陶瓷烧结过程 ppt
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陶瓷工艺学第十四讲 烧结2
3）表面张力γ：对于常见的硅酸盐玻璃其表面张力不会因组分 变化而有很大的改变。
2 塑性流动
塑性流动：当坯体中液相含量很少时，高温下流动 传质不能看成是纯牛顿型流动，而是同于塑性流动 型。
max 1 exp(
2
fr
)
为了尽可能达到致密烧结，应选择最小的颗粒原始半 径r，液体粘度η和较大的液-气表面张力γ。
问题二：液相为什么加强了致密化过程？
➢增强颗粒重排：摩擦力便小 ➢增强物质输运：对于固相烧结，Dgb和晶界宽度 决定了物质输运的速率，而对于液相烧结，溶解 度DL和液相桥的宽度决定了物质输运的速率。
问题三：液相的来源 ➢添加剂 ➢添加剂与固相颗粒形成低共熔相（相图）
问题四：液相量
➢一般为5Vol％，较少可以达到10Vol％，一般不 可以充填满颗粒之间的空隙。而传统陶瓷可以达 到25～35%，基本上可以填满空隙，这个烧结就 类似于玻璃粉的烧结，直接玻璃化就可以了 （Vitrifiaction）。
在固态烧结中也存在塑性流动。在烧结早期，表面 张力较大，塑性流动可以靠位错的运动来实现；而 烧结后期，在低应力作用下靠空位自扩散而形成粘 性蠕变，高温下发生的蠕变是以位错的滑移或攀移 来完成的、塑性流动机理目前应用在热压烧结的动 力学过程是很成功的。
三、溶解-沉淀传质机理
1、溶解-沉淀传质概念
在有固液两相的烧结中，当固相在液相中有可溶性，这时烧 结传质过程就由部分固相溶解而在另一部分固相上沉积．直 至晶粒长大和获得致密的烧结体。
➢缺点：液相最后会在晶界上形成新相，劣化材料 性能，如高温力学性能；尺寸控制较难；开裂和 塌陷。
液态烧结特点
➢传质机理和液相量有关； ➢传质过程和液相的性质有关； ➢与固-液润湿性有关； ➢与固相在液相的溶解度有关。
2 塑性流动
塑性流动：当坯体中液相含量很少时，高温下流动 传质不能看成是纯牛顿型流动，而是同于塑性流动 型。
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为了尽可能达到致密烧结，应选择最小的颗粒原始半 径r，液体粘度η和较大的液-气表面张力γ。
问题二：液相为什么加强了致密化过程？
➢增强颗粒重排：摩擦力便小 ➢增强物质输运：对于固相烧结，Dgb和晶界宽度 决定了物质输运的速率，而对于液相烧结，溶解 度DL和液相桥的宽度决定了物质输运的速率。
问题三：液相的来源 ➢添加剂 ➢添加剂与固相颗粒形成低共熔相（相图）
问题四：液相量
➢一般为5Vol％，较少可以达到10Vol％，一般不 可以充填满颗粒之间的空隙。而传统陶瓷可以达 到25～35%，基本上可以填满空隙，这个烧结就 类似于玻璃粉的烧结，直接玻璃化就可以了 （Vitrifiaction）。
在固态烧结中也存在塑性流动。在烧结早期，表面 张力较大，塑性流动可以靠位错的运动来实现；而 烧结后期，在低应力作用下靠空位自扩散而形成粘 性蠕变，高温下发生的蠕变是以位错的滑移或攀移 来完成的、塑性流动机理目前应用在热压烧结的动 力学过程是很成功的。
三、溶解-沉淀传质机理
1、溶解-沉淀传质概念
在有固液两相的烧结中，当固相在液相中有可溶性，这时烧 结传质过程就由部分固相溶解而在另一部分固相上沉积．直 至晶粒长大和获得致密的烧结体。
➢缺点：液相最后会在晶界上形成新相，劣化材料 性能，如高温力学性能；尺寸控制较难；开裂和 塌陷。
液态烧结特点
➢传质机理和液相量有关； ➢传质过程和液相的性质有关； ➢与固-液润湿性有关； ➢与固相在液相的溶解度有关。
陶瓷烧结
目前，微波烧结技术已经被广泛用于多种陶瓷复合 材料的试验研究材料直接耦合导致整体加热。
（2）微波烧结升温速度快，烧结时间短。 （3）安全无污染。 （4）能实现空间选择性烧结。
材料与微波场的作用类型
