本文主要是以氧化鋁陶瓷為基本的研究對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)的方法，對(duì)氧化鋁陶瓷不同方面的性能進(jìn)行研究。主要包含了氧化鋁陶瓷的制作工藝流程，通過(guò)氧化鋁制作過(guò)程中不同成分的添加劑的數(shù)量和容量、不同的燒結(jié)溫度、不同物料顆粒度等因素對(duì)氧化鋁陶瓷耐磨性能的影響進(jìn)行研究，從而得出不同條件下的氧化鋁陶瓷的性能和耐磨性，希望能夠?qū)窈蠊I(yè)產(chǎn)品的研發(fā)和相關(guān)耐磨材料的應(yīng)用提供相應(yīng)有價(jià)值的信息。
氧化鋁陶瓷作為一種結(jié)構(gòu)陶瓷，其性能有一系列的優(yōu)點(diǎn)。熔點(diǎn)高，其融化溫度可以較高達(dá)到2050℃，可以在不同的化學(xué)條件下保持其固有的物理性能，不管是在很酸還是很堿的狀態(tài)下，都能保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。其中氧化鋁陶瓷根據(jù)其組成的不同的結(jié)晶成分，其機(jī)械強(qiáng)度也有所不同，高性能的陶瓷其強(qiáng)度和電阻率水平都很高，并且可以實(shí)現(xiàn)很高水平的絕緣能力，不易受到周圍環(huán)境的影響，物理性能和化學(xué)性能都很佳。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，氧化鋁陶瓷已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于化工、機(jī)械制造、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，并隨著性能的提升逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，對(duì)氧化鋁性能的研究在很多行業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)中都有很高的現(xiàn)實(shí)意義。以下是針對(duì)氧化鋁陶瓷的性能研究的具體試驗(yàn)過(guò)程。
1氧化鋁陶瓷的制作
1.1制作氧化鋁陶瓷所需的設(shè)備
氧化鋁的制作主要采用的材料是三氧化二鋁，同時(shí)以氧化鎂作為試驗(yàn)的添加劑和催化劑。試驗(yàn)中主要采用的設(shè)備有：①燒結(jié)爐，由于氧化鋁的熔點(diǎn)很高，所以本次試驗(yàn)主要采用很高溫電爐。②球磨機(jī)，主要是將破碎之后的材料再進(jìn)行進(jìn)一步的粉碎工作。③真空干燥箱，由于氧化鋁的制作是一個(gè)化學(xué)過(guò)程，其制定過(guò)程就是一個(gè)氧化過(guò)程，所以該反應(yīng)的過(guò)程需要保證一個(gè)真空的環(huán)境，干燥箱在工作的同時(shí)可以往內(nèi)部空間注入足量的不含氧的氣體，保證反應(yīng)中各個(gè)物料可以隨時(shí)保持干燥的狀態(tài)。④壓力成型設(shè)備。⑤在氧化鋁制作完成的后期，需要進(jìn)行一些磨刃工作，采用工具磨床，其性能優(yōu)越，精度高同時(shí)剛性強(qiáng)有很佳的實(shí)用性。⑥摩擦試驗(yàn)機(jī)，用于試驗(yàn)后期對(duì)于氧化鋁陶瓷成品的耐磨性進(jìn)行試驗(yàn)。
1.2氧化鋁陶瓷制作的工藝流程
