新型氧化鋯陶瓷與精細(xì)工藝研究成果

　?。?）氧化鋯陶瓷在粉末制備：

　　目前氧化鋯陶瓷最引人注目的是超高溫技術(shù)。利用超高溫技術(shù)不但可廉價(jià)地研制氧化鋯陶瓷，還可廉價(jià)地研制新型玻璃，如光纖維、磁性玻璃、混合集成電路板、零膨脹結(jié)晶玻璃、高強(qiáng)度玻璃、人造骨頭和齒棍等。此外，利用超高溫技術(shù)還可以研制出象鉭、鉬、鎢、釩鐵合金和鈦等能夠應(yīng)用于太空飛行、海洋、核聚變等領(lǐng)域的材料。例如日本在4000—15000℃和一個(gè)大氣壓以下制造金鋼石，其效率比現(xiàn)在普遍采用的低溫低壓等離子體技術(shù)高一百二十倍。

　　氧化鋯陶瓷超高溫技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：能生產(chǎn)出用以往方法所不能生產(chǎn)的物質(zhì)；能夠獲得純度極高的物質(zhì)：生產(chǎn)率會(huì)大幅度提高；可使作業(yè)程序簡化、易行。目前，氧化鋯陶瓷在超高溫技術(shù)方面居先進(jìn)地位的是日本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年日本超高溫技術(shù)的氧化鋯陶瓷市場(chǎng)規(guī)模也將會(huì)超過20萬億日元。此外，溶解法制備粉末、化學(xué)氣相沉積法制備陶瓷粉末、溶膠K凝膠法生產(chǎn)莫來石超細(xì)粉末以及等離子體氣相反應(yīng)法等也引起了人們的關(guān)注。在這幾種方法中，絕大部分是近年開發(fā)研究出來的或是在近期得以完善的。

　　(2)氧化鋯陶瓷成型：

　　氧化鋯陶瓷成型方法大體分為干法成型和濕法成型兩大類，干法成型包括鋼模壓制成型、等靜壓成型、超高壓成型、粉末電磁成型等；濕法成型大致可分為塑性成型和膠態(tài)澆注成型兩大類。近些年來膠態(tài)成型和固體無模成型技術(shù)在氧化鋯陶瓷的成型研究中也取得了較為快速的發(fā)展。

　　氧化鋯陶瓷膠態(tài)成形是高分散陶瓷漿料的濕法成形，與干法成形相比，可以有效控制團(tuán)聚，減少缺陷。無模成形實(shí)際上是快速原型制造技術(shù)(Rapidprototypingmanufacturingtechnology,RP&M)在制備氧化鋯陶瓷材料中的應(yīng)用。氧化鋯陶瓷材料膠態(tài)無模成形過程是通過將含或不含粘結(jié)劑的氧化鋯陶瓷漿料在一定的條件下直接從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，然后按照RP&M的原理逐層制造得到氧化鋯陶瓷生坯的過程。成形后的生坯一般都具備良好的流變學(xué)特性，可以保證后處理過程中不變形。

　　氧化鋯陶瓷成型技術(shù)未來的發(fā)展將集中于以下幾個(gè)發(fā)面：

　　a.進(jìn)一步開發(fā)已經(jīng)提出的各種氧化鋯陶瓷無模成形技術(shù)在制備不同陶瓷材料中的應(yīng)用；

　　b.氧化鋯陶瓷性能更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)層以及在層內(nèi)的穿插、交織、連接結(jié)構(gòu)和成分三維變化的設(shè)計(jì)；

　　c.氧化鋯陶瓷大型異形件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造；

　　d.氧化鋯陶瓷微結(jié)構(gòu)的制造及實(shí)際應(yīng)用；

　　e.進(jìn)一步開發(fā)氧化鋯陶瓷無污染和環(huán)境協(xié)調(diào)的新技術(shù)。

　　(3)氧化鋯陶瓷燒結(jié)：

　　氧化鋯陶瓷制品因其特殊的性能要求，需要用不同于傳統(tǒng)陶瓷制品的燒成工藝與燒結(jié)技術(shù)。隨著氧化鋯陶瓷工業(yè)的發(fā)展，其燒成機(jī)理、燒結(jié)技術(shù)及特殊的窯爐設(shè)施的研究取得突破性的進(jìn)展。目前特種陶瓷的主要燒結(jié)方法有：常壓燒結(jié)法、熱壓燒結(jié)/熱等靜壓燒結(jié)法、反應(yīng)燒結(jié)法、液相燒結(jié)法、微波燒結(jié)法、電弧等離子燒結(jié)法、自蔓延燒結(jié)法、氣相沉積法等。

　　(4)氧化鋯陶瓷的精密加工：

　　氧化鋯陶瓷屬于脆性材料，硬度高、脆性大，其物理機(jī)械性能(尤其是韌性和強(qiáng)度)與金屬材料有較大差異，加工性能差，加工難度大。因此，研究氧化鋯陶瓷材料的磨削機(jī)理，選擇最佳的磨削方法是當(dāng)前要解決的主要問題。

　　近年來興起的氧化鋯陶瓷磨削加工方法主要有：

　　a.超聲波振動(dòng)磨削加工方法

　　b.在線電解修整金剛石砂輪磨削加工方法

　　c.電解、電火花復(fù)合磨削加工工藝

　　d.電化學(xué)在線控制加工方法

　　采用刀具加工氧化鋯陶瓷也引起了人們的極大興趣。目前，這方面的工作僅處于研究實(shí)驗(yàn)階段，由于用超高精度的車床和金剛石單晶車刀進(jìn)行加工，以微米數(shù)量級(jí)的微小吃刀深度和微小的走刀量，能獲得0.1微米左右的加工精度，因而許多國家把這種加工技術(shù)作為超精密加工的一個(gè)方面而加以開發(fā)研究。在我國新型氧化鋯陶瓷與精細(xì)工藝國家實(shí)驗(yàn)室在這方面的研究成果已位居世界前列。
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