陶瓷材料制备~~

1、华 东 师 范 大 学 陶瓷坯料的制备陶瓷坯料的制备 成型成型 釉制备及施釉釉制备及施釉 干燥干燥 烧成烧成 三、陶瓷基复合材料的制备三、陶瓷基复合材料的制备 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 现代陶瓷的分类现代陶瓷的分类 结构陶瓷结构陶瓷主要利用其热、机械、化学等主要利用其热、机械、化学等 功能，有耐磨损材料、高强度材料、耐热材功能，有耐磨损材料、高强度材料、耐热材 料，硬质材料、耐冲击材料、低膨胀材料、料，硬质材料、耐冲击材料、低膨胀材料、 隔热材料等结构材料。隔热材料等结构材料。 功能陶瓷功能陶瓷利用其

2、电、磁、声、光、催化、利用其电、磁、声、光、催化、 生物化学等功能，其中最主要的是绝缘材料、生物化学等功能，其中最主要的是绝缘材料、 电介质材料、压电材料、磁性材料、半导体电介质材料、压电材料、磁性材料、半导体 材料和透光性陶瓷等电子材料、具有生物化材料和透光性陶瓷等电子材料、具有生物化 学功能的生物医用材料、抗菌陶瓷材料等学功能的生物医用材料、抗菌陶瓷材料等。 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 传统陶瓷和特种陶瓷的主要区别传统陶瓷和特种陶瓷的主要区别 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 华 东

3、师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 5. 烧成 4. 干燥 3. 釉制备及施釉 2. 成型 1.陶瓷坯料的制备 二、陶瓷材料的制备工艺二、陶瓷材料的制备工艺 华 东 师 范 大 学 坯料是指将陶瓷原料经筛选、破碎等工序后进坯料是指将陶瓷原料经筛选、破碎等工序后进 行配料，再经混合、细磨等工序后得到的具有行配料，再经混合、细磨等工序后得到的具有 成型性能的多组分混合物。成型性能的多组分混合物。 坯料的制备过程可大致分为原料处理、配料、坯料的制备过程可大致分为原料处理、配料、 混合制备三部分。混合制备三部分。 2.12.1、陶瓷坯料的制备、陶瓷坯料的制备 华 东 师 范 大 学 （1） 原料处

4、理原料处理 a、预烧、预烧对原料进行的预先烧制对原料进行的预先烧制 b、精选、精选对原料进行分离，提纯，除去原料中的各种对原料进行分离，提纯，除去原料中的各种 杂质（尤其含铁杂质），使之在化学组成、矿物组成、杂质（尤其含铁杂质），使之在化学组成、矿物组成、 颗粒尺寸上更符合原料的质量要求颗粒尺寸上更符合原料的质量要求 。 物理方法物理方法：水选、筛选、磁选、超声波选：水选、筛选、磁选、超声波选 化学方法化学方法：溶解法、升华法：溶解法、升华法 物理化学方法物理化学方法：电解法、浮选法：电解法、浮选法 华 东 师 范 大 学 ( 2 ) 配配 料料 根据根据制品的化学性能制品的化学性能要求、生产

5、工艺确定坯料要求、生产工艺确定坯料 的组成；的组成； 根据根据原料的性质原料的性质选择合适的原料；选择合适的原料； 根据根据特定的方法特定的方法（如成分满足法）确定配方。（如成分满足法）确定配方。 华 东 师 范 大 学 (3)(3)混合制备混合制备 a a、粉碎、粉碎 粒度分析、比表面测定和粒度分析、比表面测定和X X射线衍射技术射线衍射技术 影响研磨效果的因素：研磨工艺和设备、研影响研磨效果的因素：研磨工艺和设备、研 磨时间、强度和研磨介质。磨时间、强度和研磨介质。 华 东 师 范 大 学 b b、脱水、脱水 注浆料的含水量为注浆料的含水量为303035%35%时才能浇注成型时才能浇注成型

6、 可塑泥料是采用压滤机脱水至含水量为可塑泥料是采用压滤机脱水至含水量为202025 25 压制粉料可分为：压制粉料可分为： 湿法压制粉料：含水量湿法压制粉料：含水量8 81515； 干法压制粉料：含水量干法压制粉料：含水量3 37 7 脱水操作：压滤脱水法脱水操作：压滤脱水法 、喷雾干燥技术、喷雾干燥技术 华 东 师 范 大 学 （4 4）、陈腐与练泥）、陈腐与练泥 （a a）陈腐）陈腐 所谓陈腐就是把泥饼置于避光、空气不流通的室内或所谓陈腐就是把泥饼置于避光、空气不流通的室内或 密闭容器内，保持一段时间，该工艺也叫困料。因料室内密闭容器内，保持一段时间，该工艺也叫困料。因料室内 温度应保持在

7、温度应保持在2020左右，相对湿度要求在左右，相对湿度要求在80%-90%80%-90%。坯料。坯料 在困制过程中，在毛细管的作用下，水分分布渐趋均匀。在困制过程中，在毛细管的作用下，水分分布渐趋均匀。 坯料困制时间越长，水分分布就越均匀，其成型性也就越坯料困制时间越长，水分分布就越均匀，其成型性也就越 好。一般困料时间为好。一般困料时间为1010天左右。天左右。 华 东 师 范 大 学 （b b）练泥）练泥 经过压滤得到的泥饼和困料得到的坯料的组织疏松经过压滤得到的泥饼和困料得到的坯料的组织疏松 且不均匀，含有大量的气泡。这样既降低了坯料的可塑且不均匀，含有大量的气泡。这样既降低了坯料的可塑

