非梯度和梯度陶瓷喷嘴的冲蚀磨损机制不同。非梯度陶瓷喷嘴入口冲蚀磨损主要表现为脆性断裂和疲劳断裂，而梯度陶瓷喷嘴入口的冲蚀磨损主要表现为疲劳断裂，梯度和非梯度陶瓷喷嘴中间部位的冲蚀磨损均表现为微切削，非梯度陶瓷喷嘴出口的冲蚀主要表现为脆性断裂。而梯度陶瓷喷嘴出口的冲蚀磨损主要表现为晶粒脱落和脆性断裂。
相比非梯度陶瓷螺旋喷嘴，梯度陶瓷喷嘴的抗冲蚀磨损性能得到显著提高，分析其原因主要有两方面：一是梯度陶瓷喷嘴材料的合理组分分布，使其在制备过程中于入口表层形成了残余压应力，从而磨料冲蚀过程中喷嘴的应力状况改善，入口的应力显著降低，使得喷嘴抗冲蚀磨损的性能提高。另一方面，梯度陶瓷喷嘴入口表层的残余压应力，导致裂纹扩散受阻，路径发生偏转，致使喷嘴入口表层有很高的综合力学性能，从而在磨料冲蚀过程中表现出很高的抵抗磨料颗粒压入，刻划及晶粒间裂纹萌生，扩展的性能，所以提高了喷嘴抵抗冲蚀磨损的性能。
梯度陶瓷喷嘴的冲蚀磨损难用现有的冲蚀磨损理论模型来进行描述，这是因为梯度陶瓷喷嘴显微结构，应力状态，裂纹的萌生，扩展等条件相对于非梯度陶瓷喷嘴材料的评论要复杂的多。但可以针对梯度陶瓷螺旋喷嘴力学性能对其疲劳断裂，脆性断裂和微切削等主要冲蚀磨损形式的影响进行分析。有陶瓷喷嘴冲蚀磨损模型可知，陶瓷喷嘴喷嘴的冲蚀磨损率随着喷嘴材料的硬度和断裂韧性的提高而降低。根据前文的应力分析结果，梯度陶瓷喷嘴GN-1-2与非梯度陶瓷喷嘴CN-1的入口表层应力。比较可得，GN-1-2梯度陶瓷喷嘴入口表层的应力比GN-1非梯度陶瓷喷嘴GN-1-1。
综上对梯度陶瓷螺旋喷嘴冲蚀磨损机理的研究表明，梯度陶瓷喷嘴应力状态的改进和其力学性能的提高，是造成的其抗冲蚀磨损能力显著高于非梯度陶瓷喷嘴的主要原因。
根据陶瓷喷嘴冲蚀磨损特性和梯度功能材料的优异性能，基于梯度功能的技术思想，将梯度功能材料的概念引入陶瓷喷嘴的设计及制造，提出梯度功能陶瓷喷嘴的设计理论和方法，建立了梯度功能陶瓷喷嘴的组成分布模型，物性参数模型和残余应力分析模型。采用热-应力耦合方法分析了GN-1单向和GN-2对称梯度陶瓷喷嘴的残余应力及其其分布规律。结果表明：GN-1单向梯度陶瓷喷嘴在入口处形成了残余应力，而GN-2对称梯度陶瓷喷嘴在入口处和出口处均形成了残余压应力。分析了影响梯度陶瓷喷嘴残余应力的主要因素，确定了碳化硅梯度陶瓷喷嘴最佳组成分布指数范围和最佳梯度层厚。
实验确定了碳化硅梯度陶瓷喷嘴材料的最佳热压工艺参数为：烧结温度1900度，保温时间40Min.烧结压力30mpa。梯度陶瓷喷嘴材料的力学性能随梯度层不同而异，梯度陶瓷喷嘴材料表层的硬度和断裂韧性最高，有表层至内硬度和断裂韧性逐渐降低，底层的硬度和断裂韧性最低。与非梯度陶瓷喷嘴材料相比，梯度陶瓷喷嘴材料的力学性能显著提高。GN-1-2单向梯度陶瓷喷嘴表层的维氏硬度和压痕断裂韧性分别为26.89GPA和5.82MPA，而GN-1非梯度陶瓷喷嘴材料的维氏硬度为25.67GPA。压痕断裂韧性4.97MPA。对碳化硅陶瓷喷嘴材料显微结构分析表明，各梯度层没有明显的界面，整个材料的组成分布和显微结构是连续变化的。梯度陶瓷喷嘴材料表层的残余压应力是导致其综合力学性能提高的主要原因。
对梯度陶瓷喷嘴的冲蚀磨损特性进行了系统深入的实验研究，结果表明：在同样充实条件下，梯度陶瓷喷嘴的抗冲蚀磨损能力比非梯度陶瓷喷嘴显著提高。对称梯度陶瓷喷嘴的抗冲蚀磨损能力比单向陶瓷喷嘴高，锥孔梯度陶瓷喷嘴的抗冲蚀磨损能力比通孔梯度陶瓷喷嘴高。
对梯度及非梯度陶瓷喷嘴应力状态分别进行了分析，结果表明，梯度陶瓷喷嘴入口和出口处的应力显著低于非梯度陶瓷喷嘴入口和出口处的应力。梯度陶瓷喷嘴的抗冲蚀磨损能力高于非梯度陶瓷喷嘴的主要原因是梯度陶瓷喷嘴的入口或出口采用了梯度设计。在其入口或出口引入残余压应力，使得其应力得到明显地缓解，并且梯度陶瓷喷嘴表层的硬度和断裂韧性比非梯度喷嘴显著提高，因此，梯度陶瓷喷嘴应力状态的改善和力学性能的提高是造成其抗冲蚀磨损能力显著高于非梯度陶瓷喷嘴的主要原因。 |
