陶瓷材料的热处理

HEATS

    热处理对陶瓷材料的显微结构尤其是材料中的应力分布状态有明显的影响。通过热处理促使晶界上残留的玻璃相析出，提高晶界耐火度，是有效提高陶瓷材料高温强度的措施之一。另外，经热处理获得所需晶界状态，从而改善陶瓷的传热性能，对提高抗热振性也有重要意义。    
    通过热处理改变材料中的应力分布状态，对玻璃陶瓷抗热振性能的改善有明显效果。Gebauer对铝硅酸盐玻璃的研究表明，经淬火处理在材料表面引入压应力之后，与未经热处理的材料相比，其室温强度和临界热振温差都显著提高。研究表明，在临界热振温差之后的微裂纹亚临界扩展之后，残留强度又重新回升，并超过了材料的原始强度值，这是由于热振温差超过某一定值后，热振温差越大就越接近于淬火强化现象。玻璃陶瓷所具有的这种淬火强化现象，对于其实际应用具有重要意义。本文所述及的陶瓷不同于普通的民用陶瓷，由于其具有许多特殊性能而被称为特种陶瓷材料。对于特种陶瓷的热处理，其工艺过程也突破了金属材料中所使用的热处理工艺。一般地说，陶瓷的热处理主要是为了增加其韧性和抗热振损伤性能，它的热处理大致可分为以下几种操作；如锻烧、烧结、相变处理、表面（热）处理等。    
    烧结是陶瓷材料在高温下的致密化过程。随着温度的升高和热处理时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒长大，空隙和晶界逐渐减少，通过物质的传递，其总体体积收缩，密度增加，当达到一定温度和一定处理时间，颗粒之间结合力呈现极大值。超过极大值后，就会出现晶粒增大，机械强度减小的现象。此外，对于具有同素异构体的陶瓷材料，会在不同热处理温度下发生晶型和结晶形态变化（相变），从而达到增韧的效果。    
    表面热处理主要是通过改变材料表面的组成、结构状态等因素，改变表面的应力状态、表层的热学、力学性能等来影响陶瓷材料的抗热振性能。据报道，SiC/Al2O3复合材料经1450℃高温下长时问氧化后生成的表面氧化层可处于残余应力状态，且明显降低了表面传热系数值，从而增强了复合材料抗热振断裂能力。其原因主要是复合材料表面生成了高强、低模量、低热膨胀系数且呈多孔状微观结构的莫来石和少量氧化铝的氧化层。    
    从发展的趋势上看，高抗热振性的陶瓷材料正向着致密、高强化和多孔低密、轻质化两个方向发展。实际工作中，应根据材料的应用环境、服役条件及可靠性要求来选择材料，然后合理设计材料的显微结构，再考虑热处理和表面处理以便进一步改善抗热振性能。   / [7 v. i5 V7 f/ _