8、 性，难以挤压成型，通常采用真空练泥机多次练泥的方性，难以挤压成型，通常采用真空练泥机多次练泥的方 法，排除泥饼中的残留空气，提高泥料的致密度和可塑法，排除泥饼中的残留空气，提高泥料的致密度和可塑 性，并使泥料组织均匀，改善成形性能，提高干燥强度性，并使泥料组织均匀，改善成形性能，提高干燥强度 和成瓷后的机械强度。和成瓷后的机械强度。 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 球磨机粉碎物料时筒体内装有物料、研磨球磨机粉碎物料时筒体内装有物料、研

9、磨 体和水。它是依靠研磨体（球石）对原料的体和水。它是依靠研磨体（球石）对原料的摩擦、摩擦、 撞击撞击作用及原料与球磨机筒壁的作用及原料与球磨机筒壁的摩擦作用摩擦作用而进行而进行 粉碎的。粉碎的。 华 东 师 范 大 学 泻落式泻落式 运动状态运动状态 抛落式抛落式 运动状态运动状态 离心式离心式 运动状态运动状态 华 东 师 范 大 学 碰撞、挤压及研磨，产品粒度可细至数微米。碰撞、挤压及研磨，产品粒度可细至数微米。 特点：特点：适应性强，可用于干磨也可用于湿磨；可以粉碎适应性强，可用于干磨也可用于湿磨；可以粉碎 各种软的及硬的物料；可以得到较细的产品，干法可将各种软的及硬的物料；可以得到较

10、细的产品，干法可将 最大粒径最大粒径 为为1-2mm1-2mm的物料磨至的物料磨至2um2um，湿法可粉磨至，湿法可粉磨至5-5- 0.1um0.1um； 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 原理原理:筒体内填充一定的磨矿介质，螺旋搅筒体内填充一定的磨矿介质，螺旋搅 拌器作缓慢旋转，拌器作缓慢旋转，磨矿介质和物料在筒体磨矿介质和物料在筒体 内作整体的多维循环运动和自转运动，物内作整体的多维循环运动和自转运动，物 料在磨矿介质重量压力与旋回转共同产生料在磨矿介质重量压力与旋回转共同产生 的摩擦、挤压、剪切和冲击力的作用下，的摩擦、挤压、剪切和冲击力的作用下， 被有效地粉碎。被有效地粉

11、碎。可用于干法和湿法工艺，可用于干法和湿法工艺， 在干法工艺中常与空气分级机构成闭路流在干法工艺中常与空气分级机构成闭路流 程，产品粒度可小于程，产品粒度可小于3um。湿法工艺多采。湿法工艺多采 用开路流程，产量较高，产品粒度一般小用开路流程，产量较高，产品粒度一般小 于于56um。 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 将溶剂中的水蒸发逸出将溶剂中的水蒸发逸出, ,使溶液处于过饱和状态使溶液处于过饱和状态, , 从而使晶体生长有足够驱动力的晶体生长法。溶液蒸发法从而使晶体生长有足够驱动力的晶体生长法。溶液蒸发法 将溶液制成小滴后进行快速蒸发得到粉体的方法，为了在将溶液制成小滴后进行

12、快速蒸发得到粉体的方法，为了在 溶剂蒸发过程中保持溶液的均匀性，使液滴内组分偏析最溶剂蒸发过程中保持溶液的均匀性，使液滴内组分偏析最 小，必须将溶液分散成极微小的液滴，而且应迅速进行蒸小，必须将溶液分散成极微小的液滴，而且应迅速进行蒸 发。发。 的目的和意义的目的和意义 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 2.22.2、成、成 型型 华 东 师 范 大 学 a.a.可塑成型可塑成型 可塑成型是利用模具或刀具等工艺装备运动造成的可塑成型是利用模具或刀具等工艺装备运动造成的 压力、剪力或挤压力等外力，对具有可塑性坯料进压力、剪力或挤压力等外力，对具有可塑性坯料进 行加工，迫使材料在外力

13、作用下发生可塑变形而制行加工，迫使材料在外力作用下发生可塑变形而制 成坯体的方法。成坯体的方法。 可塑成型方法有可塑成型方法有旋压成形旋压成形，滚压成形滚压成形，塑压成形塑压成形、 注塑成形注塑成形和和轧膜成形轧膜成形等集中类型。等集中类型。 （1 1）普通成型方法）普通成型方法 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、 横轧和滚挤等工艺特点的少无切削加工的先进工艺，将金横轧和滚挤等工艺特点的少无切削加工的先进工艺，将金 属筒坯、平板毛坯或预制坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上，属筒坯、平板毛坯或预制坯

14、用尾顶顶紧在旋压机芯模上， 由主轴带动芯棒和坯料旋转，同时旋压轮从毛坯一侧将材由主轴带动芯棒和坯料旋转，同时旋压轮从毛坯一侧将材 料挤压在旋转的芯模上，使材料产生逐点连续的塑性变形，料挤压在旋转的芯模上，使材料产生逐点连续的塑性变形， 从而获得各种母线形状的空心旋转体零件。旋压工艺的加从而获得各种母线形状的空心旋转体零件。旋压工艺的加 工原理如图工原理如图2-12-1 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 塑压成型是将含水量塑压成型是将含水量20%20%左右的可塑坯料，置于左右的可塑坯料，置于 特殊的模型内，用金属或石膏模头加压而成型粗坯的一特殊的模型内，用金属或石膏模头加压而成型粗