材料与微波的作用方式示意图
微波烧结系统
5 ）反应烧结
反应烧结（reaction-bonded sintering）是让原料混合 物发生固相反应或原料混合物与外加气（液）体发生 围—气（液）反应，以合成材料，或者对反应后的反应 体施加其它处理工艺以加工成所需材料的一种技术 。
是将粉末压坯或装入包套的粉料装入高压容器中，使粉 料经受高温和均衡压力的作用，被烧结成致密件。
其基本原理是：以气体作为压力介质，使材料（粉 料、坯体或烧结体）在加热过程中经受各向均衡的压力， 借助高温和高压的共同作用促进材料的致密化。 目前，热等静压技术的主要应用有：金属和陶瓷的 固结，金刚石刀具的烧结，铸件质量的修复和改善，高 性能磁性材料及靶材的致密化。
（2）具备快熔快冷性，有利于保持粉末的优异特性；
（3）可以使 Si3N4，SiC 等非热熔性陶瓷在无需添加
烧结助剂的情况下 发生烧结。
间接法爆炸烧结装置（a.单面飞片； b.单活塞；c.双活塞）
直接法爆炸烧结装置
谢谢大家！
1）热压烧结
热压烧结（hot pressing）是在烧结过程中同时对
坯料施加压力，加速了致密化的过程。所以热压 烧结的温度更低，烧结时间更短。
热压技术已有70年历史，最早用于碳化钨和钨粉致密件的 制备。现在已广泛应用于陶瓷、粉末冶金和复合材料的生 产。
热压烧结的优点
（1）所需的成型压力仅为冷压法的1/10
烧结装置
烧结系统大致由 四个部分组成：真空 烧结腔（图中6）， 加压系统（图中3）， 测温系统（图中7） 和控制反馈系统。图 中1示意石墨模具，2 代表用于电流传导的 石墨板，4是石墨模 具中的压头，5是烧 结样品。
第五章 烧结-1
2. 中温阶段（300～950℃）
• 任务：脱水、分解、氧化、晶型转变
• 结构水排除（高岭土） Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O
Al2O3 . 2SiO2＋2H2O
• 碳酸盐分解
✓由原料中带入
✓分解反应
500～850℃
MgCO3
MgO＋CO2
CaCO3 850～1050℃CaO＋CO2
MgCO3 . CaCO3 730～950℃ CaO＋MgO＋2CO2
研究表明，较小的颗粒尺寸分布范围是获取高烧结密度的必要条件。
二、影响陶瓷材料烧结的工艺参数
（1）烧成温度对产品性能的影响
烧成温度是指陶瓷坯体烧成时获得最优性质时的相应温度，即操作 时的止火温度。
烧成温度的高低直接影响晶粒尺寸和数量。对固相扩散或液相重结 晶来说，提高烧成温度是有益的。然而过高的烧成温度对特瓷来说，会因总 体晶粒过大或少数晶粒猛增，破坏组织结构的均匀性，因而产品的机电性能 变差。
颗粒间由点接触转变为面接触，孔隙缩小，连通孔 隙变得封闭，并孤立分布。 ③ 小颗粒间率先出现晶界，晶界移动，晶粒长大。
2）烧结后期阶段 ① 孔隙的消除：晶界上的物质不断扩散到孔隙处， 使孔隙逐渐消除。 ② 晶粒长大：晶界移动，晶粒长大。
➢ 烧结的分类：
烧结
固相烧结（只有固相传质） 液相烧结（出现液相） 气相烧结（蒸汽压较高）
颗粒形状和液相体积含量对颗粒之间作用力的影响 只有在大量液相存在的情况下，才能使这些具有一定棱角形状 的陶瓷粉体之间形成较高的结合强度。
（4）颗粒尺寸分布对烧结的影响
颗粒尺寸分布对最终烧结样品密度的影响可以通过分析有关的动力学 过程来研究，即分析由不同尺寸分布的坯体内部，在烧结过程中“拉出气孔” （pore drag）和晶粒生长驱动力之间力的平衡作用。
陶瓷烧结PPT课件
未来研究方向与展望
新材料与新工艺的开发
跨学科合作与技术融合
智能化与数字化技术的 应用
未来，研究者们将继续探索新型陶瓷 材料，研究新的烧结工艺和技术，以 满足各种应用需求。同时，如何实现 陶瓷材料的绿色生产和降低成本也是 未来的重要研究方向。
陶瓷烧结技术涉及到材料科学、物理 学、化学等多个学科领域，未来的研 究将更加注重跨学科的合作和技术融 合，以推动陶瓷材料的发展和应用。
