對于氧化鋯陶瓷大家都不陌生,它本身具備高耐磨性,摩擦系數低,耐磨性是氧化鋁陶瓷的15倍,磨擦系數僅為氧化鋁陶瓷的1/2,密度為6(氧化鋁的密度只有3.9-4.0),質地細膩,經研磨加工后表面光潔度很高,可達▽9以上,呈鏡面狀。因此常有人夸它長得好,不僅光亮如鏡而且手感溫潤如玉,就算作為首飾品都夠資格。
當鏡子用都ok的氧化鋯陶瓷手機背板
氧化鋯陶瓷件之所以表面能夠發亮,主要是因為光的鏡面反射作用。鏡面反射是光傳播到物體表面時發生的反射方式之一,除此之外還有漫反射和方向反射,具體區別可看下方:
①鏡面反射:如果物體表面光滑,平行光線射到光滑表面上時反射光線也是平行的,這種反射叫做鏡面反射。
②漫反射:若物體表面粗糙,平行光線射到凹凸不平的表面上,反射光線射向各個方向,這種反射叫做漫反射。
③方向反射:介于漫反射和鏡面反射之間反射稱為方向反射,也稱非朗伯反射,其表現為各向都有反射,且各向反射強度不均一。
很明顯,要產生鏡面反射,前提就是陶瓷件的表面光滑平整——表面越光滑,鏡面效果越好;表面越粗糙,鏡面效果則越差。
不過當然啦,氧化鋯陶瓷做成這樣并不單純只是為了好看,而是因為陶瓷零件經過成型燒結后的表面會留有許多高低不平的凸峰和凹谷,因此必須要對其表面進行加工處理——也可以說“好看”只是氧化鋯陶瓷精加工后的“副產品”。
長得很好看的氧化鋯研磨球
影響氧化鋯陶瓷表面平整度的因素有很多,主要分為:材料內部結構和外加工程度。材料內部結構包括:氣孔、晶粒尺寸、液相等,它們對陶瓷表面平整度的影響分別如下:
①氣孔:由于氣孔會產生較高的光散射,因此應盡量降低孔隙率。造成氣孔的原因除燒結溫度不足晶體結構不夠致密化外,還有成型等原因造成的大缺陷,如造粒粉在燒結時無法壓碎導致晶粒不能完全靠近便形成氣孔。
②晶粒尺寸:一般晶粒越細,陶瓷表面越平整,比如說氧化鋯研磨球晶粒大多在0.3um-0.5um,氧化鋁晶粒大多在1um-5um,因此氧化鋯晶粒更細,表面平整度更高,也比氧化鋁陶瓷更亮。
95氧化鋁球(左)和氧化鋯球(右)的對比
③液相:一般生產中為了降低陶瓷的燒結溫度,會添加一些外加劑,一方面可以降低陶瓷的燒結溫度,使晶粒細?。涣硪环矫嫘纬傻囊合嘁矔皲伮访娴臑r青一樣,使陶瓷表面平整度更高、更亮。
上面也提到了,陶瓷零件經過成型燒結后的表面會留有許多高低不平的凸峰和凹谷,因此氧化鋯陶瓷為了提高產品的使用性能,還需進行研磨、拋光加工等操作對被加工表面材料產生微細去除作用——比如說可用作人造骨骼的產品就需要高表面光潔度以增加潤滑性。以下是陶瓷機械拋光流程:
①粗拋階段:借助大粒度磨粒的機械作用將陶瓷表面的較大凸起快速去除,通過縮短拋光時間來實現;
②半精拋階段:采用粒度較小的磨粒將粗加工中未去除陶瓷微凸起部位,此時陶瓷表面具備一定的光潔度,能夠適用一些精度要求不是特別高的陶瓷結構件;
③精拋階段:在拋光液和微粉的聯合作用下,將陶瓷表面拋光修正至客戶所需的表面精度。
陶瓷拋光方式 | 表面粗糙度 |
一般拋光 | 0.8-1μm |
普通拋光 | 0.2-0.3μm |
特殊拋光 | ≤0.1μm |
當表面精度越高,其加工成本也就越大,而機械拋光不但能將陶瓷尺寸與表面粗糙度控制精準,還能節約大量加工成本,所以機械拋光成為了提升陶瓷光潔度的主要工藝。精密陶瓷拋光除機械拋光外,還有化學拋光、電解拋光、超聲波拋光、流體拋光、磁研磨拋光與電火花超聲復合拋光等表面精度加工方式。