15、坯的一 种方法。这种成型方法已成功地用于压制鱼盘等异型产种方法。这种成型方法已成功地用于压制鱼盘等异型产 品。品。 华 东 师 范 大 学 塑件的注塑成型工艺过程主要包括填充塑件的注塑成型工艺过程主要包括填充 保压保压冷却冷却脱模等脱模等4个阶段，这个阶段，这4个阶段直接决定着个阶段直接决定着 制品的成型质量，而且这制品的成型质量，而且这4个阶段是一个完整的连续过程。个阶段是一个完整的连续过程。 华 东 师 范 大 学 注浆成形法是指将具有流动性的液态泥浆注入多孔注浆成形法是指将具有流动性的液态泥浆注入多孔 模型内（石膏模，多孔树脂模等）。借助模型的吸模型内（石膏模，多孔树脂模等）。借助模型的

16、吸 水的能力，泥浆脱水、硬化，经脱模获得一定形状水的能力，泥浆脱水、硬化，经脱模获得一定形状 的坯体的过程。的坯体的过程。 注浆成形法的适应性较强，能得到各种结构、形状注浆成形法的适应性较强，能得到各种结构、形状 的坯体。根据成形压力的大小和方式不同，分为的坯体。根据成形压力的大小和方式不同，分为基基 本注浆法本注浆法、强化注浆法强化注浆法、热压铸成形法热压铸成形法和和流延法流延法等等。 华 东 师 范 大 学 其基本原理是利用石蜡受热熔化和遇冷凝固的其基本原理是利用石蜡受热熔化和遇冷凝固的 特点，将无可塑性的瘠性陶瓷粉料与热石蜡液均匀混特点，将无可塑性的瘠性陶瓷粉料与热石蜡液均匀混 合形成可

17、流动的浆料，在一定压力下注入金属模具中合形成可流动的浆料，在一定压力下注入金属模具中 成型，冷却待蜡浆凝固后脱模取出成型好的坯体。坯成型，冷却待蜡浆凝固后脱模取出成型好的坯体。坯 体经适当修整，埋入吸附剂中加热进行脱蜡处理，然体经适当修整，埋入吸附剂中加热进行脱蜡处理，然 后再脱蜡坯体烧结成最终制品。后再脱蜡坯体烧结成最终制品。 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 压制成形是将含有一定水分的粒状粉料填充到模具压制成形是将含有一定水分的粒状粉料填充到模具 中，使其在压力下成为具有一定形状和强度的陶瓷中，使其在压力下成为具有一定形状和强度的陶瓷 坯体的成形方法。坯体的成形方法。根据粉料

18、中含水量的多少可分为：根据粉料中含水量的多少可分为： 干压成形（水含量小于干压成形（水含量小于7 7）、半干压成形（水含）、半干压成形（水含 量量7 71515）、特殊的压制成形方法（如等静压法，）、特殊的压制成形方法（如等静压法， 水含量可低于水含量可低于3 3）。）。 华 东 师 范 大 学 高纯度粉体属于瘠性材料，用传统工艺无法使之成高纯度粉体属于瘠性材料，用传统工艺无法使之成 型。首先，通过加入一定量的型。首先，通过加入一定量的表面活性剂表面活性剂，改变粉体表面，改变粉体表面 性质，包括改变颗粒表面吸附性能，改变粉体颗粒形状，性质，包括改变颗粒表面吸附性能，改变粉体颗粒形状， 从而减少

19、超细粉的团聚效应，使之均匀分布；加入从而减少超细粉的团聚效应，使之均匀分布；加入润滑剂润滑剂 减少颗粒之间及颗粒与模具表面的摩擦；加入减少颗粒之间及颗粒与模具表面的摩擦；加入黏合剂黏合剂增强增强 粉料的粘结强度。将粉体进行上述预处理后装入模具，用粉料的粘结强度。将粉体进行上述预处理后装入模具，用 压机或专用干压成型机以一定压力和压制方式使粉料成为压机或专用干压成型机以一定压力和压制方式使粉料成为 致密坯体致密坯体 华 东 师 范 大 学 在配料中加入较少水分（在配料中加入较少水分（7 79%9%），拌匀并在较），拌匀并在较 高的压力下压制或捣打成型。制品尺寸准确，机械强度高的压力下压制或捣打成

20、型。制品尺寸准确，机械强度 高。高。 华 东 师 范 大 学 成形设备：成形设备：多为摩擦螺旋压力机或液压机。多为摩擦螺旋压力机或液压机。 压制机理：压制机理：较大的压力，将粉末状坯料在模具内压制成形。较大的压力，将粉末状坯料在模具内压制成形。 主要工艺参数：主要工艺参数：成形压力、加压速度成形压力、加压速度 华 东 师 范 大 学 将粉末装在合适的模具中，将装压模放在一定将粉末装在合适的模具中，将装压模放在一定 的传压介质内，使其各个方向均匀受压而成形的传压介质内，使其各个方向均匀受压而成形 的方法叫等静压。传递压力的介质有液体，气的方法叫等静压。传递压力的介质有液体，气 体，固体。体，固体

21、。 理论基础理论基础根据帕斯卡原理关于液体传递压根据帕斯卡原理关于液体传递压 强的规律：加在密闭液体上的压强，能够大小强的规律：加在密闭液体上的压强，能够大小 不变的被液体向各个方向传递不变的被液体向各个方向传递 (2)(2)等静压成形法等静压成形法 华 东 师 范 大 学 无模制造成形技术实际上由两部分构成：无模制造成形技术实际上由两部分构成： 一是用于计算机图形处理和象素信息输出的计算机一是用于计算机图形处理和象素信息输出的计算机 软件系统，软件系统， 二是用于接收计算机输出指令并将数字命令转换成二是用于接收计算机输出指令并将数字命令转换成 实际的陶瓷成形单元的外围输出设备和技术。实际的陶

