陶瓷素坯在燒結(jié)前是由許許多多單個(gè)的固體顆粒所組成的，坯體中存在大量氣孔，氣孔率一般為35%~60%（即素坯相對(duì)密度為40%~65%），具體數(shù)值取決于粉料自身特征和所使用的成型方法和技術(shù)。當(dāng)對(duì)固態(tài)素坯進(jìn)行高溫加熱時(shí)，素坯中的顆粒發(fā)生物質(zhì)遷移，達(dá)到某一溫度后坯體發(fā)生收縮，出現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大，伴隨氣孔排除，最終在低于熔點(diǎn)的溫度下（一般在熔點(diǎn)的0.5~0.7倍）素坯變成致密的多晶陶瓷材料，這種過(guò)程稱(chēng)為燒結(jié)。
圖 鐘罩式燒結(jié)爐
燒結(jié)是陶瓷坯體成型的最后一道工藝，陶瓷產(chǎn)品的性能優(yōu)劣很大一部分因素是由燒結(jié)來(lái)決定的。氧化鋯陶瓷要燒結(jié)地致密度高、均勻，不僅前一道加工工序脫脂環(huán)節(jié)至關(guān)重要，還受粉體、添加劑、燒結(jié)溫度及時(shí)間、壓力及燒結(jié)氣氛等因素的影響。
在具體燒結(jié)過(guò)程中，氧化鋯陶瓷坯體可能出現(xiàn)變形、開(kāi)裂、晶粒異常長(zhǎng)大等問(wèn)題，其原因可能是哪些？下面我們就根據(jù)具體問(wèn)題具體分析一下。
一、變 形
氧化鋯陶瓷在燒結(jié)過(guò)程中發(fā)生變形，原因可能是粉體粒徑分布過(guò)寬；粉體中添加劑的選擇和添加量不合理；陶瓷的收縮不一致等。
而陶瓷的收縮不一致，有以下三方面原因：
①爐溫不均勻，陶瓷坯體發(fā)生不一致的收縮；
②升溫速度快，溫度傳導(dǎo)產(chǎn)生梯度，陶瓷坯體越靠近表層收縮越快，越中心收縮越慢。
③有密度梯度，在成型時(shí)，因?yàn)閴毫疤盍系纫蛩兀瑢?dǎo)致坯體內(nèi)部收縮比不一致。
圖 氧化鋯基板燒結(jié)變形，圖片來(lái)自先進(jìn)陶瓷及粉末冶金展
二、破 裂
燒結(jié)后的陶瓷坯體發(fā)生破裂的主要原因在于陶瓷坯體內(nèi)部有缺陷，同時(shí)也與坯體收縮有關(guān)，而坯體收縮不一致的原因參見(jiàn)燒結(jié)變形原因分析。
當(dāng)收縮不一致時(shí)，如果存在缺陷（孔洞、暗裂等），其缺陷成為斷裂源，裂紋擴(kuò)散導(dǎo)致坯體開(kāi)裂。
三、晶粒異常長(zhǎng)大
當(dāng)晶粒出現(xiàn)異常長(zhǎng)大時(shí)，這些過(guò)大的晶粒內(nèi)往往還有大量的氣孔難以再由晶粒內(nèi)抵達(dá)晶界而排出，就會(huì)使陶瓷材料難以達(dá)到較高的密度，材料的許多性能惡化，特別是力學(xué)性能（斷裂韌性、抗彎強(qiáng)度等）。
導(dǎo)致晶粒異常長(zhǎng)大的主要原因有以下三點(diǎn)：
①原始粉料顆粒尺寸分布范圍太寬，即粉料中最大顆粒大于或遠(yuǎn)大于平均顆粒晶粒尺寸的2倍；
②成型時(shí)坯體密度不均（粉體團(tuán)聚、素坯壓制壓力有梯度、添加劑不勻），燒結(jié)發(fā)生了不均勻的致密化；
③過(guò)高的燒結(jié)溫度與過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間。
圖 粉體中的硬團(tuán)聚（左），晶體異常長(zhǎng)大（右）
