工程陶瓷具有优良的物理、机械性能,被广泛应用于机械、化工、能源、海洋工程、装甲防护、航空航天、生物工程等领域。本文采用目前国际上先进的陶瓷生产工艺——热等静压（HIP）,以应用较为广泛的氮化硅（Si₃N₄）、氧化锆（ZrO₂）、碳化硅（SiC）和氧化铝（Al₂O₃）四种工程陶瓷为研究对象,探讨HIP后处理工艺对四种工程陶瓷的性能影响及其致密化机理,首次提出采用球体压碎载荷的Weibull模数作可靠性评估。Si₃N₄陶瓷的HIP后处理,首先选用氩气和氮气两种气氛进行对比分析,确定氩气气氛相对于氮气气氛更为合适;对于不同的压力条件,通过试验结果分析,150MPa压力条件的HIP后处理相对比较合适;在不同的温度条件下进行HIP后处理,在1750～1800℃温度范围,Si₃N₄的性能改善比较好,其体积密度和硬度HV10分别达到3.258g/cm³和14.61GPa,比未处理前分别提高了0.28%和6.10%;直径4.7mm三球压碎载荷达到7.32kN,比未处理前提高了17.67%,Weibull模数为19.46;三点抗弯强度达到1055MPa,比未处理前提高了32.21%,Weibull模数为9.03;试样抛光面的气孔数量明显减少,气孔尺寸从8～10μm减小到5μm以下。Si₃N₄陶瓷HIP后处理液相烧结的致密化机理可以归纳为:在一定温度下试样内部出现液相,高压气体强烈压缩气孔,使得内部气孔浓度增加,可溶气体被溶解到基体里,由于基体浓度梯度的存在,可溶物质被传送到边缘,可溶气体连续溶解,直到气孔消除,同时液相扩散,晶粒长大,从而促进致密过程。ZrO₂陶瓷的HIP后处理,首先对比不同压力条件下HIP后处理效果,ZrO₂试样在120MPa压力条件下抛光面无可见气孔,压痕扩展裂纹完全弥合;对比不同温度的HIP后处理,在1350～1450℃温度范围内,ZrO₂试样晶粒比较细小,平均尺寸约1μm;体积密度为6.079g/cm³,比未处理前提高了1.33%;硬度HV10为12.97GPa,比处理前提高了10.67%;直径4.5mm三球压碎载荷达9.83kN,比处理前提高了47.83%,Weibull模数为11.83;三点抗弯强度从616MPa增高到1609MPa,最高达2022MPa,Weibull模数为12.83。ZrO₂陶瓷固相烧结HIP后处理的致密化机理可以归纳为:在高压气体的压缩下,细小晶粒滑移,促使内部气孔向外迁移,从而促进致密过程的进行。SiC陶瓷的HIP后处理,选取不同温度条件进行HIP后处理,SiC的体积密度和硬度随HIP温度的升高而增大,HIP温度为1800℃时,体积密度为3.135g/cm³,比未处理前提高了0.45%;硬度HV10达到23.56GPa,比处理前提高了12.45%;SiC样品抛光面气孔的数量随温度的升高而明显减少,尺寸也有所减小;当HIP温度达到1750℃及以上时,SiC的晶粒开始有所长大,从而导致试样的抗弯强度、压碎载荷等机械性能开始下降。SiC陶瓷HIP后处理的致密化机理与ZrO₂相似。Al₂O₃陶瓷的HIP后处理,选取不同温度条件下HIP后处理,Al₂O₃的体积密度在1700℃达到最大值3.979 g/cm³,比未处理前提高了1.45%;硬度随HIP温度的升高而增大,在1500℃硬度HV10为15.95GPa,比处理前提高了8.62%;抛光面的气孔数量明显降低,气孔尺寸从40μm减小到5～10μm,尤其是在1700℃和1750℃HIP处理后试样边缘形成厚约600～800μm的致密层;HIP后处理温度在1500℃以上Al₂O₃晶粒开始长大,在1700℃时Al₂O₃晶粒尺寸从未处理的2～8μm增大到20μm左右,晶粒异常长大严重影响其性能;随着HIP温度的升高,试样抗弯强度大幅降低,当HIP后处理温度达到1800℃时,抗弯强度从处理前的621MPa降低到349MPa;Al₂O₃陶瓷HIP后处理的致密化机理与ZrO₂相似,但晶粒相对较大,大晶粒形成的桥架结构将气孔包围在中间,气孔比较难完全消除,致密化效果不如ZrO₂的显著。