22、瓷成形单元的外围输出设备和技术。 相关的外用输出设备及技术是实现无模制造的关键，相关的外用输出设备及技术是实现无模制造的关键， 针对不同的材料体系和不同的输出方法，已逐渐形针对不同的材料体系和不同的输出方法，已逐渐形 成了各具特色的无模制造方法。成了各具特色的无模制造方法。 (3)(3)微机控制无模具成形方法微机控制无模具成形方法 华 东 师 范 大 学 微机控制无模具成形方法微机控制无模具成形方法 无模制造过程无模制造过程 华 东 师 范 大 学 利用原位凝固剂催化浆料发生化学反应而产生原利用原位凝固剂催化浆料发生化学反应而产生原 位凝固的一种方法。位凝固的一种方法。 传统方法：密度不均匀，

23、容易分层；产生缺陷等传统方法：密度不均匀，容易分层；产生缺陷等 原位凝固注模成形法基本上克服了上述方法中的原位凝固注模成形法基本上克服了上述方法中的 缺陷。该方法可成形大尺寸复杂形状的部件，其缺陷。该方法可成形大尺寸复杂形状的部件，其 坯体密度高且均匀，具有足够的脱模强度，实现坯体密度高且均匀，具有足够的脱模强度，实现 了凝固时间的可控性。了凝固时间的可控性。 (4)(4)原位凝固成形方法原位凝固成形方法 华 东 师 范 大 学 釉是指覆盖在陶瓷坯体表面上的一层很薄的均匀的玻璃态釉是指覆盖在陶瓷坯体表面上的一层很薄的均匀的玻璃态 物质。物质。 陶瓷坯体表面的釉层，从外观来说，使陶瓷具有平滑而光

24、陶瓷坯体表面的釉层，从外观来说，使陶瓷具有平滑而光 泽的表面，增加了陶瓷的美观；从机械性能来说，正确配合的泽的表面，增加了陶瓷的美观；从机械性能来说，正确配合的 釉层可以增加陶瓷的强度与表面硬度，同时还可以使陶瓷的电釉层可以增加陶瓷的强度与表面硬度，同时还可以使陶瓷的电 绝缘性能、抗化学侵蚀性能有所提高。平滑而光泽的表面，不绝缘性能、抗化学侵蚀性能有所提高。平滑而光泽的表面，不 仅增加美观，而且就日用瓷来说，为饮用器皿的洗涤清洁提供仅增加美观，而且就日用瓷来说，为饮用器皿的洗涤清洁提供 了方便条件了方便条件。 2.32.3、釉制备及施釉、釉制备及施釉 华 东 师 范 大 学 (1)(1)釉的分

25、类釉的分类 华 东 师 范 大 学 1 1、玻璃形成剂：、玻璃形成剂：形成玻璃的主要氧化物在釉层中形成玻璃的主要氧化物在釉层中 以多面体的形式相互结合为连续网络，又称为网以多面体的形式相互结合为连续网络，又称为网 络形成剂。络形成剂。 2 2、助熔剂：、助熔剂：在釉料熔化过程中能促进高温化学反在釉料熔化过程中能促进高温化学反 应，加速高熔点晶体（如应，加速高熔点晶体（如SiOSiO2 2）结构键的断裂和）结构键的断裂和 生成低共熔点的化合物。同时还起调整釉层物理生成低共熔点的化合物。同时还起调整釉层物理 化学性质的作用。化学性质的作用。 (2)(2)釉釉 组组 成成 华 东 师 范 大 学 3

26、 3、乳浊剂：、乳浊剂：它是保证釉层有足够覆盖能力的它是保证釉层有足够覆盖能力的 成分成分, ,也就是保证烧成时熔体析出的晶体、气也就是保证烧成时熔体析出的晶体、气 体或分散粒子出现折射率的差别，引起光线散体或分散粒子出现折射率的差别，引起光线散 射产生乳浊的化合物射产生乳浊的化合物。 4 4、着色剂：、着色剂：使釉层吸收可见光波，从而呈现使釉层吸收可见光波，从而呈现 不同颜色。不同颜色。 5 5、其他辅助剂：、其他辅助剂：为了提高釉面质量、改善釉为了提高釉面质量、改善釉 层物化性能，控制釉浆性能层物化性能，控制釉浆性能( (如悬浮性、与坯如悬浮性、与坯 体的粘附性体的粘附性) )等而加入。等

27、而加入。 华 东 师 范 大 学 釉料在加热过程中将发生一系列复杂的物理化釉料在加热过程中将发生一系列复杂的物理化 学反应，如脱水、固相反应、碳酸盐和硫酸盐分解、学反应，如脱水、固相反应、碳酸盐和硫酸盐分解、 部分原料熔化并生成共熔体、熔融物相互溶解、部部分原料熔化并生成共熔体、熔融物相互溶解、部 分原料挥发和坯釉间的相互反应等。在反应的同时，分原料挥发和坯釉间的相互反应等。在反应的同时， 釉料开始烧结、熔化并在坯体上铺展为光滑釉面。釉料开始烧结、熔化并在坯体上铺展为光滑釉面。 (3)(3)釉层的形成釉层的形成 华 东 师 范 大 学 排除坯体中水分的工艺过程称为排除坯体中水分的工艺过程称为“

28、干燥干燥”。 干燥的目的：干燥的目的： S除去坯体中所含的一部分水分，使坯体具有除去坯体中所含的一部分水分，使坯体具有 一定的强度；一定的强度； S提高坯体吸附釉层能力；提高坯体吸附釉层能力； S缩短烧成周期，提高窑炉的周转率，降低燃缩短烧成周期，提高窑炉的周转率，降低燃 料消耗。料消耗。 2.42.4、干燥、干燥 华 东 师 范 大 学 1.1.热空气干燥法热空气干燥法 热源及加热原理热源及加热原理 以热空气为热源，热空气通过对流传热以热空气为热源，热空气通过对流传热 将热量传给坯体，热量由表及里传递，水分由将热量传给坯体，热量由表及里传递，水分由 里及表扩散。里及表扩散。 应用范围与特点应