还原气氛
可以还原杂质，提高陶瓷的纯度。
压力的影响
常压烧结
是最常见的烧结方式，适用于大多数 陶瓷材料。
加压烧结
在加压条件下，可以促进陶瓷的致密 化，提高其性能。
05
陶瓷烧结的质量控制与检测
质量控制方法
原料质量控制
对原料的化学成分、粒度、含水 率等指标进行严格检测和控制，
确保原料质量稳定。
工艺参数控制
在烧结过程中，对温度、压力、气 氛等工艺参数进行精确控制，以获 得最佳的烧结效果。
设备维护与校准
定期对烧结设备进行维护和校准， 确保设备运行稳定，提高产品的重 复性和可靠性。
性能检测与评价
物理性能检测
检测产品的密度、气孔率、热膨 胀系数等物理性能指标，确保产
品性能符合要求。
力学性能检测
通过抗弯强度、抗压强度等力学 性能试验，评估产品的机械性能
和可靠性。
耐腐蚀性能检测
对产品的耐酸、耐碱、耐热等性 能进行检测，以适应不同环境下
的使用要求。
缺陷分析与改进
缺陷识别
通过外观检查、无损检测等方法，识别产品中的 缺陷和问题。
原因分析
对缺陷产生的原因进行深入分析，找出根本原因 并制定相应的改进措施。
陶艺 陶瓷烧成课件
（2）.龙窑——一般都是依山坡而建，坡的大 小缓急直接影响烧成时间和产量。
一般窑头坡度大，易上火，窑尾坡度小，易 存火，低的一端为火膛，高的一端有排烟 口。
龙窑的只要特点是升温快、降温也快，维持 火焰和还原时间长。使用的材料为松柴。
在我国南方比较多见。（如浙江龙泉、福建 德化、在景德镇的湖田也多出发现了龙 窑。）
一次烧成和二次烧成
一次烧成：是指经过成型、干燥或施釉后的 生坯，在烧成窑内一次烧成陶瓷产品的工艺 路线。 二次烧成：是指经过成型干燥的生坯，先在 素烧窑内进行第一次烧成(素烧）后的产品， 经拣选，施釉等工序后，再进行第二次烧成 （釉烧）的工艺路线。
设置烧制曲线
釉下烧成曲线
釉上烧成曲线
（三）升温曲线
使之变成“形如覆瓮”的蛋型， 所以也叫瓮形 窑或蛋形窑，景德镇人把这各独具地方特色， 独具技术优势的属于平焰式的窑叫镇窑。
电窑认识
以此款八边形顶 开盖窑炉为例。
此款窑为顶开 盖，小且轻便。 0.07立方、6kw、 220v、接线为4m ㎡以上的全铜 线。
窑炉结构
采用五层不同结构层完美结合。 最里层为高温砖，然后以高保温耐火棉保
150~500℃：坯体可快速升温，比较安全，失去结合 水，碳酸盐、黑云母的分解，气体很容易溢出。
500~700℃：较松散，石英在573℃有突变，膨胀系数 较大。
700~900℃：可快速加热坯体，比较安全，碳化物燃 烧成气体，并排出，坯体气孔增多，可不限制加热速 度，因为坯体很薄，可渗透性强。
• 900~1100℃：在烧成收缩很严重之前要减小制品间 的温差，在900度是升温较慢，盐酸盐分解许多气泡 在釉面玻化之前必须排出，快速升温会导致石膏混入 坯体或已干燥的可溶性盐类集中到一起，坯体炸裂。
第4次课特种陶瓷的烧结
HTF-300无压烧结碳化硅生产炉
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.2 特种陶瓷的烧结方法
2、低温烧结（p74) 低温烧结方法主要有以下几种：
1）引入添加剂；
① 使晶格空位增加，易于扩散； ② 使液相在较低的温度下生成，使晶体能粘性流动。
2）压力烧结（热压烧结）； 3）使用易于烧结的粉料（如超细粉）
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4 特种陶瓷的烧结
晶粒长大的几何情况： 晶界上有界面能作用，晶粒形成一个与肥皂泡沫相似
的三维阵列； 边界表面能相同，界面夹角呈1200夹角，晶粒呈正六边形；
实际表面能不同，晶界有一定曲率， 使晶界向曲率中心 移动。 晶界上杂质、气泡如果不与主晶相形成液相， 则阻碍晶界移动。
