常压烧结PPT
烧结工艺 ppt课件
8.如何解决还原性与强度矛盾的问题
PPT课件
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烧结矿的种类
根据烧结矿碱度（CaO/SiO2）不同，分为 普通烧结矿(非自熔性烧结矿)：碱度低于1.0 自熔性烧结矿:碱度在1.0～1.5 高碱度烧结矿：碱度在1.5～3.5 超高碱度烧结:碱度大于3.5
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第三讲 烧结原理
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有害元素的控制
S
P
Cu Pb
Zn
As
F K2O+Na2O
<0.12% 0.03~0.08% <0.3% <0.1% <0.1~0.2% <0.07% <1% <0.1~0.6%
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为了保证供给高炉的铁矿石中铁含量均 匀，并且保证高炉的透气性，需要把选 矿工艺产出的铁精矿制成10-25mm的块 状原料。
粒度过小，燃烧速度快，高温时间短，烧结矿强度差；透气性变差，风 量少，产量低；部分燃料被废气带走。
燃料用量影响：
用量多：燃烧层温度高且厚，液相多，透气性差。料层下部烧不透，产 量降低。
用量少：无法烧结，
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烧结料层中的温度变化
1、烧结料层中的温度变 化：
1）烧结温度：指烧结料层 中某一点所达到的最高 温度。
低
——换热效果好 矿石粒度不能过大 （8～40mm)
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高炉冶炼过程
铁氧化物的还原 Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe
——提高产量 提高矿石的还原性 提高矿石含铁量（品位）
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铁矿石的评价
品位高：将含Fe量达到理论值的70%以上的矿石
第五章 烧结ppt课件
rs n rs0 n kt
式中，rs为在时间t时的晶粒平均半径，为在时间为0时的晶粒平均 半径，k为晶粒生长速率常数。半径（或晶料尺寸）指数n取决于晶粒 生长机理；n＝3和n＝2分别为扩散控制相界面反应控制。
fes4fes7o上述反应必须完成于釉层封闭之前5008508501050730950350450500800250920600350082气孔率高2540应力缓冲573高温阶段950烧成温度长石瓷烧成温度1350氧化保温期9501020低速升温或保温加速气流与空气过剩系数保证上述氧化分解与脱水进行完全彻底玻化成瓷期1020烧成温度液相的提前出现高岭土长石石英的最低共熔点985由于camg杂质液相会在950就出现液相对成瓷的促进作用1液相促进晶体生长2al92595010502液相促进坯体致密化玻璃相达4050玻化成瓷期内的收缩曲线玻化成瓷期内的两个阶段15105tatb玻化成瓷期内的收缩曲线t开始烧结温度ta烧结温度下限tb烧结温度上限过烧温度tatb烧结温度范围tb玻化成瓷范围一般情况
优点： １）提高烧结驱动力。 ２）可制备具有控制的微观结构和优化性能
的陶瓷复合材料
.
5.4.1 液相烧结的阶段
(a)液相烧结不同阶段的示意图 (O:熔化;Ⅰ:重排;Ⅱ:溶解-沉 淀;及Ⅲ:气孔排除)。
(b)在不同温度下，氧化铝-玻 璃体系中，实际致密化作为烧 结时间的函数所示 意的不同LPS阶段
.