氧化鋁陶瓷制作的過(guò)程，主要采用氧化鋁粉為主要的原材料同時(shí)采用氧化鎂為添加劑，運(yùn)用干壓成型的手段燒結(jié)制成試驗(yàn)所需的氧化鋁陶瓷，具體的工藝流程如圖1所示。如圖1所示，氧化鋁陶瓷的制作首先要取料，實(shí)驗(yàn)所需的三氧化二鋁、二氧化鋅和氧化鎂，分別計(jì)算出不同的克數(shù)重量，用天平進(jìn)行詳細(xì)的稱重取料。第二步，將PVA溶液按照不同的材料配比進(jìn)行配置。第三步，將、二步中所配置好的原材料的PVA溶液進(jìn)行混料、球磨，這個(gè)過(guò)程的時(shí)間一般為12h左右，保證球磨的轉(zhuǎn)速在900r/min，并采用蒸餾水進(jìn)行球磨工作。第四步，利用真空干燥箱將準(zhǔn)備好的原材進(jìn)行脫水干燥，其工作溫度保持在80~90℃。第五步，先造粒再成型。將上一步干燥過(guò)的原材料于油壓千斤頂進(jìn)行壓制。第六步，對(duì)氧化鋁產(chǎn)品進(jìn)行燒結(jié)固定、成型。較后就是對(duì)氧化鋁陶瓷產(chǎn)品的拋光打磨，這一步分為兩個(gè)過(guò)程，首先采用砂輪機(jī)將陶瓷產(chǎn)品的大部分多余的大顆粒物質(zhì)磨除，再使用細(xì)砂紙對(duì)陶瓷產(chǎn)品的部分區(qū)域進(jìn)行細(xì)微的磨擦和修飾，較后在對(duì)整個(gè)氧化鋁陶瓷產(chǎn)品進(jìn)行拋光，至此氧化鋁陶瓷產(chǎn)品制作完成，圖2為配方煅燒升溫曲線。
2氧化鋁陶瓷耐磨性的實(shí)驗(yàn)
首先，保證實(shí)驗(yàn)的對(duì)比性，要設(shè)立不同的分組和參照組。將不同配比材料的實(shí)驗(yàn)樣品分別進(jìn)行編號(hào)，同時(shí)放入同等物質(zhì)條件的燒杯中，將所有實(shí)驗(yàn)樣品在清洗器中采用很聲波清洗機(jī)，之后將所有實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行干燥處理。注意在每次實(shí)驗(yàn)開始之前，都要將容器中的實(shí)驗(yàn)溶液倒掉更新，防止容器中出現(xiàn)鐵銹進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)的效果。
上述工作都準(zhǔn)備完成之后，將氧化鋁陶瓷的實(shí)驗(yàn)樣品安裝在磨損試驗(yàn)機(jī)上，其中磨損試驗(yàn)機(jī)需安裝磨擦環(huán)以固定實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行磨擦，按照設(shè)備的操作程序，開始關(guān)于氧化鋁陶瓷耐磨性的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。在樣品保持不變的情況下，對(duì)實(shí)驗(yàn)機(jī)器的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般觀察三個(gè)不同轉(zhuǎn)速的磨擦系數(shù)。觀察在不同轉(zhuǎn)速的條件下實(shí)驗(yàn)樣品與摩擦環(huán)的接觸，在實(shí)驗(yàn)樣品與磨擦環(huán)接觸的過(guò)程中，機(jī)器自帶的傳感器會(huì)將摩擦換與實(shí)驗(yàn)樣品的磨擦數(shù)據(jù)傳到終端，不同條件下的樣品摩擦系數(shù)都會(huì)得到相應(yīng)的結(jié)果，隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，可以得到不同時(shí)間不同轉(zhuǎn)速條件下的磨擦系數(shù)曲線。
3氧化鋁陶瓷耐磨性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
3.1不同含量的添加劑的影響
通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，研究了不同添加劑含量的氧化鋁陶瓷的耐磨性能。圖3是根據(jù)不同含量的氧化鎂，其氧化鋁陶瓷所呈現(xiàn)出的磨擦性能的對(duì)比。