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.2 特种陶瓷的烧结方法
3、热压烧结 对于同一材料而言，压力烧结与常压烧结相比，烧
结温度低的多，烧结体中气孔率也低，所得的烧结体 致密。且较低的温度抑制了晶粒生长，具有较高的强 度。
① 一般热压法
② 高温等静压法
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.2 特种陶瓷的烧结方法
3、热压烧结 ① 一般热压法
1.4 特种陶瓷的烧结
如何改变材料性质：
1、 ＝f(G-12)
G 强度
断裂强度
晶粒尺寸
2、气孔 强度(应力集中点)； 透明度(散射)； 铁电性和磁性。
1.4 特种陶瓷的烧结
收缩
a
收缩
b
c
收缩
1.4 特种陶瓷的烧结
烧结：
陶瓷生坯在高温下的致密化过程和现象的总称;随着 温度的上升和时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒 长大，空隙（气孔）和晶界逐渐减少，通过物质的传 递，其总体积V 、气孔率 、强度 、致密度 ，成 为坚硬的具有某种显微结构的多晶烧结体的过程。
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.2 特种陶瓷的烧结方法
2、低温烧结（p74) 低温烧结方法主要有以下几种：
1）引入添加剂；
① 使晶格空位增加，易于扩散； ② 使液相在较低的温度下生成，使晶体能粘性流动。
2）压力烧结（热压烧结）； 3）使用易于烧结的粉料（如超细粉）
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4 特种陶瓷的烧结
晶粒长大的几何情况： 晶界上有界面能作用，晶粒形成一个与肥皂泡沫相似
的三维阵列； 边界表面能相同，界面夹角呈1200夹角，晶粒呈正六边形；
实际表面能不同，晶界有一定曲率， 使晶界向曲率中心 移动。 晶界上杂质、气泡如果不与主晶相形成液相， 则阻碍晶界移动。
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.2 特种陶瓷的烧结方法
3、热压烧结 对于同一材料而言，压力烧结与常压烧结相比，烧
结温度低的多，烧结体中气孔率也低，所得的烧结体 致密。且较低的温度抑制了晶粒生长，具有较高的强 度。
① 一般热压法
② 高温等静压法
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.2 特种陶瓷的烧结方法
3、热压烧结 ① 一般热压法
1.4 特种陶瓷的烧结
如何改变材料性质：
1、 ＝f(G-12)
G 强度
断裂强度
晶粒尺寸
2、气孔 强度(应力集中点)； 透明度(散射)； 铁电性和磁性。
1.4 特种陶瓷的烧结
收缩
a
收缩
b
c
收缩
1.4 特种陶瓷的烧结
烧结：
陶瓷生坯在高温下的致密化过程和现象的总称;随着 温度的上升和时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒 长大，空隙（气孔）和晶界逐渐减少，通过物质的传 递，其总体积V 、气孔率 、强度 、致密度 ，成 为坚硬的具有某种显微结构的多晶烧结体的过程。
7-陶瓷烧结-2
粉末热锻（ Powder Hot Forging）：又称烧 结锻造，一般是先对压坯预烧结，然后在适 当的高温下再实施锻造。
12
第12页，共95页。
新型烧结方法
微波烧结 放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering） 自蔓延高温合成
13 第13页，共95页。
1.3 烧结与固相反应的区别
晶界能取代了表面能，这是烧结后多晶材料稳定存在的原因。
粉体颗粒尺寸很小－－比表面积大－－表面能高 烧结是一个自发的不可逆过程，系统表面能降低是
