99氧化鋁陶瓷硬度及脆性分析

　　99氧化鋁陶瓷是指氧化鋁含量高于99%的工程陶瓷，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5593-1999的規(guī)定，99氧化鋁陶瓷材料硬度、強(qiáng)度高、膨脹系數(shù)低、并且絕緣、耐磨、耐腐蝕，在機(jī)械制造、航空航天、精密儀表、石油化工等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

　　氧化鋁陶瓷零件通常采用熱壓燒結(jié)成型，由于燒結(jié)常常會帶來變形和收縮，一般都需要進(jìn)一步精加工來保證零件的尺寸精度和形狀精度。但氧化鋁陶瓷材料一般彈性模量相當(dāng)大、硬度高、脆性大，裂紋敏感性強(qiáng)，因此，其機(jī)械加工難度主要表現(xiàn)在加工硬度和加工脆性上。

　　氧化鋁陶瓷的加工硬度：AL203主要有α、β、γ三種結(jié)晶形態(tài)，其中α-AL203結(jié)晶形態(tài)中最穩(wěn)定，1300℃時I3和γ結(jié)晶幾乎完全轉(zhuǎn)變?yōu)?alpha;結(jié)晶。在α-AL203結(jié)晶形態(tài)中鋁離子與氧離子形成的原子鍵多為共價鍵、離子鍵或是它們的混合鍵，因此原子間的結(jié)合能很高且具有很強(qiáng)的方向性，其具體表現(xiàn)為材料脆性大、塑性變形小、易產(chǎn)生裂紋；其硬度相當(dāng)于碳化物硬質(zhì)合金的硬度，比鋼高好幾倍，通常高純度氧化鋁陶瓷密度可達(dá)3980（Kg-m4），抗拉強(qiáng)度達(dá)260（MPa)，彈性模量在350-400（GPa）之間，抗壓強(qiáng)度為2930（MPa），特別是其硬度可達(dá)99HRA。99氧化鋁陶瓷強(qiáng)度、硬度有所降低，根據(jù)我們對實驗樣件的測定，其常溫下硬度也達(dá)到70HRA。

　　氧化鋁陶瓷的加工脆性：通常情況下氧化鋁陶瓷的顯微組織為等軸晶粒，是由離子鍵或共價鍵所組成的多晶結(jié)構(gòu)，因此斷裂韌性較低，在外部載荷的作用下，應(yīng)力就會使陶瓷表面產(chǎn)生細(xì)微的裂紋，而裂紋則會快速擴(kuò)展而出現(xiàn)脆性斷裂，因此在氧化鋁陶瓷切削過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)崩豁現(xiàn)象，即在陶瓷表面出現(xiàn)崩裂的小豁口。

　　出現(xiàn)崩豁現(xiàn)象的原因是：

　　(1)材料被切除部分和已加工表面最終分離是通過拉伸破壞引起，這不是正常切削的結(jié)果。

　　（2）崩碎切削變形帶來的龜裂一般是順著工件表面一直往下開裂的，此時，由于切削拉應(yīng)力將切削和相粘結(jié)的工件基體一起剝落而形成崩豁現(xiàn)象。需注意的是拉應(yīng)力越大，造成的崩豁現(xiàn)象就越嚴(yán)重，可能會導(dǎo)致整個工件的浪費(fèi)。