通過(guò)對(duì)圖3的分析可以看出，不同含量的氧化鎂對(duì)于氧化鋁陶瓷的磨擦性能的影響也是不同的。在氧化鋁產(chǎn)品進(jìn)入一個(gè)相對(duì)平衡的階段時(shí)，隨著氧化鎂含量的增加，其磨擦系數(shù)呈現(xiàn)了一個(gè)先減小然后然后逐步增加的趨勢(shì)，在含量為0.4%時(shí)陶瓷產(chǎn)品的磨擦系數(shù)較小。也就是說(shuō)，氧化劑的添加是有一個(gè)較佳的配比，過(guò)多或者過(guò)少，都會(huì)影響陶瓷產(chǎn)品的耐磨性。在分子的組成之間，各個(gè)晶體通過(guò)自身的彈性和擴(kuò)散性能，在磨擦的過(guò)程中彼此都產(chǎn)生了微弱的阻力，當(dāng)晶體之間的強(qiáng)度比較弱時(shí)，晶體與晶體之間容易出現(xiàn)斷裂，那么產(chǎn)品表面就會(huì)形成相應(yīng)的磨損顆粒。隨著氧化鎂這種添加劑的進(jìn)入，可以有效的調(diào)節(jié)各個(gè)晶體之間的異性，有效的降低因?yàn)閿嗔旬a(chǎn)生的磨損，提高陶瓷產(chǎn)品的耐磨性，從而降低磨擦系數(shù)。但是如果原材料中出現(xiàn)了過(guò)多的氧化鎂添加劑，就會(huì)造成氧化鋁陶瓷產(chǎn)品表面過(guò)多的鋁鎂晶石，影響晶體晶粒的相互擴(kuò)散，從而使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品表面出現(xiàn)磨損顆粒，產(chǎn)品的磨擦系數(shù)也會(huì)隨之增大。
3.2不同燒結(jié)溫度的影響
在產(chǎn)品制作后期的燒結(jié)溫度，可以影響氧化鋁陶瓷很多方面的性能，圖4是根據(jù)不同溫度條件下的氧化鋁陶瓷產(chǎn)品的磨擦系數(shù)的對(duì)比。
通過(guò)對(duì)圖4的分析可以得出，在陶瓷產(chǎn)品進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定的階段之后，在其它條件保持相同的情況下，陶瓷產(chǎn)品的磨擦系數(shù)會(huì)隨著溫度的升高而逐漸降低。
在陶瓷產(chǎn)品燒結(jié)的過(guò)程中，隨著溫度的升高，其液相的量會(huì)增多，液相狀態(tài)下物體表面可以保有很大的張力，使各個(gè)顆粒和分子可以實(shí)現(xiàn)緊密結(jié)合，并實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)細(xì)小氣孔的填充，從而延緩三氧化二鋁顆粒的變大，加上每個(gè)細(xì)小分子之間的顆粒作用，在物體表面會(huì)到處填充，減少陶瓷產(chǎn)品表面的氣孔，使陶瓷產(chǎn)品表面形成一個(gè)相對(duì)緊致、飽滿的狀態(tài)，大大的降低磨擦系數(shù)。
3.3不同物料顆粒粒度及其分布對(duì)性能的影響
本次對(duì)比試驗(yàn)的漿料細(xì)度基本達(dá)到2000目，漿料細(xì)度越細(xì)，顆粒表面積越大，比表面能也越大，燒結(jié)反應(yīng)速率快，燒結(jié)溫度也會(huì)有所降低。同時(shí)，因細(xì)度越細(xì)，成核結(jié)晶排列致密，在急冷階段使液相包裹成核結(jié)晶時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成孔洞幾率越小，這也會(huì)大大降低了瓷球的磨耗。因此，在投入生產(chǎn)中必須注重漿料細(xì)度的控制。
4結(jié)語(yǔ)
通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可以得知，不同的組成材料對(duì)于陶瓷產(chǎn)品的物理性能和磨擦系數(shù)的影響是不同的。本文通過(guò)對(duì)不同劑量的添加劑、不同的燒結(jié)溫度和不同物料顆粒粒度三個(gè)方面對(duì)氧化鋁陶瓷材料的耐磨性進(jìn)行研究，分析各個(gè)因素對(duì)陶瓷產(chǎn)品不同的影響，從而得出氧化鋁陶瓷產(chǎn)品的優(yōu)越耐磨性的結(jié)論。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，氧化鋁陶瓷在未來(lái)還可以有更多方向的應(yīng)用和發(fā)展。