推动烧结进行的基本动力。
23 第23页，共95页。
对于N个半径为a的球形颗粒的lmol粉体，
式中：M为分子重量，ρ为颗粒比重，Vm是摩尔体积。而颗粒系 统的总表面积SA为
能。 v烧结的应用领域：
陶瓷、耐火材料、粉末冶金、超高温材料等
烧结体特征： 烧结体一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。
烧结直接影响显微结构中晶粒尺寸和分布、气孔大小形状和分布及 晶界的体积分数等。 v烧结依赖因素：
扩散、相变、固相反应等
4
第4页，共95页。
1 烧结概述
1.1 烧结理论研究的历史 烧结理论研究的过去、现在和未来。
16
第16页，共95页。
2.1.2 烧结过程的模型示意
¨ 一般烧结过程，总伴随有气孔率降低，颗粒总表 面积减少，表面自由能减少及与其相联系的晶粒 长大等变化，可根据其变化特点来划分烧结阶段， 包括初期阶段、烧结中期、烧结后期。
图3-4 粉状成型体的烧结过程示意
17
第17页，共95页。
（1）初期阶段（a～b）
2.2 烧结推动力
烧结过程伴随着体系自由能的降低。促使自 由能降低的驱动力具体可分为下述三类： 1 烧结颗粒表面能提供的驱动力 2外加压力（如热压烧结时）所作的功 3 烧结中化学反应提供的驱动力
12
第12页，共95页。
新型烧结方法
微波烧结 放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering） 自蔓延高温合成
13 第13页，共95页。
1.3 烧结与固相反应的区别
晶界能取代了表面能，这是烧结后多晶材料稳定存在的原因。
粉体颗粒尺寸很小－－比表面积大－－表面能高 烧结是一个自发的不可逆过程，系统表面能降低是
推动烧结进行的基本动力。
23 第23页，共95页。
对于N个半径为a的球形颗粒的lmol粉体，
式中：M为分子重量，ρ为颗粒比重，Vm是摩尔体积。而颗粒系 统的总表面积SA为
能。 v烧结的应用领域：
陶瓷、耐火材料、粉末冶金、超高温材料等
烧结体特征： 烧结体一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。
烧结直接影响显微结构中晶粒尺寸和分布、气孔大小形状和分布及 晶界的体积分数等。 v烧结依赖因素：
扩散、相变、固相反应等
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第4页，共95页。
1 烧结概述
1.1 烧结理论研究的历史 烧结理论研究的过去、现在和未来。
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第16页，共95页。
2.1.2 烧结过程的模型示意
¨ 一般烧结过程，总伴随有气孔率降低，颗粒总表 面积减少，表面自由能减少及与其相联系的晶粒 长大等变化，可根据其变化特点来划分烧结阶段， 包括初期阶段、烧结中期、烧结后期。
图3-4 粉状成型体的烧结过程示意
17
第17页，共95页。
（1）初期阶段（a～b）
2.2 烧结推动力
烧结过程伴随着体系自由能的降低。促使自 由能降低的驱动力具体可分为下述三类： 1 烧结颗粒表面能提供的驱动力 2外加压力（如热压烧结时）所作的功 3 烧结中化学反应提供的驱动力
《陶瓷材料的烧结》课件
资源循环利用
对废弃的陶瓷材料进行回收和再利用，实现资源的循环利用，降 低对自然资源的依赖。
THANKS。
致密度、均匀性和性能。
烧结设备的改进
03
随着技术的进步，烧结设备的性能和效率也将得到提升，为陶
瓷材料的制备提供更好的设备支持。
环保和可持续发展在陶瓷烧结领域的应用
环保材料的研发
为了降低陶瓷产业对环境的影响，未来将大力研发环保型的陶瓷 材料，如低毒陶瓷、可降解陶瓷等。
节能减排技术的应用
通过采用新型的节能技术，降低陶瓷烧结过程中的能耗和排放， 实现低碳、环保的生产。
