Плотность является ключевым показателем для измерения качества износостойкой керамики, и ее формула расчета: Плотность = Масса ÷ Объем. В процессе высокотемпературного спекания износостойкой керамики масса заготовки изменяется незначительно из-за испарения небольшого количества воды и примесей, в то время как скорость усадки объема может достигать более 40%. Эта характеристика «незначительного изменения массы и резкого уменьшения объема» напрямую приводит к значительному увеличению плотности износостойкой керамики. Поэтому усадка объема является ключевым фактором, определяющим увеличение плотности износостойкой керамики. Итак, почему износостойкая керамика демонстрирует такую значительную усадку объема на стадии спекания? Конкретные причины можно резюмировать следующим образом:
Устранение пор и выход газов
Основным сырьем для износостойкой керамики является порошок оксида алюминия. После того, как порошок сформирован в заготовку методом сухого прессования, шликерного литья и других процессов формования, он заполнен большим количеством пор – включая открытые поры, образованные скоплением частиц, и закрытые поры, заключенные частицами. В то же время поверхность частиц порошка также адсорбирует газы, такие как воздух и водяной пар. Когда температура спекания поднимается до высокотемпературного диапазона 1600℃, поры внутри заготовки расширяются из-за нагрева. Первоначально изолированные закрытые поры постепенно соединяются, образуя каналы пор; по мере дальнейшего повышения температуры газы быстро выходят по каналам, и большое количество пор постепенно устраняется. Между тем, частицы оксида алюминия, не имея поддержки пор, постоянно сближаются и плотно упаковываются под действием поверхностной энергии, что напрямую приводит к значительному уменьшению объема заготовки, закладывая основу для увеличения плотности.
Испарение воды и разложение примесей
Даже при использовании сырья высокой чистоты в порошке останутся следовые количества воды и примесей, хотя содержание примесей намного ниже, чем у обычного сырья. Во время процесса нагрева при спекании сначала испаряется свободная вода в заготовке; по мере дальнейшего повышения температуры следовые примеси, такие как карбонаты и сульфаты в порошке, подвергаются реакциям разложения, превращаясь в газы, такие как диоксид углерода и диоксид серы, которые затем удаляются из заготовки. Испарение воды и разложение примесей не только уменьшают «неэффективное пространство» внутри заготовки, но и позволяют частицам оксида алюминия преодолевать препятствия, создаваемые примесями, что приводит к более прочной связи между ними, тем самым еще больше усугубляя усадку объема.
Перегруппировка частиц и уплотнение структуры
Когда температура спекания достигает диапазона активности спекания порошка оксида алюминия, кинетическая энергия атомов частиц значительно увеличивается, а их текучесть повышается. В некоторых локализованных областях заготовки небольшое количество жидкой фазы образуется из-за действия добавок для спекания. Под действием как поверхностной энергии, так и капиллярных сил частицы оксида алюминия мигрируют, скользят и перестраиваются, самопроизвольно заполняя поры, образовавшиеся в результате выхода газов, испарения воды и разложения примесей. Одновременно контакт между частицами постепенно переходит от точечного контакта после формования к поверхностному контакту, кристаллическая структура непрерывно оптимизируется, и зерна начинают расти, образуя непрерывную сеть границ зерен. Этот процесс не только служит основной движущей силой усадки объема, но и значительно увеличивает плотность заготовки износостойкой керамики, что в конечном итоге приводит к тому, что готовый продукт обладает превосходной твердостью и износостойкостью.
В заключение, в процессе спекания износостойкой керамики, хотя выход газов, испарение воды и разложение примесей могут привести к небольшому уменьшению массы заготовки, их влияние практически незначительно по сравнению с усадкой объема до 40%. Именно эта значительная усадка объема обеспечивает резкое увеличение плотности износостойкой керамики. Поэтому плотность является не только важным показателем для измерения качества изделий из износостойкой керамики, но и основной основой для определения соответствия степени спекания стандартам и плотности внутренней структуры.
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!
