陶瓷的烧结工艺

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1、陶瓷材料烧结工艺2015/2/9河南省精品课程——陶瓷工艺原理一、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。（a）1240℃（b）1280℃组成为Pb0.95Sr0.05(Zr0.58Ti0.47)+GeO20.5%1―介电强度；2―抗折强度烧成温度对压电陶瓷机电性能的影响曲线结论：烧结温度的确定主要取决于配方组成、坯料细度和对产品的性能要求。（2）保温时间对产品性能的影响1―介电强度；2―抗折强度保温时间对电瓷机电性能的影响曲线结论：①使物理化学变化更趋完全

2、，使坯体具有足够液相量和适当的晶粒尺寸；②使组织结构趋于均一。（3）烧成气氛对产品性能的影响气氛对Al2O3陶瓷烧结的影响曲线1―C+H2；2―H2；3―Ar；4―空气；4―水蒸气（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：氧化气氛和还原气氛对过烧膨胀量的影响有大有小，关键看坯体组成。②气氛对坯体的收缩和烧结的影响氧化气氛和还原气氛对坯体收缩的影响有大有小，关键看坯体组成。③气氛对坯的颜色和透光度以及釉层质量的影响a.影响铁和钛的价态；b.使SiO2和CO还原；c.形成氮化合物。结论：气氛的影响有好有坏，关键是看坯体的组成。（4

3、）升温与降温速度对产品性能的影响75%Al2O3瓷的升温速率与性能的关系曲线1―抗折强度；2―温度系数；3―介质损耗角（4）升温与降温速度对产品性能的影响降温速率对坯体的白度和性能都有影响。特别是含玻璃相多的陶瓷，应采取高温快冷和低温慢冷的制度。高温快冷可避免泛黄、釉面析晶，提高光泽；低温慢冷可减少应力，避免开裂等。影响陶瓷材料烧结的工艺参数:（1）烧成温度（2）保温时间（3）烧成气氛（4）升温与降温速率本节小结1、烧结的定义和烧结的方法2、烧结的类型3、烧结的驱动力4、烧结参数及其对产品性能的影响颗粒尺寸大小烧成温度材工粉体结块和团聚保温时间料

4、艺参颗粒形状参烧结气氛数数颗粒尺寸分布升温和降温速率本节思考题1、在陶瓷烧结过程中，原料颗粒尺寸愈小愈好对否？2、烧结工艺参数是如何影响陶瓷产品性能的？5.3固相烧结过程及机理与烧结有关的概念烧结与烧成：烧成包括多种物理和化学变化。而烧结仅仅指粉料经加热而致密化的简单物理过程，显然烧成的含义及包括的范围更宽，一般都发生在多相系统内。而烧结仅仅是烧成过程的一个重要部分。烧结与熔融：烧结是在远低于固态物质的熔融温度下进行的。烧结与熔融这两个过程都是由原子热振动而引起的，但熔融时全部组元都转变为液相，而烧结是在低于主要组分的熔点下进行的。这两个过

5、程均在低于材料熔点或熔融温度之下进行的。并且在过程的自始至终都至少有一相是固态。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。烧结过程收缩收缩abc收缩无气孔的多晶体烧结过程推动力AAA证明：GB比愈小愈易烧结，反之难烧结。SV晶界能GB（其中)表面能SV5.3.1双球模型（two-particlemodel）图(a)为未收缩的模型，颗粒之间的距离不发生变化，但是随着烧结时间的增加，颈部尺寸会不断增加，烧结样品开始收缩，其收缩后几何模型

6、如图(b)所示，颈部增大主要是颗粒接触间物质扩散和坯体收缩造成的。G.C.Kuczynski(库津斯基)提出的双球模型中中心心距距不缩变短2x2/4rx/2r2x/2r3A2x3/2rAx/r23Ax/r4Vx4/4rVx/2r4Vx/2r烧结的驱动力主要来源于由于颗粒表面曲率的变化而造成的体积压力差、空位浓度差和蒸汽压差。对于图中的模型示意图，体积压力差ΔP为：211sPPaPrsarxr空位浓度差为：,VmsCvCvaxrRTr蒸汽压差为：Vmspp

7、RTr其中，γs为固相的表面能，Vm’为空位摩尔体积，Vm为固相的摩尔体积。由于上述体积压力差、空位浓度差和蒸汽压差的存在，促使物质扩散。烧结中的物质传输机理物质扩散机理材料部位接触部位相关参数1．晶格扩散晶界颈部晶格扩散率,Dl2．晶界扩散晶界颈部晶界扩散率,Db3．粘性流动整体晶粒颈部粘度,η4．表面扩散晶粒表面颈部表面扩散率,Ds5．晶格扩散晶粒表面颈部晶格扩散率,Dl蒸发－凝聚晶粒表面颈部蒸汽压差,Δp6．气相传输气相扩散晶粒表面颈部气相扩散率,Dg5.3.2晶粒过渡生长现象晶粒的异常长大是指在长大速度较慢的细晶基体内有少部分区域快速长大

8、形成粗大晶粒的现象。在烧结过程中发生异常长大与以下主要因素有关：①材料中含有杂质或者第二相夹杂物②材料中存在高的各向异性的界面能，例如固