• 氧化反应
✓参与物: 坯体内的碳素、有机物、硫化物
✓氧化反应:
350～450℃
FeS2＋O2
FeS＋SO2
4FeS ＋7O2500～800℃ 2Fe2O3＋4SO2
S＋O2 250～920℃SO2
第五章 烧结-1PPT课件
精品ppt
1
5.1 什么是烧结？
烧结（sintering）是一种利用热能使粉末坯体致密化的技 术。其具体的定义是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积 减小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。
精品ppt
2
5.1.1 日用瓷的烧成过程
1. 低温阶段（室温～300℃）
• 任务：除去坯体经干燥后的残余水分 1～2％，气孔率 25～40％ • 升温速率 ✓快：适用于坯体小、坯身薄、水分低（1％） ✓慢：适用于坯体大、坯身厚（复杂）、水分高（2～3％） • 及时排除水汽：防止坯面有冷凝水 ✓加大通风 ✓烟气温度应高于露点
团聚是颗粒经过牢固结 合和/或严重反应形成的粗大 颗粒。结块和团聚形成的粗大 颗粒都是通过表面力结合。
精品ppt
细小颗粒在液体和固体介质中承受吸引 力和排斥力形成结块和团聚体示意图
24
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25
（3）颗粒形状对烧结的影响
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
Tm A
Tm B
T3
固相烧结
T2
（Solid state sintering）
T1
精品ppt
烧结过程示意相图
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(a)固相烧结(Al2O3)和(b)液相烧结样品 (98W-1Ni-1F2(wt%))的显微结构
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17
精品ppt
烧结现象示意图
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5.2.2 烧结驱动力
烧结的驱动力就是总界面能的减少。粉末坯体的总界面能表示为γA， 其中γ为界面能；A为总的比表面积。那么总界面能的减少为：
《陶瓷材料的烧结》课件
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
常压烧结法
探秘常压烧结法：让粉末材料焕发新生命常压烧结法是一种全新的材料加工方法，经过多年的研究和实践，已经被广泛应用于航空、航天、军工等领域。
该方法可以将各种粉末材料压缩成高密度的块状物，从而实现材料结构和性能的精确控制和定制。
本文将从原理、工艺、应用等方面介绍常压烧结法，帮助读者深入了解和应用这一先进的材料加工技术。
一、常压烧结法的原理常压烧结法也称为热压烧结法，是将粉末材料在高压和高温的条件下进行压缩和烧结，使其形成致密、高强度的块状材料。
常压烧结法的最大特点是在烧结过程中材料处于常压状态，不需要高压容器，简化了烧结设备的结构，降低了生产成本。
常压烧结法的基本原理包括以下几个方面：1. 粉末合成：通过物理或化学方法制备所需的粉末材料。
2. 粉末混合：将所需的粉末材料按一定比例混合均匀。
3. 压制成型：将混合好的粉末材料在高压下进行压制成形。
4. 烧结固化：将压制成形的材料在高温下进行烧结，使其具有致密度和坚固性。
二、常压烧结工艺的步骤常压烧结工艺具有简单、高效、环保的特点，常用于制备高性能的工程材料和精密器件。
常压烧结工艺的具体步骤如下：1. 合成粉末材料：通过物理、化学等方法制备所需粉末材料。
2. 粉末混合：将所需的粉末材料按照一定比例混合均匀。
3. 加入成型剂：将所需的成型剂按照一定比例加入粉末混合物中，提高其压实性、流动性和加工性能。
4. 压制成形：将混合好的粉末料在高压下进行压制成形，制备出所需要的形状和尺寸。
5. 预烧处理：将压制成形的材料在低温下（一般为500-800℃）进行预烧处理，去除成型剂和氧化表面。
6. 烧结固化：将预烧处理过的材料在高温下（一般为1400-1700℃）进行烧结固化，使其致密化、坚固化，形成高强度的块状材料。
三、常压烧结法的应用常压烧结法是制备高性能工程材料和精密器件的重要方法之一，广泛应用于航空、航天、军工等高科技领域。
常见的应用领域包括：1. 热障涂层材料：采用常压烧结法制备的氧化锆、稳态氧化铝等材料，可以用于航空发动机、火箭发动机等高温部件的热障涂层。
第五章 烧结ppt课件
T
Ta Tb
T
4. 冷却阶段（烧成温度 1350℃～400℃）
• 快冷区（烧成温度1350℃～750℃）
✓防止釉层因失透（析晶）而无光泽
✓防止莫来石晶体过分长大（一次莫来石～二次莫来石）而降低强度
• 慢冷区（750℃～400℃）
✓液相（50～60％）冷为玻璃相时，会有应力产生
✓石英转变时会有应力产生 α－石英
.
烧结过程的物质传递
烧结过程中 的物质传递
气相传质（蒸发与凝聚为主） 固相传质（扩散为主） 液相传质（溶解和沉淀为主）
.
