特种陶瓷的高压烧结技术

《特种陶瓷的高压烧结技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、特种陶瓷的高压烧结技术摘要：特种陶瓷的性能主要取决于其烧结工艺。为获得均一致密的陶瓷结构而发展出各种各样的烧结工艺，每种工艺都有其特有的优势与不足。高压烧结制备功能陶瓷材料可以有效地降低烧结温度，缩短烧结时间，增进致密化，减少污染，提高样品的性能，具有快速、洁净、高致密度的特点。关键词：特种陶瓷髙压烧结一.特种陶瓷特种陶瓷，乂称精细陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两人类。在陶瓷坯料屮加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多

2、种功能，如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能；以及耦合功能，如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。二.特种陶瓷的烧结现在特种陶瓷烧结机理已出现了气相烧结、同相烧结、液相烧结及反疢液体烧结等四种烧结模式。ri前，特种陶瓷的主要烧结方法冇:常压烧结法、热压烧结/热等静压烧结法、反应烧结法、液相烧结法、微波烧结法、电弧等离子烧结法、ft蔓延烧结法、气相沉积法等。它们材料结构机理与烧结驱动力方式各不相M),尤其传统陶瓷和大部分电子陶瓷烧结依赖于液扣形成、粘滞流动和溶解再沉淀过程，而对于高纯、高强结构陶瓷烧结，则以固相烧结为主，它们通过晶界扩散或点阵扩散来达

3、到物质迁移。三.高压烧结1.定义高压烧结就是在给陶瓷粉体或具冇一定致密度的坯体加热同时施加很高的压力，以实现陶瓷的压力烧结。与普通常压烧结工艺不同，高压烧结过程屮，除了粉末的表面自由能的变化为烧结驱动力外，同吋还有外加压力作为烧结驱动力，从而影响了烧结进程。山于烧结驱动力的增大，高压可以使得许多rt它方法不能烧结的陶瓷实现烧结;艽它方法可以烧结的则可以进一步改善其性能M时降低烧结温度，缩短烧结时间，有利干工艺控制。一般来说，同种陶瓷用普通无压烧结和高压烧结相比，高压的材料密度高，质地要均匀。同时，因为能够在颗粒成长或重新结晶不人可能进行的温度范围达到致

4、密化，所以，高压烧结可以获得巾微小品粒构成的a强度、高密度烧结体。而且，a压的封闭型使得样品不易受到污染，还可减少挥发性物质的挥发，艽优点是显而易见的。由于高压工艺的上述特点,尤K是由于现代高技术陶瓷的发展，高压烧结工艺越来越受到人们的重视。2.原理高压烧结与热压烧结类似，都是在烧结过程中对试样施加外加压力，但高压烧结压力较热压烧结要人很多。《压烧结屮存在普通烧结过程所没有的晶界滑移传质和挤fR蠕变传质两种作川。通常情况不，认为烧结过程分为两个阶段：第-•阶段，即烧结初期，外加压力酋先使颗粒的接触区发生塑性屈服，各类蠕变机制促进物质迁移，M时原子或空位

5、发生体积扩散和品界扩散，品界中的位错可能沿品界攀移，导致品界滑动。在烧结的第二阶段，上述机制仍然存在，只不过孔洞成为孤立的W孔，位于晶界相交处。同吋，丼不排除在晶粒内部存在的微孔。在常压烧结条件下，应力水平不足以使材料全部屈服发生塑性流动，但在高压下，应力水〒己足够使材料大部分W服发牛.塑性流动。因此，热压烧结和高压烧结之所以能够有效实现陶瓷材料的致密化烧结，主要是因为其与无压烧结相比，烧结驭动力不仅奋表而能，还奋外部高压提供的额外驭动力，从而促进烧结致密化芥降低烧结温度。以上机理可根据默瑞的热压致密化方程｛塑性流动理）来解释：式屮:n为致密材料球壳单

6、位体积

7、A）的孔隙数:为终极相对密度；Pk为材料的表而张力；Y为材料的屈服极限，与烧结温度冇关，随烧结温度的升高而降低；Te为烧结时施加的压力。可知：当烧结温度不变时，增加乐力可提商密度；当灰力P不变时，温度升密度也提高;在密度p3保持不变吋，增大压力P将使Te增加，即烧结温度降低。由此可见，高压烧结均可实现在烧结致密化的同时降低烧结温度。1.优点虽然商压烧结对没备要求比较苛刻，但楚商压足合成新材料和探索改进现奋材料性能最奋力的手段之一。作为一种极端的物理条件，能够有效地改变物质的原子叫距和原子壳层状态，特别是可以改变对固体的结构和性质起决定性作用的界

8、ifti原了状态。高Ik对物质的晶体结构、电子状态和物理性质的影响以及高压新相的研究是探索新型材料和常压下无法制备的新材料以及改进常态材料性能的基砌。在很高的压力作用K,物质内部的品体结构、电子结构和原子（分子）间的相互作用都将发生变化并伴随一系列物理性质的改变。W此，高压烧结具柯明显的优点，如可使素坯快速致密化，降低烧结温度，减少烧结时间，增人烧结体的密度和硬度，从而提高坯体的力学等性能。在其他条件相M的烧结条件下，对经过1500°C,1600°C，1700°C与1800'C烧结样品做扫描电镜观察。如图1所示，在1500°C时晶界冇晶界相出现，部分晶

9、粒不完整，Klj这时A1N烧结体的热导率也仅为76.9W/（m•K）。在1600"C吋，晶粒整