29、用范围与特点 热量传递方向与水分扩散方向相反，干热量传递方向与水分扩散方向相反，干 燥效率低，设备简单，热源易得便于控制，适燥效率低，设备简单，热源易得便于控制，适 合传统陶瓷小件产品的干燥。合传统陶瓷小件产品的干燥。 华 东 师 范 大 学 干燥方法干燥方法 2.2.共频电干燥法共频电干燥法 热源及加热原理热源及加热原理 热源为共频电流，当共频电流通过湿坯，热源为共频电流，当共频电流通过湿坯， 坯内产生的热量使水分蒸发。坯内产生的热量使水分蒸发。 应用范围与特点应用范围与特点 坯体内外同时加热，受热均匀，热湿扩散坯体内外同时加热，受热均匀，热湿扩散 方向一致，干燥效率高，热损耗少，设备简单方

30、向一致，干燥效率高，热损耗少，设备简单 且易控制，适合大件厚坯制品干燥。且易控制，适合大件厚坯制品干燥。 华 东 师 范 大 学 干燥方法干燥方法 3.3.微波干燥法微波干燥法 热源及加热原理热源及加热原理 以高频率长波长的电磁波为热源，通过以高频率长波长的电磁波为热源，通过 微波辐射坯体使其内部极性水分子剧烈运动并微波辐射坯体使其内部极性水分子剧烈运动并 摩擦生热使水分排除摩擦生热使水分排除。 应用范围与特点应用范围与特点 坯体内外同时加热，快速加热均匀，热坯体内外同时加热，快速加热均匀，热 湿扩散方向一致；干燥效率和质量高；设备体湿扩散方向一致；干燥效率和质量高；设备体 小轻巧，易自控，但

31、费用高，电耗大，需避免小轻巧，易自控，但费用高，电耗大，需避免 微波辐射损害，他的使用范围较广微波辐射损害，他的使用范围较广。 华 东 师 范 大 学 干燥方法干燥方法 4.4.红外干燥法红外干燥法 热源及加热原理热源及加热原理 使用短波长的远红外线做热源，当坯体使用短波长的远红外线做热源，当坯体 吸收红外线后改变并加剧坯内水分子的振动和吸收红外线后改变并加剧坯内水分子的振动和 转动，坯体温度升高，水分排除。转动，坯体温度升高，水分排除。 应用范围与特点应用范围与特点 其主要特点与微波干燥类似，不同的是其主要特点与微波干燥类似，不同的是 设备造价低设备造价低。 华 东 师 范 大 学 干燥方法

32、干燥方法 2.52.5、烧成、烧成 华 东 师 范 大 学 冷却阶段(烧成温度-室温) 中温阶段（300-950） 低温阶段（室温-300） 坯体水分蒸发期坯体水分蒸发期 氧化分解及晶型转化期氧化分解及晶型转化期 玻化成瓷期玻化成瓷期 高温阶段（950-最高烧成 温度） 急冷阶段、缓冷阶段急冷阶段、缓冷阶段 烧成过程中的物理化学变化烧成过程中的物理化学变化 华 东 师 范 大 学 粉料粒度 盐类选择 及煅烧条 件 添加剂 烧结温度及保温时间 成型压力 气氛 影响 因素 烧成过程的影响因素烧成过程的影响因素 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范

33、大 学 华 东 师 范 大 学 适当的保温可以排除气孔，促进致密化，适当的保温可以排除气孔，促进致密化， 但过长的保温时间非但不会促进致密，反而由但过长的保温时间非但不会促进致密，反而由 于晶粒异常长大而使致密度下降，坯体变形，于晶粒异常长大而使致密度下降，坯体变形， 有的材料弹性模量与抗压强度等力学性能也会有的材料弹性模量与抗压强度等力学性能也会 下降下降 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 1.陶瓷基复合材料的简介陶瓷基复合材料的简介 现代陶瓷材料具有现代陶瓷材料具有、及及重量轻重量轻 等许多优良的性能。等许多优良的性能。 但是，陶瓷材料同时也具有致命的缺但是，陶瓷材料同时也具

34、有致命的缺 点，即点，即，这一弱点正是目前陶瓷材料的使用受到很大，这一弱点正是目前陶瓷材料的使用受到很大 限制的主要原因。限制的主要原因。 因此，陶瓷材料的韧性化问题便成了近年来陶瓷工作因此，陶瓷材料的韧性化问题便成了近年来陶瓷工作 者们研究的一个重点问题。现在这方面的研究已取得了初者们研究的一个重点问题。现在这方面的研究已取得了初 步进展，探索出了若干种韧化陶瓷的途径。其中，往陶瓷步进展，探索出了若干种韧化陶瓷的途径。其中，往陶瓷 材料中材料中而制成而制成即即 是一种重要方法。是一种重要方法。 三、陶瓷基复合材料的制备三、陶瓷基复合材料的制备 华 东 师 范 大 学 陶瓷基复合材料的基体为陶

