所谓应力，是指单位面积里物体所受的力，它强调的是物体内部的受力状况；一般物体在受到外力作用下，其内部就会产生抵抗外力的应力；物体在不受外力作用的情况下，内部固有的应力叫内应力，它是由于物体内部各部分发生不均匀的塑性变形而产生的。

按照内应力作用的范围，可将它分为三类：

      （一）第一类内应力（宏观内应力），即由于材料各部分变形不均匀而造成的宏观范围内的内应力；

      （二）第二类内应力（微观内应力），即物体的各晶粒或亚晶粒（自然界中，绝大多数固体物质都是晶体）之间不均匀的变形而产生的晶粒或亚晶粒间的内应力；

      （三）第三类内应力（晶格畸变应力），即由于晶格畸变，使晶体中一部分原子偏离其平衡位置而造成的内应力，它是变形物体（被破坏物体）中最主要的内应力。

       1.物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面垂直的称为正应力或反向应力。

        2.在没有外力存在下，材料内部由于加工成型不当，温度变化，溶剂作用等原因所产生的应力。

        3.消除内应力的几种方法：  

        一、是对物体进行热处理（针对金属材料、高分子材料等工件）。 

        二、是放到自然条件下进行消除（即自然时效消除内应力）。 

        三、是人工通过敲打振动等方式进行消除。  

        四、是通过超声冲击震荡来优化应力，或改变应力的方向。

1、陶瓷的内应力

       陶瓷的内应力是影响陶瓷产品质量的重要因素之一，虽然内应力是一种看不见、摸不着的微观量，但是它对陶瓷质量的影响却是很大的。一般来讲内应力分布均匀，陶瓷的机械强度就高，反之，机械强度就低。然而。目前对于内应力的研究不多。尤其是有关内应力分布的测量很少。

       内应力是一种微观量，很难直接测量。从陶瓷内部微观结构来看，内应力在有些地方表现为张应力，有些地方表现为拉应力，正是由于这种分布的不均匀，才导致内部内应力的分布不均匀，表现在宏观上就是陶瓷的机械强度的降低。而抗折强度是衡量陶瓷机械强度的重要参数之一。然而抗折强度的测定通常都是离线的，对于陶瓷泥料炼制、料浆制备过程的指导作用有一定的滞后。

       产生内应力的原因有很多，如含陶瓷粉料的有机物料浆在加工过程中受到较强的剪切作用，加工中存在的取向与结晶作用，料浆各部位冷却速度极难做到均匀一致，料浆塑化不均匀，制品脱模困难等，都会引发内应力的产生。依引起内应力的原因不同，可将内应力分成如下几类：

（1）取向内应力

         取向内应力是有机物料浆在流动充模和保压补料过程中，大分子链沿流动方向排列定向构象被冻结而产生的一种内应力。取向应力产生的具体过程为：近流道壁的料浆因冷却速度快而造成外层料浆粘度增高，从而使料浆在型腔中心层流速远高于表层流速，导致料浆内部层与层之间受到剪切应力作用，产生沿流动方向的取向。

        取向的大分子链冻结在陶瓷生坯/湿坯内也就意味着其中存在未松弛的可逆高弹形变，所以说取向应力就是大分子链从取向构象力图过渡到无取向构象的内力。用热校型的方法，可降低或消除陶瓷生坯/湿坯内的取向应力。

        陶瓷生坯/湿坯的取向内应力分布为从制品的表层到内层越来越小，并呈抛物线变化。

（2）冷却内应力

       冷却内应力是陶瓷生坯/湿坯在熔融料浆成型过程中因冷却定型时收缩不均匀而产生的一种内应力。尤其是对厚壁陶瓷生坯/湿坯，陶瓷生坯/湿坯的外层首先冷却凝固收缩，其内层可能还是热料浆，这样芯层就会限制表层的收缩，导致芯层处于压应力状态，而表层处于拉应力状态。

