陶瓷具有高硬度、耐磨性和耐腐蚀性等众多优点。不过,陶瓷也有一些缺点,会影响其应用和性能。这些缺点主要与其机械性能、加工挑战和设计限制有关。
陶瓷有缺点吗?(5 个考虑要点)
1.机械性能
陶瓷以其脆性而闻名,这是陶瓷的一大缺点。
与金属不同,陶瓷不具有延展性,也不能在不断裂的情况下发生塑性变形。
这使得陶瓷在受到应力或冲击时容易发生灾难性故障。
陶瓷的断裂韧性可以通过添加能量吸收单元来提高,但这并不是一个通用的解决方案,而且会使制造过程复杂化。
2.加工挑战
陶瓷的烧结过程非常复杂,需要精确控制温度、压力和气氛。
热膨胀系数(CTE)较低的材料通常烧结温度范围较窄,容易形成玻璃相,导致陶瓷的机械性能和杨氏模量较低。
热压烧结和放电等离子烧结(SPS)等技术可提高致密性和机械强度,但这些方法比传统烧结更为复杂,成本也更高。
3.设计限制
由于陶瓷的独特性质,使用陶瓷进行设计比使用金属或聚合物更具挑战性。
陶瓷需要特殊的设计考虑,以避免应力集中,并确保设计适合制造工艺。
这通常意味着要简化形状,避免表面性能和公差要求过高。
陶瓷部件的设计方式不能与金属部件相同,因此必须采用不同的设计方法,以适应材料的特性。
4.对大气敏感
对大气敏感的陶瓷需要特殊的烧结条件,如使用大气烧结炉。
这些烧结炉需要特定的气体,对气体供应和排放处理的要求更高,因此工艺更加复杂,对环境也更具挑战性。
5.晶粒生长
在透明陶瓷中,晶粒长大是一个关键问题,会降低机械性能。
烧结温度过高和保温时间过长会导致机械性能不足。
虽然 SPS 等技术可以缓解这一问题,但它们并不普遍适用,而且会受到所需的特定条件的限制。
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