04
陶瓷材料的烧结性能
烧结密度和孔隙率
烧结密度
烧结后的陶瓷材料密度，影响材料的 机械性能和热学性能。
孔隙率
陶瓷材料内部孔隙的多少，与材料的 强度、热导率和绝缘性能有关。
烧结陶瓷的力学性能
01
硬度
烧结陶瓷的硬度取决于其成分和 显微结构，硬度高的陶瓷耐磨、 耐划痕。
02
03
抗弯强度
韧性
陶瓷抵抗弯曲应力的能力，与材 料的成分、显微结构和制备工艺 有关。
航天器结构材料
陶瓷材料具有轻质、高强度和耐高温的特性，适用于航天器结构材料，如卫星天线骨架、太阳能电池板支架等。
06
未来展望
新型陶瓷材料的开发
高性能陶瓷
随着科技的发展，对陶瓷材料性能的要求越来越高，未来 将开发出具有更高强度、硬度、耐磨性、耐高温等高性能 的新型陶瓷材料。
多功能陶瓷
除了传统的结构陶瓷外，未来还将开发出具有多种功能如 导电、导热、压电、磁性等功能的新型陶瓷材料。
05
陶瓷材料的烧结应用
在电子行业的应用
电子封装
对废弃的陶瓷材料进行回收和再利用，实现资源的循环利用，降 低对自然资源的依赖。
THANKS。
致密度、均匀性和性能。
烧结设备的改进
03
随着技术的进步，烧结设备的性能和效率也将得到提升，为陶
瓷材料的制备提供更好的设备支持。
环保和可持续发展在陶瓷烧结领域的应用
环保材料的研发
为了降低陶瓷产业对环境的影响，未来将大力研发环保型的陶瓷 材料，如低毒陶瓷、可降解陶瓷等。
节能减排技术的应用
通过采用新型的节能技术，降低陶瓷烧结过程中的能耗和排放， 实现低碳、环保的生产。
04
陶瓷材料的烧结性能
烧结密度和孔隙率
烧结密度
烧结后的陶瓷材料密度，影响材料的 机械性能和热学性能。
孔隙率
陶瓷材料内部孔隙的多少，与材料的 强度、热导率和绝缘性能有关。
烧结陶瓷的力学性能
01
硬度
烧结陶瓷的硬度取决于其成分和 显微结构，硬度高的陶瓷耐磨、 耐划痕。
02
03
抗弯强度
韧性
陶瓷抵抗弯曲应力的能力，与材 料的成分、显微结构和制备工艺 有关。
航天器结构材料
陶瓷材料具有轻质、高强度和耐高温的特性，适用于航天器结构材料，如卫星天线骨架、太阳能电池板支架等。
06
未来展望
新型陶瓷材料的开发
高性能陶瓷
随着科技的发展，对陶瓷材料性能的要求越来越高，未来 将开发出具有更高强度、硬度、耐磨性、耐高温等高性能 的新型陶瓷材料。
多功能陶瓷
除了传统的结构陶瓷外，未来还将开发出具有多种功能如 导电、导热、压电、磁性等功能的新型陶瓷材料。
05
陶瓷材料的烧结应用
在电子行业的应用
电子封装
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-
20
放电等离子烧结原理
-
21
其他烧结方法
• 自蔓延烧结：SHS合成+压力
-
22
• 吸收功率： • 穿透深度： • 升温速率：
P2f0r tanE 2
D
Hale Waihona Puke 012 tan(r /0)2
dT P dt C p
-
19
放电等离子烧结 （Spark Plasma Sintering, SPS）
• 对模具或样品直接施加大 脉冲电流，通过热效应或 其他场效应，使试样烧结
• 压力500t，脉冲电流25kA • 数分钟完成陶瓷烧结
• 粉体表面能与界面能的差 • 传质过程
– 扩散传质 – 溶解析出传质 – 蒸发凝聚传质 – 粘性流动
-
2
烧结过程
• 粉体颗粒间的粘接、致密化 • 晶粒长大 • 晶界相
• 影响烧结的因素
– 温度、气氛、压力 – 粉体活性 – 烧结助剂
-
3
烧结方法
• 常压烧结 • 热压烧结 • 热等静压烧结 • 电弧等离子放电烧结 • 微波烧结 • 自蔓延烧结
-
17
材料与微波的相互作用
• 微波透过材料（无吸收）：石英玻璃、 云母、聚四氟乙烯
• 微波反射材料：金属
• 微波吸收材料（损耗介质）：
– 低温吸收小，高于某温度急剧增加：Al2O3 、MgO、ZrO2、Si3N4等