        陶瓷生坯/湿坯冷却内应力的分布为从制品的表层到内层越来越大，并也呈抛物线变化。

        另外，带有内置冷芯的陶瓷生坯/湿坯，由于预制冷芯与陶瓷生坯/湿坯的热胀系数相差较大，容易形成收缩不一均匀的内应力。

       除上述两种主要内应力外，还有以下几种内应力：对于含有结晶性增塑剂陶瓷生坯/湿坯而言，其制品内部各部位的结晶结构和结晶度不同也会产生内应力。另外还有构型内应力及脱模内应力等，只是其内应力占比重都很小。

2、内应力分布不均匀的产生原因

一、有机混合料浆成型时的内应力

       在注塑成型等以有机为陶瓷粉料载体的配方体系及工艺中，其内应力主要受到高分子有机物或混合有机物的影响。

       增塑剂等有机物的内应力：是指在石蜡及增塑剂等有机物熔融加工过程中由于受到大分子链的取向和冷却收缩等因素而产生的一种内在应力。

 原料配方设计

1）选取分子量大、分子量分布窄的聚合物增塑剂

       聚合物分子量越大，大分子链间作用力和缠结程度增加，其制品抗应力开裂能力较强；聚合物分子量分布越宽，其中低分子量成分越大，容易首先形成微观撕裂，造成应力集中，导致开裂。

2）选取杂质含量低的增塑剂

       聚合物内的杂质即是应力的集中体，又会降低塑料的原有强度，应将杂质含量减少到最低程度。

3）共混改性

        使用多种混合增塑剂，易出现应力开裂的聚合物与适宜的其它聚合物共混，可降低内应力的存在程度。

4）增强改性

        用增强纤维进行增强改性，可以降低制品的内应力，这是因为纤维缠结了很多大分子链，从而提高应力开裂能力。

5）成核改性

       在结晶性增塑剂中加入适宜的成核剂，可以在其制品中形成许多小的球晶，使内应力降低并得到分散。

       内应力的本质为大分子链在熔融加工过程中形成的不平衡构象，这种不平衡构象在冷却固化时不能立刻恢复到与环境条件相适应的平衡构象，这种不均衡构象的实质为一种可逆的高弹形变，而冻结的高弹形变平时以位能情势储存在陶瓷成型的毛坯制品中，在合适的条件下，这种被迫的不稳定的构象将向自在的稳固的构象转化，位能改变为动能而开释。

       当大分子链间的作用力和相互缠结力蒙受不住这种动能时，内应力平衡即受到破坏，陶瓷毛坯制品就会产生应力开裂及翘曲变形等现象。

       几乎所有含有机物的陶瓷毛坯制品都会不同程度地存在内应力，尤其是注射、干压、等静压等制品的内应力更为明显。内应力的存在不仅使陶瓷成型初期毛坯制品在储存和使用过程中出现应力开裂和翘曲变形，也影响制品后期在烧结过程期间的力学性能、光学性能、电学性能及外观质量等。

二、泥料成型时的内应力

       在陶瓷挤压、注射成型生产中，经压滤机过滤后得到的泥料，各组分的分布往往是不均匀的，例如中心附近的泥料比靠近滤布处的泥料含水量较高；瘠性物料因粒度较粗，较多地分布在泥饼的下部；在泥饼中还含有一定数量的气泡。而这些不均匀和气泡会引起泥料内部应力的分布不均匀，对产品质量造成严重的影响。为了消除泥料的这些缺陷，用真空练泥机对泥料进行加工泥料经真空练泥机加工后，各组分的分布趋于均匀，结构比较致密。但同时练泥过程也可能会带来颗粒定向问题。所谓颗粒定向，即指晶体粒子在一定条件(如外力下按照一定的方向排列。

