淄博贏馳陶瓷：ZTA是怎么燒結(jié)出來的？

一、燒結(jié)前的準(zhǔn)備：粉體與成型

1. 原料選擇

• 氧化鋁粉（Al?O?）：高純度（≥99.5%），亞微米或納米級，保證高硬度和致密性。

• 氧化鋯粉（ZrO?）：通常為 Y?O? 穩(wěn)定的四方氧化鋯（Y-TZP），如 3 mol% Y?O?-ZrO?，確保室溫下保留可相變的四方相。

2. 粉體混合

• 按設(shè)計(jì)比例（如 80% Al?O? + 20% ZrO?）精確稱量。

• 在球磨機(jī)中長時間濕法球磨（數(shù)小時至數(shù)十小時），使兩種粉體均勻混合，避免團(tuán)聚。

• 加入分散劑、粘結(jié)劑等助劑，提升成型性能。

3. 成型

常用方法包括：

• 干壓成型：適合簡單形狀（如圓片、方塊），效率高。

• 冷等靜壓（CIP）：壓力均勻，坯體密度高、缺陷少。

• 注塑/流延成型：用于薄片或復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

此時得到的是“生坯”——強(qiáng)度低、多孔，需通過燒結(jié)變成致密陶瓷。

二、核心步驟：燒結(jié)（Sintering）

燒結(jié)是在高溫下讓陶瓷顆粒結(jié)合、氣孔排出、材料致密化的過程。ZTA常用以下幾種燒結(jié)方式：

1. 常壓燒結(jié)（Pressureless Sintering）

• 溫度：1500°C – 1650°C

• 氣氛：空氣（氧化氣氛）

• 保溫時間：1–4 小時

• 特點(diǎn)：

• 成本低，適合大批量生產(chǎn)；

• 需要高活性粉體才能充分致密；

• 可能殘留少量氣孔（密度約96–99%理論密度）。

2. 熱壓燒結(jié)（Hot Pressing, HP）

• 在高溫 + 單軸壓力（20–50 MPa）下同時進(jìn)行。

• 溫度更低（1300–1500°C），致密度更高（>99.5%）。

• 優(yōu)點(diǎn)：晶粒細(xì)小、力學(xué)性能優(yōu)異。

• 缺點(diǎn)：設(shè)備貴、只能做簡單形狀、成本高。

3. 放電等離子燒結(jié)（SPS）

• 利用脈沖電流直接加熱模具和粉體，升溫極快（幾分鐘內(nèi)達(dá)1500°C）。

• 超快致密化，抑制晶粒長大。

• 能制備納米晶ZTA，性能更優(yōu)，但主要用于科研或高端應(yīng)用。

? 關(guān)鍵控制點(diǎn)：

• 燒結(jié)溫度不能過高，否則氧化鋯會從四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕啵ピ鲰g能力；

• 升溫/降溫速率要合理，避免熱應(yīng)力開裂；

• 保溫時間影響晶粒尺寸——晶粒太大會削弱強(qiáng)度。

三、燒結(jié)后的處理

1. 研磨與拋光
   ZTA燒結(jié)后硬度極高，需用金剛石砂輪或磨料進(jìn)行精密加工，達(dá)到所需尺寸和表面粗糙度。

2. 性能檢測
   包括密度、硬度、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性等，確保符合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

四、為什么燒結(jié)對ZTA特別重要？

因?yàn)閆TA的增韌效果高度依賴微觀結(jié)構(gòu)：

• 氧化鋯顆粒必須細(xì)小（<1 μm）且均勻分散在氧化鋁基體中；

• 燒結(jié)不當(dāng)會導(dǎo)致：

• 氧化鋯團(tuán)聚 → 增韌失效；

• 晶粒異常長大 → 強(qiáng)度下降；

• 殘余氣孔 → 成為裂紋源。

所以，“好ZTA = 好粉體 + 好燒結(jié)”！

總結(jié)一句話：

ZTA是通過將高純氧化鋁與穩(wěn)定氧化鋯粉體均勻混合、壓制成型，再在1500–1650°C高溫下燒結(jié)致密化而成；控制燒結(jié)工藝，才能讓氧化鋯發(fā)揮“相變增韌”作用，造就既硬又韌的高性能陶瓷。