北京室内装修概论

影响陶瓷坯体强度的因素影响陶瓷坯体强度的因素有很多。通常陶瓷都是用烧结的方法*的，在晶界上大都存在着气孔、裂纹和玻璃相即非晶相等。而且有时在晶内也存在有气孔、孪晶界、层错、位错等缺陷。陶瓷坯体的强度除决定于本身材料晶相种类外，上述微观组织因素对强度也有显著的影响，其中气孔率与晶粒尺寸是两个最重要的影响因素，此外晶界相的性质、厚度、晶粒形状对强度也有的影响。1.1晶相种类的影响晶相是指陶瓷显微结构中由晶体构成的部分。在陶瓷显微结构中可以是由一种晶体（单相）或不同类型的晶体（多相）组成。其中含量多者称为主晶相，含量少的称次级晶相或第二晶相。陶瓷材料的性能和主晶相的种类、数量、分布及缺陷状况等密切有关。构成陶瓷的主晶相的不同及含量不同对陶瓷材料的强度有着明显的影响。玻璃相的强度一般比晶相小，对于含有玻璃相的普通陶瓷而言，晶相含量越多，则强度越大。1.2气孔率的影响气孔是绝大多数陶瓷的主要组织缺陷之一，气孔明显地降低了载荷作用横截面积，同时气孔也是引起应力集中的地方。气孔的存在降低了陶瓷的密度，能吸收震动，并进一步降低了导热系数，但也导致陶瓷强度下降。由试验*和经验公式可知，当气孔率为10％时，陶瓷的强度降低到无气孔时的一半。硬陶瓷的气孔率约为3％，陶器的气孔率约为10％～15％。当材料成分相同，气孔率的不同将引起强度的显著差异：气孔越少，强度越高，陶瓷坯体也越致密。1.3晶粒尺寸的影响从定性角度来说，实验研究已经得到了强度极限与晶粒尺寸的关系式：∝。晶粒越细，获得的强度越高，但对烧结陶瓷来说，要作出只有晶粒尺寸大小不同，而其他组织参量都相同的试样是很困难的，因此，往往其他因素与晶粒尺寸因素同时对强度起影响作用。室温下，坯体断裂强度无必然随着晶粒尺寸的减小而增高。所以，对陶瓷材料来说，获得细晶粒组织，对提高室温强度是有利而无害的。21.4晶界相的性质、厚度、晶粒形状的影响陶瓷材料的烧结大都要加入助烧剂，因此形成一定量的低熔点晶界相而促进致密化。晶界相的成分、性质及数量对强度有显著影响。晶界相最好能起到阻止裂纹过界扩展并松弛裂纹尖端应力场的作用。晶界玻璃相的存在对强度是不利的，要想提高瓷坯的强度，可从其最薄弱的环节——玻璃相着手，要么减少玻璃相的含量（可以通过热处理使其晶化），要么提高玻璃相的质量，或二者同时进行。对单相多晶陶瓷材料，晶粒形状最好为均匀的等轴晶体，这样承载时变形均匀而不易引起应力集中，从而使强度得到充分发挥。2莫来石显微结构与力学性能的关系显微结构中微裂纹、玻璃效应及结晶效应都将影响材料的力学性能。正是由于显微结构中主晶相的差别、骨架结构的变化以及固溶强化的综合作用，导致材料力学性能的变化。主晶相的性质、含量和其间结合状态直接决定着制品的性质。莫来石针柱状晶形有利于交织结构的形成，从而提高材料抗剪和抗热震能力。玻璃相的出现不一定影响制品的低温强度，但却使高温性能很显著地降低。材料的抗热震性与晶体间接触或结合的程度与方式和气孔率的差别，以及高温态晶界固溶作用密切相关。材料中的缺陷、裂纹与气孔不利于强度提高。裂纹使应力集中，在临近裂纹终点区内应力超过临界值导致材料破坏。气孔也能使应力集中，但气孔对强度的影响在很大程度上与气孔特性（包括气孔大小、形状、位置、结构类型与分布的均匀性等）有关。与小气孔相比，大气孔会使强度更明显地降低，如果气孔尺寸小于颗粒尺寸，则材料的破坏并不是从气孔处开始[1]；与球形气孔相比，长条状和环状气孔对强度更为不利；与开口气孔相比，封闭气孔对强度降低的影响较小，因为大多数情况下开口气孔的端部尖锐；与结构气孔相比，大颗粒中的气孔危险性更少些。