– 室温就高吸收：CaCO3、Fe2O3、Cr2O3、 SiC等
-
18
材料与微波的相互作用
-
4
常压烧结
• 在大气环境下，仅通过加热使陶瓷烧结 的方法。
• 用于制备氧化物陶瓷 • 烧成制度：各阶段温度点、升温速度、
保温时间、降温速度 • 裸烧、匣钵
-
5
窑炉类型
• 间歇式：
– 箱式电炉 – 钟罩窑、梭式窑
• 连续式：
– 推板窑、辊道窑 – 隧道窑
-
6
电炉发热体
• 马弗炉：金属合金丝（<1100C） • 硅碳棒，SiC（<1400C） • 硅钼棒，MoSi2（<1700C） • 氧化锆，（<2000C）
陶瓷的烧结过程
• 陶瓷成形体（素坯）是由陶瓷粉体聚合 而成的多孔体，气孔率一般为35-60%。
• 在高温条件下（熔点的0.5-0.7），由于 物质迁移，素坯体积收缩，气孔排除， 形成致密的多晶陶瓷体——烧结
• 烧结伴随气孔形状变化、气孔率下降、 密度提高（致密陶瓷相对密度>98%）、 晶粒长大
-
1
烧结的驱动力
烧结
– 粘性流动
– 塑性变形
– 晶界滑移
– 颗粒重排
• 一般采用石墨模具，表面
涂覆氮化硼，防止反应
-
15
热等静压 （Hot Isostatic Pressing, HIP）
• 以高压气体作为压力介质作用于陶 瓷材料（包封的粉体和素坯，或烧 结体），使其在高温环境下受到等 静压而达到高致密化
• 一般用玻璃封装
解
-
13
氮化硅的气压烧结 （Gas Pressure Sintering GPS）
• 为了抑制氮化物分解，在N2气压力110MPa高压下烧成。
• 对于氮化硅常压烧成温度要低于1800C， 而气压烧结温度可提高到2100-2390C。
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热压烧结（Hot Pressing, HP）
• 加热的同时施加机械压力 ，增加烧结驱动力，促进
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钟罩窑、梭式窑
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辊道窑、推板窑
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隧道窑
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促进烧结的方法
• 高密度、高均匀性的成形体 • 烧结助剂
– 产生低温液相 – 形成固溶体 – 钉扎界面，抑制晶粒生长
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真空烧结、气氛烧结
• 真空电阻炉：钨丝或石墨发热体（<2000 、2300C、可高真空、可通惰性保护气体 N2、Ar）
• 管式气氛炉：电热丝、硅碳、硅钼 • 非氧化物陶瓷烧结
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氮化硅陶瓷的无压烧结
• 氮化硅无熔点、高温分解（1900C） • 能形成液相的氧化物烧结助剂（Y2O3-Al2O3,
MgO-Al2O3-SiO2） • 采用α氮化硅为原料，1420C相变为β相，有利烧
结，且该β相为柱状晶，力学性能好。 • 埋粉（Si3N4：BN：MgO=5:4:1）抑制氮化硅分
• HIP的特点：
– 降低烧成温度、缩短烧成时间 – 减少或不用烧结助剂 – 提高陶瓷性能及可靠性 – 便于制造复杂形状产品
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微波烧结
• 利用微波与材料的相互作用，其介电损 耗导致陶瓷坯体自身发热而烧结
• 加热快 • 整体均匀加热 • 无热惯性，烧成周期短 • 可实现局部加热修复等 • 能效高 • 无热源污染