陶瓷烧结过程课件

1、陶瓷烧结过程,1,陶瓷的烧结过程,陶瓷成形体（素坯）是由陶瓷粉体聚合而成的多孔体，气孔率一般为35-60%。 在高温条件下（熔点的0.5-0.7），由于物质迁移，素坯体积收缩，气孔排除，形成致密的多晶陶瓷体烧结 烧结伴随气孔形状变化、气孔率下降、密度提高（致密陶瓷相对密度98%）、晶粒长大,陶瓷烧结过程,2,烧结的驱动力,粉体表面能与界面能的差 传质过程 扩散传质 溶解析出传质 蒸发凝聚传质 粘性流动,陶瓷烧结过程,3,烧结过程,粉体颗粒间的粘接、致密化 晶粒长大 晶界相 影响烧结的因素 温度、气氛、压力 粉体活性 烧结助剂,陶瓷烧结过程,4,烧结方法,常压烧结 热压烧结 热等静压烧结 电弧等

2、离子放电烧结 微波烧结 自蔓延烧结,陶瓷烧结过程,5,常压烧结,在大气环境下，仅通过加热使陶瓷烧结的方法。 用于制备氧化物陶瓷 烧成制度：各阶段温度点、升温速度、保温时间、降温速度 裸烧、匣钵,陶瓷烧结过程,6,窑炉类型,间歇式： 箱式电炉 钟罩窑、梭式窑 连续式： 推板窑、辊道窑 隧道窑,陶瓷烧结过程,7,电炉发热体,马弗炉：金属合金丝（1100C） 硅碳棒，SiC（1400C） 硅钼棒，MoSi2（1700C） 氧化锆，（2000C,陶瓷烧结过程,8,钟罩窑、梭式窑,陶瓷烧结过程,9,辊道窑、推板窑,陶瓷烧结过程,10,隧道窑,陶瓷烧结过程,11,促进烧结的方法,高密度、高均匀性的成形体

3、烧结助剂 产生低温液相 形成固溶体 钉扎界面，抑制晶粒生长,陶瓷烧结过程,12,真空烧结、气氛烧结,真空电阻炉：钨丝或石墨发热体（2000、2300C、可高真空、可通惰性保护气体N2、Ar） 管式气氛炉：电热丝、硅碳、硅钼 非氧化物陶瓷烧结,陶瓷烧结过程,13,氮化硅陶瓷的无压烧结,氮化硅无熔点、高温分解（1900C） 能形成液相的氧化物烧结助剂（Y2O3-Al2O3, MgO-Al2O3-SiO2） 采用氮化硅为原料，1420C相变为相，有利烧结，且该相为柱状晶，力学性能好。 埋粉（Si3N4：BN：MgO=5:4:1）抑制氮化硅分解,陶瓷烧结过程,14,氮化硅的气压烧结（Gas Press

4、ure Sintering GPS,为了抑制氮化物分解，在N2气压力1-10MPa高压下烧成。 对于氮化硅常压烧成温度要低于1800C，而气压烧结温度可提高到2100-2390C,陶瓷烧结过程,15,热压烧结（Hot Pressing, HP,加热的同时施加机械压力，增加烧结驱动力，促进烧结 粘性流动 塑性变形 晶界滑移 颗粒重排 一般采用石墨模具，表面涂覆氮化硼，防止反应,陶瓷烧结过程,16,热等静压（Hot Isostatic Pressing, HIP,以高压气体作为压力介质作用于陶瓷材料（包封的粉体和素坯，或烧结体），使其在高温环境下受到等静压而达到高致密化 一般用玻璃封装 HIP的特

5、点： 降低烧成温度、缩短烧成时间 减少或不用烧结助剂 提高陶瓷性能及可靠性 便于制造复杂形状产品,陶瓷烧结过程,17,微波烧结,利用微波与材料的相互作用，其介电损耗导致陶瓷坯体自身发热而烧结 加热快 整体均匀加热 无热惯性，烧成周期短 可实现局部加热修复等 能效高 无热源污染,陶瓷烧结过程,18,材料与微波的相互作用,微波透过材料（无吸收）：石英玻璃、云母、聚四氟乙烯 微波反射材料：金属 微波吸收材料（损耗介质）： 低温吸收小，高于某温度急剧增加：Al2O3、MgO、ZrO2、Si3N4等 室温就高吸收：CaCO3、Fe2O3、Cr2O3、SiC等,陶瓷烧结过程,19,材料与微波的相互作用,吸收功率： 穿透深度： 升温速率,陶瓷烧结过程,20,放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering, SPS,对模具或样品直接施加大脉冲电流，通过热效应或其他场效应，使试样烧结 压力500t，脉冲电流25kA 数分钟完成陶瓷烧结,陶瓷烧结过程,21,