工业陶瓷的制造

现代工程材料

——工业陶瓷

陶瓷是陶器和瓷器的总称，是由金属和非金属形成的无机化合物材料，性能硬而脆，与金属材料和工程塑料相比具有更高的耐高温、耐腐蚀和耐磨性。而现代特种陶瓷更具有高强度、高硬度、耐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、光电、声光、超导等性能，陶瓷材料已成为现代工程材料的三大支柱之一。

陶瓷的分类：

1.普通陶瓷又称传统陶瓷，一般指日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、电工陶瓷、化工陶

瓷等。普通陶瓷是用天然硅酸盐矿物，如黏土、长石、石英、高岭土等为原料烧结而成。

2.特种陶瓷又称现代陶瓷，是采用纯度较高的人工合成原料，如氧化物、氮化物、硅化

物、硼化物、氟化物等制成。具有特殊的力学、物理、化学性能。

按性能和用途的不同，特种陶瓷可分为工程陶瓷和功能陶瓷两大类。前者主要在高温下使用，又称高温结构陶瓷。后者是利用陶瓷特有的物理性能制造出种类繁多、用途各异的陶瓷材料，如导电陶瓷、半导体陶瓷、压电陶瓷、绝缘陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷（光导纤维、激光材料等）以及利用某些精密陶瓷对声、光、电、热、磁、力、湿度、射线及各种气氛等信息显示的敏感特性而至得的各种陶瓷传感器材料。

陶瓷粉体的制备方法

陶瓷体在成型前以粉体形式存在，是大量固体粒子的集合。分体力度、粒度分布与表面特性对随后所制成陶瓷烧结体的性能具有极大的影响。获得陶瓷粉体的方法如下。

1.粉碎法是将团块颗粒陶瓷用机械或气流粉碎而获得细粉。机械法是将物料至于球磨机

中不停回转，靠球磨机中的磨球与物料相互撞击被粉碎成细颗粒状。气流法是将物料导入粉碎机内部并通过喷嘴通入压缩空气使物料形成粉碎状，物料相互碰撞、摩擦而细化。

2.合成法由离子、原子和分子通过反应、成核和成长、收集、后处理而获得细微颗粒。

该法制取的粉料纯度高、力度小而均匀。合成法有固相法。液相法和气相法三种。

陶瓷生产过程

陶瓷的生产过程是将配置好的符合要求的坯料用不同成型方法制造出具有一定形状的坯体，

坯体经干燥、施釉、烧结等工序，最后得到陶瓷制品。

陶瓷制品的成型工业大致可分为原料制备、配混粉料、坯料成型、高温烧结等工艺过程。对产品质量影响最大的是配料成分和烧结工艺。

1.配料

1）混合将各种组分的料粉混合均匀，可在球磨机中进行。

2）塑化是利用塑化剂使原来无塑性的坯料具有可塑性的过程。普通陶瓷由于含有可塑性黏土成分，加入水就具有良好的成型性，特种陶瓷一般不含黏土原料，因此成型前应加入可塑性的化工原料。

常用的塑化剂有无极和有机两类，无极塑化剂（黏土）用于普通陶瓷，有机塑化剂用于特种陶瓷。有机塑化剂通常由三种物质组成，即黏结剂（聚乙烯醇等）、增塑剂（甘油）、溶剂（水、酒精等）。

3）造粒实在很细的粉料中加入一定的塑化剂，制成粒度较粗、流动性较好的颗粒（20-80目）。造粒后有利于改善充模性，使充模密度提高。

4）物料的悬浮用注浆法成型制坯时，为使浆料悬浮常加入悬浮剂，如烷基苯磺酸钠。2.成型是将制备好的坯料，使用各种不同方法制成具有一定形状和尺寸的生坯（坯体）

的过程。

3.陶瓷的烧结烧结是指高温条件下，坯体表面积减小、孔隙率降低、力学性能提高的致

密化过程，是材料获得预期的显微结构和应有的性能。陶瓷的介绍方法有以下几种。1）普通烧结传统陶瓷在隧道窑中进行烧结，特种陶瓷在电窑中烧结。引入添加剂或用压力烧结，可以降低烧结温度和能耗。

2）热压烧结在烧结过程中，同时对坯料施加压力，加速致密化过程。因此热压烧结温度更低，时间更短。而且烧结体重气孔率低，制品致密度高。

3）气氛烧结某些陶瓷（如Si3N、SiC等）为防止制品氧化，可在保护气氛下烧结。

4）热静压烧结将粉体压坯或装入包套的分体放入高压容器中，是高温和均衡的气体压力作用下，烧结成致密的陶瓷体。

5）真空烧结将粉体压坯装入真空炉进行烧结。真空烧结有利于黏结剂的脱除和坯体内气体的排出，有利于实现高致密化。