度，切削性能較好，適于淬火鋼、高碳鋼、高速工具等材料的精磨工序。

　　黑碳化硅硬度高，性脆而鋒利，適于磨削、切割抗張強度低的材料，如：鑄鐵、玻璃、陶瓷、石料、耐火物等。

　　綠碳化硅較黑硅化硅純度高。適于磨削硬質合金、光學玻璃、寶石、瑪瑙等硬脆材料。

　　粒度

　　粒度的選擇主要取決于對工件表面的加工精度和生產效率的要求。粗粒度及中等粒度的磨具適用于粗加工及半精加工，而細粒度磨具，則應用于精加工及超精加工。被磨削的物理機械性能也系決定粒度的因素，硬度低，延展性及韌性大的材料宜用粗粒度磨具加工，而硬度高性脆的材料宜用細粒度的磨具。

　　組織

　　磨具的組織指組成磨具的磨料，結合劑和氣孔三者的體積比例關系。磨料少、氣孔率大稱為松組織，反之為緊密組織。

　　緊密組織的磨具，宜用于精磨，成型磨及加工留間小而表面光潔度要求高的工件。

　　中等組織的磨具廣泛用于一般留量工件的磨削工作。

　　松組織的磨具適用于平面，內圓等接觸面大的磨削加工及磨削膨脹敏感的工件及軟質材料的工件。

　　硬度

　　磨具表面的磨料被結合劑固定在一起的強度。或在外力作用下，脫落的難易程度，稱為磨具的硬度。