影响烧结的因素
影响因素
原料粉末的粒度 烧结温度 烧结时间 烧结气氛
.
5.2 烧结参数及其对烧结性影响
5.2.1 烧结类型
液相烧结
（Liquid phase intering）
.
5.2.4 烧结参数对于烧结样品性能的影响
一、材料参数对烧结的影响 （1）颗粒尺寸对烧结的影响
在一定温度下，半径为r1的一列球形颗粒所需要的烧结时间为t1，半径为 r2的另一列排列相同的球形颗粒烧结时间为t2，则：
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）
.
• 石英的晶相转变
β－石英
573℃ α－石英
△V ±0.82％
气孔率高 25～40％，应力缓冲
3. 高温阶段（950℃～烧成温度）
第五章 烧结1PPT课件
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30
31
（2）保温时间对产品性能的影响 在烧成的最高温度保持一定的时间，一方面使物理化学变化更趋完全，
使坯体具有足够液相量和适当的晶粒尺寸，另一方面组织结构亦趋均一。但保 温时间过长，则晶粒溶解，不利于在坯中形成坚强骨架，而降低机械性能。
保温时间与抗弯强度的关系
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保温时间对显微组织的影响 (a)20min,（b)30min,(c)40min
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（3）烧成气氛对产品性能的影响 ① 气氛对陶瓷坯体过烧膨胀的影响 ② 气氛对坯体的收缩和烧结的影响 ③ 气氛对坯的颜色和透光度以及釉层质量的影响
（4）升温与降温速度对产品性能的影响
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5.3 固相烧结过程及机理
初始阶段 中间阶段
最终阶段
固相烧结一般可分为三个阶段：初始阶段，主要表现为颗粒形状 改变；中间阶段，主要表现为气孔形状改变；最终阶段，主要表现为 气孔尺寸减小。
A A A
其中，界面能的变化（Δγ）是因为样品的致密化，比表面积的变 化是由于晶粒的长大。对于固相烧结，Δγ主要是固/固界面取代固/气 界面。
19
在烧结驱动力的作用下烧结过程中的基本现象
20
5.2.3 烧结参数
材料参数 工艺参数
粉体 形貌，粒度，粒度分布，团聚，混合均匀性等
化学特性 化学组分，纯度，非化学计量性，绝对均性等 烧结温度，烧结时间，压力气氛，升温和降温度等
空气（强强氧化气氛） 强氧化气氛
氧化气氛 中性气氛
还原气氛
9
✓（高岭土～长石～石英）长石瓷质坯体烧成采用还原气氛
（1）高岭土中有Fe2O3和硫酸盐
氧化气氛：在烧结时Fe2O3分解出O2，但O2不易逸出
还原气氛： 2Fe2O3
第九章烧结
（１）常压烧结：又称无压烧结。
属于在大气压条件下坯体自由烧结的过程。
在无外加动力下材料开始烧结，温度一般达到材料的熔点０．５－０．８即可。
在此温度下固相烧结能引起足够原子扩散，液相烧结可促使液相形成或由化学反应产生液相促进扩散和粘滞流动的发生。
常压烧结中准确制定烧成曲线至关重要。
合适的升温制度方能保证制品减少开裂与结构缺陷现象，提高成品率。
（２）热压烧结与热等静压烧结：热压烧结指在烧成过程中施加一定的压力（在１０～４０ＭＰａ），促使材料加速流动、重排与致密化。
采用热压烧结方法一般比常压烧结温度低１００ºC左右，主要根据不同制品及有无液相生成而异。
热压烧结采用预成型或将粉料直接装在模内，工艺方法较简单。
该烧结法制品密度高，理论密度可达９９％，制品性能优良。
不过此烧结法不易生产形状复杂制品，烧结生产规模较小，成本高。
作为陶瓷烧结手段，利用来自于表面能的表面应力而达到致密化的常压烧结法虽是一般常用的方法，但是，不依赖于表面应力，而在高温下借助于外压的方法，也是可以采用的。
这就是称为热压法的烧结方法。
广义来说，在加压下进行烧结的方法包括所有这类方法，超高压烧结和热等静压（HIP）烧结也属于这类方法。
不过，一般都作为在高温下施加单轴压力进行烧结的方法来理解。
其基本结构示于图1。
首先，制备粉体试料，置于模型中，在规定温度下加热、加压，获得烧结体。