当气孔率相同时，则具有连续性固相的材料强度高于具有连续性气孔的材料因此，莫来石及其复相材料的缺陷和裂隙愈少，气孔率愈低，显微结构致密化程度愈高，且莫来石针柱状晶体发育良好，晶体之间直接接触程度愈高，且形成连续的连锁交错网络结构，玻璃相愈少且龟缩成孤岛状，则材料的常温强度愈高。晶粒细、密、匀，骨料颗粒尺寸小，颗粒强度高等都可提高材料常温强度。随着莫来石晶粒长大，材料的晶界结构从较紧密的细晶结构逐渐变为大颗粒松散堆积结构，从而造成强度明显下降。耐火材料高温强度的变化主要取决于动弹性模量的变化，而弹性模量的变化又取决于相数及相的线性热膨胀系数。对于莫来石复相材料，随温度升高，由于主晶相、次晶相和玻璃相间热膨胀系数的差别，致使结构中空隙得以填充，或结晶相相互交错支承形成骨架，增加其刚性，弹性模量3随之增大。但超过某一温度范围，由于基质软化导致弹性模量急速下降。对于同一系统的制品，弹性模量与力学强度大体成正比关系。耐火材料的蠕变机理在于颗粒及集聚体相互间的宏观移动，蠕变速率按结晶相、非结晶相、气孔的顺序而增大。若主晶相直接结合程度差，玻璃基质数量多且黏滞流动程度大，则材料抗蠕变性能差。气孔率愈高，气孔平均尺寸愈大，蠕变率愈大。颗粒界面上的长形气孔能促进颗粒间相互滑移，对抗蠕变不利。微观裂纹和缺陷也使蠕变增强。晶粒愈小，蠕变率愈大，蠕变率与颗粒粒径的平方或立方成反比，因此，重结晶过程可提高材料抗蠕变性。多晶的抗蠕变性能低于单晶，原因在于晶粒间界比例增大。气孔和微裂隙的存在可能降低材料的强度和抗蠕变性，但却能使抗热震稳定性提高。因为气孔的存在不仅可容纳热震时体积变形以缓解热应力，而且气孔对裂纹尖端还可起到钝化作用。但只有均匀分布的气孔有利于改善材料抗热震性，较大气孔和不规则气孔，在其周围易产生应力集中，造成新的裂纹源，不利于抗热震性，含球形气孔的材料抗热震稳定性优于含椭圆形气孔的材料。微裂纹受热震后扩展出现二次裂纹，形成二次裂纹所消耗的能量比形成主要裂纹所消耗的能量大一个数量级，同时结构局部损坏造成应力松弛，阻止破坏性裂纹扩展及集中，延缓破坏进程。破坏性裂纹的扩展速度与微观裂纹的长度及密度成反比。因此，在可以容忍的情况下，可通过引入尺寸适当数量足够的微裂纹，在材料内部形成一个具有较大微裂纹密度的微裂纹网络，以提高制品抗热震性。对莫来石复相材料的力学性能和显微结构的研究发现：适当比例的两晶相材料与单晶相材料相比，具有更高的高温强度。这是因为在主晶相骨架结构中，穿插或填进适当比例的次晶相，两种晶相的结合会促使更致密的堆积和更紧密的晶体间结合，从而起到强化作用。而且利用热膨胀系数有差异的两晶相复合，由于热膨胀失配在材料中形成有效的微裂纹结构，使其具备微裂纹增韧的机制，从而改善制品抗热震性能。此外，第二相粒子对热震裂纹的“钉扎“效应也提高了材料抗热震性。但对于非均质复相耐火材料来说，其最优化性能较大程度上由其次晶相的最优化体积含量决。就莫来石-刚玉复合材料来说，在莫来石、刚玉质量比为25:75试样中，板条状或棱柱状的莫来石晶体交织在刚玉颗粒的骨架里；或在莫来石、刚玉质量比为75:25试样中，晶粒尺寸较小的粒状刚玉充填在连锁交错莫来石网格的空隙里。这两种组成的材料高温力学性能都比较优异。由此可见，显微结构的研究对陶瓷力学性能产生的影响是深刻的，材料在性能上的许多突破，不能忽视显微结构研究从中所起的作用。因此，通过优化工艺条件来获得材料理想的显微结构是必要的。

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