35、瓷陶瓷基复合材料的基体为陶瓷，这是一种包括范围，这是一种包括范围 很广的材料，属于无机化合物而不是单质，所以它的结很广的材料，属于无机化合物而不是单质，所以它的结 构远比金属合金复杂得多。现代陶瓷材料的研究，最早构远比金属合金复杂得多。现代陶瓷材料的研究，最早 是从对是从对硅酸盐材料硅酸盐材料的研究开始的，随后又逐步扩大到了的研究开始的，随后又逐步扩大到了 其他的无机非金属材料。其他的无机非金属材料。 目前被人们研究最多的是目前被人们研究最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝碳化硅、氮化硅、氧化铝 等，它们普遍具有等，它们普遍具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和 价格低

36、等价格低等优点。优点。 华 东 师 范 大 学 陶瓷基复合材料中的增强体陶瓷基复合材料中的增强体，通常也称为通常也称为增韧体增韧体。从从 几何尺寸上增强体可分为几何尺寸上增强体可分为纤维纤维(长、短纤维长、短纤维)、晶须晶须和和颗颗 粒粒三类三类。 华 东 师 范 大 学 a. 纤维纤维: 在陶瓷基复合材料中使用得较为普遍的是在陶瓷基复合材料中使用得较为普遍的是碳纤维、玻碳纤维、玻 璃纤维、硼纤维等；璃纤维、硼纤维等； 将玻璃小球熔化，然将玻璃小球熔化，然 后通过后通过1mm左右直径的左右直径的 小孔把它们拉出来。另外，小孔把它们拉出来。另外， 缠绕纤维的心轴的转动速缠绕纤维的心轴的转动速 度

37、决定纤维的直径，通常度决定纤维的直径，通常 为为10 m的数量级。的数量级。 华 东 师 范 大 学 玻璃球玻璃球 玻璃球再熔化玻璃球再熔化 连续纤维连续纤维 上浆上浆 纱线纱线 绕线筒绕线筒 b. 晶须：晶须： 晶须为具有一定长径比晶须为具有一定长径比(直径直径0.31 m,长长0100 m) 的小单晶体。晶须的特点是没有微裂纹、位错、孔的小单晶体。晶须的特点是没有微裂纹、位错、孔 洞和表面损伤等一类缺陷，因此其强度接近理论强度。洞和表面损伤等一类缺陷，因此其强度接近理论强度。 由于晶须具有最佳的由于晶须具有最佳的热性能、低密度和高杨氏模量热性能、低密度和高杨氏模量， 从而引起了人们对其特别

38、的关注。从而引起了人们对其特别的关注。 在陶瓷基复合材料中使用得较为普遍的是在陶瓷基复合材料中使用得较为普遍的是SiC、 A12O3及及Si3N4晶须。晶须。 华 东 师 范 大 学 在陶瓷材料中，加入第二相纤维制成复合材料是改在陶瓷材料中，加入第二相纤维制成复合材料是改 善陶瓷材料韧性的重要手段，按纤维排布方式的不同，善陶瓷材料韧性的重要手段，按纤维排布方式的不同， 又可将其分为又可将其分为单向排布长纤维复合材料单向排布长纤维复合材料和和多向排布纤维多向排布纤维 复合材料复合材料。 华 东 师 范 大 学 陶瓷基基复合材料的种类陶瓷基基复合材料的种类 单向排布纤维增韧陶瓷基复合材料的显著特点

39、是它具有单向排布纤维增韧陶瓷基复合材料的显著特点是它具有 各向异性各向异性，即沿纤维长度方向上的纵向性能要大大优于，即沿纤维长度方向上的纵向性能要大大优于 其横向性能。其横向性能。 在实际构件中，主要是使用其纵向性能。在单向排在实际构件中，主要是使用其纵向性能。在单向排 布纤维增韧陶瓷基复合材料中，当裂纹扩展遇到纤维时布纤维增韧陶瓷基复合材料中，当裂纹扩展遇到纤维时 会受阻，这时，如果要使裂纹进一步扩展就必须提高外会受阻，这时，如果要使裂纹进一步扩展就必须提高外 加应力。加应力。 这一过程的示意图如下：这一过程的示意图如下： 华 东 师 范 大 学 v 单向排布纤维陶瓷基复合材料单向排布纤维陶

40、瓷基复合材料 华 东 师 范 大 学 多向排布纤维陶瓷基复合材料多向排布纤维陶瓷基复合材料 华 东 师 范 大 学 单向排布纤维增韧陶瓷只是在纤维单向排布纤维增韧陶瓷只是在纤维排列方向排列方向上的上的纵向性能纵向性能 较为优越，而其横向性能显著低于纵向性能，所以只适用于较为优越，而其横向性能显著低于纵向性能，所以只适用于 单轴单轴应力的场合。而许多陶瓷构件则要求在二维及三维方向应力的场合。而许多陶瓷构件则要求在二维及三维方向 上均具有优良的性能，这就要进一步研究多向排布纤维增韧上均具有优良的性能，这就要进一步研究多向排布纤维增韧 陶瓷基复合材料。陶瓷基复合材料。 二维多向排布纤维增韧复合材料的

41、纤维的排布方式有两种二维多向排布纤维增韧复合材料的纤维的排布方式有两种： 一种是将纤维编织成纤维布，浸渍浆料后，根据需要的厚度将一种是将纤维编织成纤维布，浸渍浆料后，根据需要的厚度将 单层或若干层进行热压烧结成型单层或若干层进行热压烧结成型，如下图所示。，如下图所示。 这种材料在纤维排布平面的二维方向上性能优越，而在这种材料在纤维排布平面的二维方向上性能优越，而在 垂直于纤维排布面方向上的性能较差。垂直于纤维排布面方向上的性能较差。 一般应用在对二维方向上有较高性能要求的构件上。一般应用在对二维方向上有较高性能要求的构件上。 华 东 师 范 大 学 纤维纤维 层层 基体基体 华 东 师 范 大