由于下述原因而采用这种方法：（1）烧结温度降低；（2）烧结速度提高；（3）使难烧结物质达到致密化。
因为能够在颗粒成长或重新结晶不大可能进行的温度范围达到致密化，所以，可获得由微小晶粒构成的高强度、高密度烧结体。
图2所示，是热压对陶瓷致密化影响效果之一例。
将热压作为制造制品的手段而加以利用的实例有：氧化铝、铁氧体、碳化硼、氮化硼等工程陶瓷。
连续热压烧结生产效率高，但设备与模具费用较高，又不利于过高过厚制品的烧制。
热等静压烧结可克服上述弊缺，适合形状复杂制品生产。
第5章 粉末的烧结PPT课件
§5.5 烧结动力学方程
一、 烧结几何模型
烧结几何模型的引入为烧结机构的研究奠定了基础 1. 双球几何模型
● 两球相切模型（第一模型）
两球相切，两球中心距不变。
几何关系： ρ= x2/2a A = 2Пx3/a V =Пx4/a
a-颗粒半径 x-烧结颈半径 ρ –烧结颈曲率
半径
两球相切
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● 两球相交（贯穿）模型
第五章 粉末的烧结
• 粉末烧结后的变化 • 烧结过程 • 烧结热力学 • 烧结动力学 • 烧结理论模型 • 烧结方法
1
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粉末烧结类型
不施压烧结
固相烧结
粉单 末相
粉多 末相
反应 活化 烧结 烧结
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故烧结颈与球表面的蒸汽压差为： P= - P a γΩ/(KTρ) （P o用Pa代替）
单位时间内凝聚在烧结颈表面的物质量由Langmuir公式计算： m=△P(M/2πRT)1/2（M为原子量）
颈长大速度： dV / dt = A (m / d)
A—颈表面积；d—物质密度
经几何计算、变换和积分，得： x3/a=3Mγ(M/2πRT)1/2P a /(d2RT)▪t
1 r2
16
1
1x
由于x>>ρ,可忽略1/x, 则颈部拉应力为：
1
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§5.4 烧结动力学
• 烧结过程中，颗粒粘结面上发生的量与质 的变化以及烧结体内孔隙的球化与缩小等 过程都是以物质的迁移为前提的。
烧结基础知识PPT课件
如果表面张力足以使晶体产生位错，这
时质点通过整排原子的运动或晶面的滑移来实
现物质传递，这种过程称塑性流动。可见塑性
流动是位错运动的结果。与粘性流动不同，塑
性流动只有当作用力超过固体屈服点时才能产
生 ， 其 流 动 服 从 宾 汉 (Bingham) 型 物 体 的 流
动规律即， F v
S
x
（3-3-9）
3
e KT
1
3
C0
KT
；
C1 C0
C03 KT
自颈部到接触点 浓度差
C1 C2 23 C0 KT
；
C1
C2
2C0 3 KT
自颈部到内部 浓度差
结论： ①由于应力的分布不均匀造成空位浓度梯度，空位将主要从颈部表面扩散到
颈部中心两颗粒接触处；
②空位也从颈部表面扩散到颗粒内无应力区，但其量比前一种扩散量少一半；
物理性质变化：V 、气孔率 、强度 、 致密度……
缺点：只描述宏观变化，未揭示本质。
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定义2:在表面张力作用下的扩散蠕变。
优点：揭示了本质。 缺点：未描述宏观物理性质变化。
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烧结的指标
➢烧结收缩率 ➢强度 ➢实际密度/理论密度 ➢吸水率 ➢气孔率等
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③空位扩散即原子或离子的反向扩散。 这就造成了物质的迁移。而随着这种物质迁移，空隙被填充，致密度提高。
与此同时，颗粒间的接触界面增加，机械强度增加。
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⑶扩散途径 ( 结论： C1>C0>C2 空位扩散：优先由颈表面) 接触点；
1C> 2C