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白刚玉陶瓷制品强度低,是怎么回事

作者: 发布时间:2025-06-23 18:04:05 来源: 人气:
白刚玉粉末生产的陶瓷制品强度低、易断裂,可能由以下原因导致,需从原料、工艺和后期处理等方面综合分析:
    1.原料问题
    粉末纯度与杂质:白刚玉(α-Al₂O₃)纯度不足时,杂质(如SiO₂、Na₂O等)会形成低熔点玻璃相,削弱晶界结合力。
    颗粒尺寸与分布:颗粒过粗或分布不均会导致烧结致密度下降;过细的粉末可能因团聚而形成孔隙。
    添加剂不当:若使用烧结助剂(如MgO、Y₂O₃)比例不合适,可能无法有效促进致密化或导致晶界弱化。
    2.成型工艺缺陷
    成型压力不足:干压或等静压成型时压力不够,坯体初始密度低,烧结后孔隙率高。
    坯体不均匀:粉末混合或填充不均,导致局部应力集中,易从薄弱处断裂。
    3.烧结工艺不当
    烧结温度不足:白刚玉需高温(通常1600°C以上)才能充分致密化。温度过低会导致颗粒间未形成强结合。
    保温时间不足:致密化过程未完成,残留气孔或未完全烧结的晶界。
    升/降温速率不合理:过快升温可能导致裂纹,过快冷却会引入内应力。
    4.微观结构缺陷
    孔隙率高:气孔(尤其是闭孔)是裂纹扩展的源头,显著降低强度。
    晶粒异常长大:过大的晶粒(如几十微米)会降低材料的断裂韧性。
    晶界污染:杂质在晶界富集,形成脆性相(如硅酸盐玻璃相)。
    5.后期加工或使用问题
    机械损伤:加工过程中产生的微裂纹未被检测到。
    热震或环境侵蚀:骤冷骤热或潮湿环境可能导致应力腐蚀。
    解决方案建议
    原料优化
    使用高纯度(≥99.5%)白刚玉粉末,控制颗粒尺寸(D50建议1-5μm,窄分布)。
    添加适量烧结助剂(如0.1-0.5wt%MgO)抑制晶粒过度生长。
    工艺改进
    成型:提高干压压力(如200-300MPa)或采用等静压;必要时加入粘结剂(如PVA)提高坯体强度。
    烧结:
    分段烧结:低温排胶(600°C以下),高温烧结(1600-1800°C,视具体配方)。
    延长保温时间(2-4小时)或采用热等静压(HIP)后处理减少孔隙。
    微观结构调控
    通过SEM观察断口,确认气孔分布和晶粒尺寸。
    若晶粒过大,可尝试降低烧结温度或缩短保温时间。
    性能测试
    测量实际密度(需达到理论密度的95%以上)。
    通过三点弯曲试验定量评估抗弯强度(白刚玉陶瓷通常应≥300MPa)。
    典型案例
    问题:某企业使用白刚玉制备坩埚,烧结后强度不足。
    原因分析:SEM显示晶界处存在SiO₂富集相,源于原料杂质。
    解决:换用高纯原料,添加0.3wt%MgO,烧结温度从1650°C提升至1750°C,强度提高2倍。

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