陶瓷材料的烧结与原理.pdf

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1、陶瓷材料烧结原理与工艺摘要：到目前为止，陶瓷烧结技术一直是人们不断突破的领域，本文从陶瓷烧结的分类、影响因素、反应机理分别加以介绍，并列举了一些传统和先进的烧结技术，分析了它们的优缺点及应用的范围。关键词：陶瓷材料；影响因素；反应机理；烧结方法；SinteringTheoryandTechnologyofCeramicsAbstract:Sofar,thepeopleofceramicsinteringtechnologyhasbeenconstantlybreakingthefield,thispaperclassificationofc

2、eramicsintering,influencefactors,reactionmechanismbeintroducedseparately,andlistedsomeofthetraditionalandadvancedsinteringtech-nology,analyzestheiradvantagesanddisadvantagesandapplicationRange.Keywords:Ceramicmaterials;factors;reactionmechanism;sinteringmethod;0前言陶瓷(Cerami

3、c)的主要制备工艺过程包括坯料制备、成型和烧结。其生产工艺过程可简单地表示为：坯料制备、成型、干燥、烧结、后处理、成品。制备：通过机械或物理或化学方法制备坯料，在制备坯料时，要控制坯料粉的粒度、形状、纯度及脱水脱气，以及配料比例和混料均匀等质量要求。按不同的成型工艺要求，坯料可以是粉料、浆料或可塑泥团；成型：将坯料用一定工具或模具制成一定形状、尺寸、密度和强度的制品坯型（亦称生坯）；烧结：生坯经初步干燥后，进行涂釉烧结或直接烧结。高温烧结时，陶瓷内部会发生一系列物理化学变化及相变，如体积减小，密度增加，强度、硬度提高，晶粒发生相变等，使陶瓷

4、制品达到所要求的物理性能和力学性能[1]。烧结是指成型后的坯体在低于熔点的高温作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递，气孔排除，体积收缩，强度提高、逐渐变成具有一定的几何形状和坚固烧结体的致密化过程。1分类人们根据不同的依据分别对陶瓷的烧结进行分类，通常体现在以下几个方面：表1陶瓷烧结分类依据种类特点1固相烧结只有固相传质相分类2液相烧结出现液相3气相烧结蒸汽压较高1固相传质扩散为主烧结过程中的物质传递2液相传质溶解和沉淀为主3气相传质蒸发和凝聚为主1常压烧结无外加压力压力2压力烧结外部加压1普通烧结空气气氛气氛2氢气烧结氢气气氛3真空烧

5、结真空气氛1固相烧结固相条件2液相烧结液相条件反应3气相烧结气相条件4活化烧结增加基体烧结活性能5反应烧结基体材料与气相或液相反应2影响因素影响陶瓷烧结程度的因素较多，可从以下几个方面加以考虑[2,3]：2.1烧结温度及保温时间烧结温度是影响烧结的重要因素，一般来说，提高烧结温度，延长保温时间，会不同程度地促进烧结完成，完善坯体的显微结构。但若烧结温度过高、保温时间过长，易导致晶粒异常长大，出现过烧现象，反而使烧结体的性能下降。所以选择适当的烧结温度和保温时间是十分重要的[4]。2.2添加剂纯陶瓷材料有时很难烧结，所以有时常添加一些烧结助剂

6、，以降低烧结温度，改变烧结速度。当添加剂能与烧结物形成固溶体时，将使晶格畸变而得到活化，使扩散和烧结速度增大，烧结温度降低。2.3阻滞剂烧结速度超出一定范围时，也不利于陶瓷的成型，为了控制烧结速度，常添加阻滞剂。一方面可以控制速度，另一方面也可以阻碍晶粒长大，使粉体较细。2.4烧结气氛气氛对烧结的影响是复杂的。在空气中烧结，会使晶体生成空位、造成缺陷，所以烧结不同的基体材料要对气氛进行选择。一般材料如TiO2、BeO、Al2O3等，在还原气氛中烧结，氧可以直接从晶体表面逸出，形成缺陷结构，利于扩散，从而利于烧结[4]；非氧化物陶瓷，由于在高

7、温下易被氧化，因而在氮气及惰性气体中进行烧结；PZT陶瓷，为防止Pb的挥发，要求加气氛片或气氛粉体进行密闭烧结[3]。2.5压力压力对烧结的影响主要表现在两个方面：生坯成型时的压力和烧结时的外加压力(热压)。成型压力增大，坯体中颗粒的堆积就较紧密，相互的接触点和接触面积增大，烧结也被加速；热压的作用则更为明显，与普通烧结相比，MgO在15MPa压力下，烧结温度降低了200C，烧结体密度提高了2%，而且这种趋势随压力的增高而加剧。2.6颗粒大小烧结时间随着颗粒尺寸减小而降低，同时，小的颗粒尺寸可以使烧结体的密度提高，同时降低烧结温度。而且粉

8、体越细、表面能越高，烧结越容易。3烧结原理烧结理论研究的主要目的是确定烧结过程中物质的迁移机制和烧结工艺参数对烧结过程物质微观结构的影响，以便制定更好的烧结工艺。烧结理论的研究主