淄博赢驰陶瓷：ZTA是怎么烧结出来的？

一、烧结前的准备：粉体与成型

1. 原料选择

• 氧化铝粉（Al₂O₃）：高纯度（≥99.5%），亚微米或纳米级，保证高硬度和致密性。

• 氧化锆粉（ZrO₂）：通常为 Y₂O₃ 稳定的四方氧化锆（Y-TZP），如 3 mol% Y₂O₃-ZrO₂，确保室温下保留可相变的四方相。

2. 粉体混合

• 按设计比例（如 80% Al₂O₃ + 20% ZrO₂）精确称量。

• 在球磨机中长时间湿法球磨（数小时至数十小时），使两种粉体均匀混合，避免团聚。

• 加入分散剂、粘结剂等助剂，提升成型性能。

3. 成型

常用方法包括：

• 干压成型：适合简单形状（如圆片、方块），效率高。

• 冷等静压（CIP）：压力均匀，坯体密度高、缺陷少。

• 注塑/流延成型：用于薄片或复杂结构。

此时得到的是“生坯”——强度低、多孔，需通过烧结变成致密陶瓷。

二、核心步骤：烧结（Sintering）

烧结是在高温下让陶瓷颗粒结合、气孔排出、材料致密化的过程。ZTA常用以下几种烧结方式：

1. 常压烧结（Pressureless Sintering）

• 温度：1500°C – 1650°C

• 气氛：空气（氧化气氛）

• 保温时间：1–4 小时

• 特点：

• 成本低，适合大批量生产；

• 需要高活性粉体才能充分致密；

• 可能残留少量气孔（密度约96–99%理论密度）。

2. 热压烧结（Hot Pressing, HP）

• 在高温 + 单轴压力（20–50 MPa）下同时进行。

• 温度更低（1300–1500°C），致密度更高（>99.5%）。

• 优点：晶粒细小、力学性能优异。

• 缺点：设备贵、只能做简单形状、成本高。

3. 放电等离子烧结（SPS）

• 利用脉冲电流直接加热模具和粉体，升温极快（几分钟内达1500°C）。

• 超快致密化，抑制晶粒长大。

• 能制备纳米晶ZTA，性能更优，但主要用于科研或高端应用。

✅ 关键控制点：

• 烧结温度不能过高，否则氧化锆会从四方相转变为单斜相，失去增韧能力；

• 升温/降温速率要合理，避免热应力开裂；

• 保温时间影响晶粒尺寸——晶粒太大会削弱强度。

三、烧结后的处理

1. 研磨与抛光
   ZTA烧结后硬度极高，需用金刚石砂轮或磨料进行精密加工，达到所需尺寸和表面粗糙度。

2. 性能检测
   包括密度、硬度、抗弯强度、断裂韧性等，确保符合应用标准。

四、为什么烧结对ZTA特别重要？

因为ZTA的增韧效果高度依赖微观结构：

• 氧化锆颗粒必须细小（<1 μm）且均匀分散在氧化铝基体中；

• 烧结不当会导致：

• 氧化锆团聚 → 增韧失效；

• 晶粒异常长大 → 强度下降；

• 残余气孔 → 成为裂纹源。

所以，“好ZTA = 好粉体 + 好烧结”！

总结一句话：

ZTA是通过将高纯氧化铝与稳定氧化锆粉体均匀混合、压制成型，再在1500–1650°C高温下烧结致密化而成；控制烧结工艺，才能让氧化锆发挥“相变增韧”作用，造就既硬又韧的高性能陶瓷。