结构陶瓷和高温陶瓷

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1、1.3结构陶瓷结构陶瓷材料具有耐高温、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、低膨胀系数、低热导率和质轻等优点，它不仅在日用、卫生、建筑行业得到大量应用，而且被广泛应用于能源、空间技术、石油化工等领域。11.3结构陶瓷1.3.1结构陶瓷的生产工艺1.3.2.常用结构陶瓷材料21.3.1.结构陶瓷的生产工艺特种陶瓷是在普通陶瓷的基础上发展起来的，与普通陶瓷主要有以下区别：在原料上，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的局限，特种陶瓷一般以纯度较高的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等为主要原料．成分由人工配比决定，性质优劣不是产地决定的；3在制备上，突破了传统陶瓷以炉窑为主要烧结设备的界限，广泛采

2、用真空烧结、保护气氛烧结，采用热压、热等静压等手段；在性质上，特种陶瓷有不同的特殊性质和功能。特种陶瓷的主要工艺是粉末制备、成形和烧结。41．粉末制备制粉是陶瓷生产过程中至关重要的第一步。对原料的要求是：纯度非常高，杂质的质量分数在万分之几范围内；粒度均匀细小(1μm以下)。由于有的原料硬度很大，粉碎十分困难，因而发展了很多制备粉末的特殊方法，可概括为以下五种。5(1)固相法固相法包括化合或还原法、热分解法、自蔓延高温合成法等。(2)气相法气相法包括气相合成法、气相热分解法。(3)液相法液相法包括直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法(4)机械法机械法包括球

3、磨、振动球磨、搅动球磨、气流粉碎等方法。(5)溶剂蒸发法此类方法有酒精干燥法、冷冻干燥法、热石油干燥法和喷雾干燥法等。6近几年来，超微粒的研究、开发和应用十分引入注目。一般粒径在l0μm范围的称为微粒，粒径在1～l00nm范围的称为超微粒。制备超微粒的方法有几十种之多，按粒度变化可分为两大类：将粗颗粒粉碎为超微粒；以及由离子或原子通过成核和长大成为超微粒。72．成形在许多情况下，原料粉末在使用前需要进行一定的处理，如预烧、粉碎、分级、净化等。目的是调整和改善其物理、化学性质，使之适应后继工序和产品性能的要求。制备普通陶瓷使用的模压成形、挤压成形等技术可以用于特种陶瓷的成形。为了

4、提高坯体的致密度、均匀性或尺寸精度，保证制品的优异性能，下面将介绍几种新的成形方法。8此法是将粉末充填入橡胶制的容器内，密封后利用静水压力通过介质从各个方向向橡胶模均匀加压成形。优点：压制出来的坯体密度大而且均匀。缺点：但成形工序较复杂，一般适用于大型、小批量生产的制品。(1)冷等静压成形9此法是在陶瓷粉末内加入热塑性树脂、石蜡、增塑剂与溶剂等，把经预热混匀的坯料放在成形机内加热熔融，然后再从喷嘴压入金属模具内冷却固化。特点：此法可用于形状复杂、尺寸精度及表面粗糙度要求较高，需要批量生产的制品。迄今仅限于生产某些纺织机械零件。(2)注射成形法10该法利用炸药爆炸后在极短的时间内

5、产生的巨大压力作用在粉末上。使坯体获得接近理论密度和很高的强度。特点：可成形形状复杂、轮廓清晰的坯体，成本较低。(3)爆炸成形11特种陶瓷的烧结一般在容量较小的高温炉中进行，其烧成温度很高，需精确控制，有时需在保护气氛中进行。特种陶瓷的烧成几乎是在没有液相的条件下，依靠离子表面扩散和晶界扩散来完成。要求烧结体是紧密堆积的多晶聚集体，玻璃相和孔隙很少或没有。3.烧结12(1)常压烧结常压烧结通常用于普通陶瓷，也可用于氧化物陶瓷。二者基本过程相似，但高温下的反应因材料不同而异。烧结机理是固相烧结。(2)气氛压力烧结非氧化物陶瓷在高温烧结时易挥发与氧化，需将其置于氮、氩等惰性气氛中烧

6、结。烧结时气氛压力控制在1.013x106Pa左右。选择适当的烧结助剂，可以降低烧结温度，同时获得较高强度。13(3)热压烧结通常用于共价键非氧化物陶瓷。它是将干粉末填入模具内，再从单轴方向施加压力，同时进行烧结，是一种成形与烧结同时进行的工艺方法。采用热压烧结，使烧结机理由以扩散为主变为以塑性流动为主，从而可在较低温度下进行烧结，得到的烧结体气孔率低，组织致密。热压烧结还可减少烧结助剂用量。与常压烧结相比，热压可使烧结体强度提高。热压模具主要采用石墨制造，以保证高温条件下的稳定性。受模具材料的限制，所加压力不能太高。特点：该法只能制造形状极简单的制品，工艺周期长，效率低。14

7、(4)热等静压烧结(HIP)将粉末装入密封容器(高压容器)内，通过气体介质(惰性气体)向密封容器内的粉末施加各向均匀的高压，同时进行烧结。与冷等静压相比较，热等静压法是以金属箔密封容器代替橡胶模，用气体代替液体。热等静压的最高温度一般可达2000℃，最高压力达2000MPa左右。热等静压法比热压法有更好的烧结效果。该法已用于陶瓷发动机零件的制造。(5)反应烧结法此法可用于氮化硅和碳化硅等非氧化物陶瓷。15(6)电火花烧结此法亦称电活化压力烧结。它是一种利用粉末间火花放电产生高温同时施加压力的