42、 学 另一种是纤维分层单向排布，层间纤维成一定角度，另一种是纤维分层单向排布，层间纤维成一定角度，如下图如下图 所示。所示。 华 东 师 范 大 学 三维多向编织纤维增韧陶瓷是为了满足某些情况的性能三维多向编织纤维增韧陶瓷是为了满足某些情况的性能 要求而设计的。要求而设计的。 这种材料最初是从宇航用三向这种材料最初是从宇航用三向C/C复合材料开始的，现复合材料开始的，现 已发展到三向石英已发展到三向石英/石英等陶瓷复合材料。下图为三向正交石英等陶瓷复合材料。下图为三向正交 C/C纤维编织结构示意图。它是按直角坐标将多束纤维分层纤维编织结构示意图。它是按直角坐标将多束纤维分层 交替编织而成。交替

43、编织而成。 华 东 师 范 大 学 由于每束纤维由于每束纤维 呈直线伸展，不存呈直线伸展，不存 在相互交缠和绕曲，在相互交缠和绕曲， 因而使纤维可以充因而使纤维可以充 分发挥最大的结构分发挥最大的结构 强度。强度。 这种三维多向编织结构还可以通过调节纤维束这种三维多向编织结构还可以通过调节纤维束 的根数和股数，相邻束间的间距，织物的体积的根数和股数，相邻束间的间距，织物的体积 密度以及纤维的总体积分数等参数进行设计以密度以及纤维的总体积分数等参数进行设计以 满足性能要求。满足性能要求。 华 东 师 范 大 学 长纤维增韧陶瓷基复合材料虽然性能优越，长纤维增韧陶瓷基复合材料虽然性能优越， 但它的

44、制备工艺复杂，而且纤维在基体中不易但它的制备工艺复杂，而且纤维在基体中不易 分布均匀。分布均匀。 因此，近年来又发展了短纤维、晶须及颗因此，近年来又发展了短纤维、晶须及颗 粒增韧陶瓷基复合材料。粒增韧陶瓷基复合材料。 华 东 师 范 大 学 由于由于很小，从宏观上看与很小，从宏观上看与一样，因此在一样，因此在 制备复合材料时，只需将制备复合材料时，只需将与与混合均混合均 匀，然后对混好的粉末进行匀，然后对混好的粉末进行，即可制得致密的，即可制得致密的 晶须增韧陶瓷基复合材料。晶须增韧陶瓷基复合材料。 目前常用的是目前常用的是，晶须，常用的基体晶须，常用的基体 则为则为，及及等。等。 晶须增韧陶

45、瓷基复合材料的性能与基体和晶须的选晶须增韧陶瓷基复合材料的性能与基体和晶须的选 择、晶须的含量及分布等因素有关。择、晶须的含量及分布等因素有关。 华 东 师 范 大 学 由于晶须具有较大的长径比，因此，当其含量较高由于晶须具有较大的长径比，因此，当其含量较高 时，因其桥架效应而使致密化变得因难，从而引起了密时，因其桥架效应而使致密化变得因难，从而引起了密 度的下降并导致性能的下降。度的下降并导致性能的下降。 为了克服这一弱点，可采用颗粒来代替晶须制成复为了克服这一弱点，可采用颗粒来代替晶须制成复 合材料，这种复合材料在原料的混合均匀化及烧结致密合材料，这种复合材料在原料的混合均匀化及烧结致密

46、化方面均比晶须增强陶瓷基复合材料要容易。化方面均比晶须增强陶瓷基复合材料要容易。 华 东 师 范 大 学 当所用的颗粒为当所用的颗粒为SiC，TiC时，基体材料采用最多的是时，基体材料采用最多的是 Al2O3，Si3N4。目前，这些复合材料已广泛用来制造刀。目前，这些复合材料已广泛用来制造刀 具。具。 晶须与颗粒对陶瓷材料的增韧均有一定作用，且各晶须与颗粒对陶瓷材料的增韧均有一定作用，且各 有利弊：有利弊： 晶须的增强增韧效果好，但含量高时会使致密度下晶须的增强增韧效果好，但含量高时会使致密度下 降；降； 颗粒可克服晶须的一弱点，但其增强增韧效果却不颗粒可克服晶须的一弱点，但其增强增韧效果却不

47、 如晶须。如晶须。 华 东 师 范 大 学 华 东 师 范 大 学 v 从从基体基体方面看，与气孔的尺寸及数量，裂纹的大小以及一方面看，与气孔的尺寸及数量，裂纹的大小以及一 些其它缺陷有关；些其它缺陷有关； v 从从纤维纤维方面来看，则与纤维中的杂质、纤维的氧化程度、方面来看，则与纤维中的杂质、纤维的氧化程度、 损伤及其他固有缺陷有关；损伤及其他固有缺陷有关； v 从从基体与纤维基体与纤维的结合情况上看，则与界面及结合效果、纤的结合情况上看，则与界面及结合效果、纤 维在基体中的取向，以及载体与纤维的热膨胀系数差有关。维在基体中的取向，以及载体与纤维的热膨胀系数差有关。 华 东 师 范 大 学

48、这种方法是在陶瓷泥浆中分散纤维。然后浇这种方法是在陶瓷泥浆中分散纤维。然后浇 铸在石膏模型中。这种方法比较古老，不受制品铸在石膏模型中。这种方法比较古老，不受制品 形状的限制。但对提高产品性能的效果显著，成形状的限制。但对提高产品性能的效果显著，成 本低，工艺简单，适合于短纤维增强陶瓷基复合本低，工艺简单，适合于短纤维增强陶瓷基复合 材料的制作。材料的制作。 华 东 师 范 大 学 目前采用的纤维增强陶瓷基复合材料的成型主法主要目前采用的纤维增强陶瓷基复合材料的成型主法主要 有以下几种：有以下几种： 将特长纤维切短将特长纤维切短(3mm)，然后分散并与基，然后分散并与基 体粉末混合，再用热压烧