       由粘土、长石、石英、滑石等组成的瓷坯泥料，由于云母、高岭土等颗粒具有晶体薄板结构，长石也有类似长柱状的结构，这两种结构往往趋于在受外力(如:挤压力)的垂直方向上排列，从而使挤制后的泥坏各向异性。即颗粒空隙在粒子结构的平行方向大大超过了垂直方向。

       屈服值(流动极限)是泥料产生永久变形所需的最小应力。泥料变形的屈服应力可能受到泥料含水量施加外力的速度，以及泥料添加剂的影响。具体表现如下:

      (1)根据挤出坯体流变模型，含水量降低，泥料的流动性变差因此对同种泥料要产生同样的变形所需要的最小应力就会提升，即屈服点升高。

       (2)由于更快的变形速度在时间上不允许受力的粒子找到最容易达到平衡的位置。对于同种泥料，施加同等的应力，速度越大，泥料产生的变形(应变越小。换句话说就是要产生同样的变形，速度越大，所需的应力越大，即外加力越大。

       (3)料中加剂要有甲基维素作为结剂硬脂剂油增剂添加剂的使用可以使泥料内部各组分混合的更加均匀，泥料结构更加致密，因此使得内应力的分布也更均匀，坏泥的机械强度更高。

三、注浆、注凝成型时的内应力

       注凝成型中，在实际的凝胶浇注过程中，浆料的固化速度是通过温度控制或调节引发剂和催化剂的添加量来控制的。陶瓷生坯的内应力主要来源于前驱体悬浮液固化（温度梯度、引发剂浓度）和生坯干燥（温度、湿度）过程中的不均匀收缩。这种内应力会随着成型时间而变化。

3、成型工艺对内应力的影响

①料筒温度 

       较高的料筒温度有利于取向应力的降低，这是因为在较高的料筒温度，料浆塑化均匀，粘度下降，流动性增加，在料浆充满型腔过程中，分子取向作用小，因而取向应力较小。而在较低料筒温度下，料浆粘度较高，充模过程中分子取向较多，冷却定型后残余内应力则较大。

       但是，料筒温度太高也不好，太高容易造成冷却不充分，脱模时易造成变形，虽然取向应力减小，但冷却应力和脱模应力反而增大。 

②模具温度 

       模具温度的高低对取向内应力和冷却内应力的影响都很大。

       一方面，模具温度过低，会造成冷却加快，易使冷却不均匀而引起收缩上的较大差异，从而增大冷却内应力；

       另一方面，模具温度过低，料浆进入模具后，温度下降加快，料浆粘度增加迅速，造成在高粘度下充模，形成取向应力的程度明显加大。

       对于不同厚度陶瓷生坯/湿坯，其模温要求不同。对于厚壁制品其模温要适当高一些。

③成型压力 

       成型压力高，料浆充模过程中所受剪切作用力大，产生取向应力的机会也较大。因此，为了降低取向应力和消除脱模应力，应适当降低成型压力。

④保压压力 

       保压压力对陶瓷生坯/湿坯内应力的影响大于成型压力的影响。在保压阶段，随着料浆温度的降低，料浆粘度迅速增加，此时若施以高压，必然导致分子链的强迫取向，从而形成更大的取向应力。

⑤成型速度

       成型速度越快，越容易造成分子链的取向程度增加，从而引起更大的取向应力。但成型速度过低，料浆进入模腔后，可能先后分层而形成熔接痕，产生应力集中线，易产生应力开裂。所以成型速度以适中为宜。最好采用变速成型，在速度逐渐减小下结束充模。

⑥保压时间 

       保压时间越长，会增大料浆的剪切作用，从而产生更大的弹性形变，冻结更多的取向应力。所以，取向应力随保压时间延长和补料量增加而显著增大。

⑦开模残余压力 

       应适当调整成型压力和保压时间，使开模时模内的残余压力接近于大气压力，从而避免产生更大的脱模内应力。

（文章来源公众号：先进陶瓷展，侵删）