49、结的方法即可制得高体粉末混合，再用热压烧结的方法即可制得高 性能的复合材料。性能的复合材料。 这种方法中，纤维与基体之间的结合较好，这种方法中，纤维与基体之间的结合较好， 是目前采用较多的方法。是目前采用较多的方法。 华 东 师 范 大 学 这种短纤维增强体在与基体粉末混合时取这种短纤维增强体在与基体粉末混合时取 向是无序的，但在冷压成型及热压烧结的过程向是无序的，但在冷压成型及热压烧结的过程 中，短纤维由于在基体压实与致密化过程中沿中，短纤维由于在基体压实与致密化过程中沿 压力方向转动，所以导致了在最终制得的复合压力方向转动，所以导致了在最终制得的复合 材料中，短纤维沿加压面而择优取向，这也

50、就材料中，短纤维沿加压面而择优取向，这也就 产生了材料性能上一定程度的各向异性。产生了材料性能上一定程度的各向异性。 华 东 师 范 大 学 这种方法适用于长纤维。首先把纤维编织成所需形这种方法适用于长纤维。首先把纤维编织成所需形 状，然后用陶瓷泥浆浸渍，干燥后进行焙烧。状，然后用陶瓷泥浆浸渍，干燥后进行焙烧。 浸渍法的优点是纤维取向可自由调节，如单向排布浸渍法的优点是纤维取向可自由调节，如单向排布 及多向排布等。及多向排布等。 浸渍法的缺点则是不能制造大尺寸的制品，而且所得浸渍法的缺点则是不能制造大尺寸的制品，而且所得 制品的致密度较低。制品的致密度较低。 华 东 师 范 大 学 华 东 师

51、 范 大 学 晶须与颗粒的晶须与颗粒的，只是几何，只是几何 形状上有些区别，用它们进行增韧的陶瓷形状上有些区别，用它们进行增韧的陶瓷 基复合材料的制造工艺是基本相同的。基复合材料的制造工艺是基本相同的。 华 东 师 范 大 学 这种复合材料的制备工艺比长纤维复合这种复合材料的制备工艺比长纤维复合 材料材料得多，只需将晶须或颗粒得多，只需将晶须或颗粒并并 与基体粉末与基体粉末，再用，再用 即可制得高性能的复合材料。即可制得高性能的复合材料。 华 东 师 范 大 学 与陶瓷材料相似，晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料与陶瓷材料相似，晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料 的制造工艺也可大致分为以下几个步骤：的制造

52、工艺也可大致分为以下几个步骤： 这一过程看似简单，实则包含着相当复杂的内容。这一过程看似简单，实则包含着相当复杂的内容。 即使坯体由超细粉即使坯体由超细粉(微米级微米级)原料组成，其产品质量原料组成，其产品质量 也不易控制，所以随着现代科技对材料提出的要求也不易控制，所以随着现代科技对材料提出的要求 的不断提高，这方面的研究还必持进一步深入。的不断提高，这方面的研究还必持进一步深入。 把几种原料粉末混合配成坯料的方法可分为把几种原料粉末混合配成坯料的方法可分为干法干法和和湿法湿法 两种。现今新型陶瓷领域混合处理加工的微米级、超微米两种。现今新型陶瓷领域混合处理加工的微米级、超微米 级粉末方法由

53、于效率和可靠性的原因级粉末方法由于效率和可靠性的原因大多采用大多采用湿法湿法。 华 东 师 范 大 学 高性能的陶瓷基复合材料应具有高性能的陶瓷基复合材料应具有、的微观的微观 组织。为了得到这样品质的材料，必须首先组织。为了得到这样品质的材料，必须首先 。 主要采用水作溶剂，但在氮化硅、碳化尼等主要采用水作溶剂，但在氮化硅、碳化尼等 混合时，为防止原料的氧化则使用混合时，为防止原料的氧化则使用 。 华 东 师 范 大 学 原料混合时的装置一般为专用球磨机。为了防止球磨原料混合时的装置一般为专用球磨机。为了防止球磨 机运行过程中因球和内衬砖磨损下来而作为杂质混入原料机运行过程中因球和内衬砖磨损下

54、来而作为杂质混入原料 中，最好采用与加工原料材质相同的陶瓷球和内衬。中，最好采用与加工原料材质相同的陶瓷球和内衬。 华 东 师 范 大 学 混好后的料浆混好后的料浆在成型时在成型时有三种不同的情况：有三种不同的情况： (1) 经一次干燥经一次干燥供给成型工序；供给成型工序； (2) 把把结合剂添加于料浆结合剂添加于料浆中、不干燥坯料，中、不干燥坯料，供供 给成型工序；给成型工序； (3) 用压滤机用压滤机将料浆状的粉将料浆状的粉供给成型工序。供给成型工序。 华 东 师 范 大 学 把上述的干燥粉料充入模型内，加压后即可成型。通把上述的干燥粉料充入模型内，加压后即可成型。通 常有常有和和。 金属模成型法金属模成型法具有装置简单，成型成本低廉的优点，仍具有装置简单，成型成本低廉的优点，仍 它的加压方向是单向的。粉末与金属模壁的摩擦力大，粉末它的加压方向是单向的。粉末与金属模壁的摩擦力大，粉末 间传递压力不太均匀。故易造成烧成后的生坯变形或开裂、间传递压力不太均匀。故易造成烧成后的生坯变形或开裂、 只