电子陶瓷工艺学讲稿(2020年春)

1、2021-9-161电子陶瓷工艺学电子陶瓷工艺学2021-9-1612021-9-1612021-9-161主要教学参考书主要教学参考书：1 1、电子陶瓷工艺原理电子陶瓷工艺原理，李标荣主编，华中科大出版社，李标荣主编，华中科大出版社，9494版版2 2、无机电介质无机电介质，李标荣主编，华中科大出版社，李标荣主编，华中科大出版社，9595年版年版3、特种陶瓷工艺学特种陶瓷工艺学，李世谱主编，武工大出版社，李世谱主编，武工大出版社， 90年版年版4、现代功能陶瓷现代功能陶瓷，徐政等编，国防出版社，徐政等编，国防出版社， 90年版年版5、陶瓷工艺原理陶瓷工艺原理，刘康时主编，武工大出版社，刘康时

2、主编，武工大出版社， 90年版年版6、陶瓷工业机械设备陶瓷工业机械设备，华南工学院等编，中建工出版社，华南工学院等编，中建工出版社，7、陶瓷工业热工设备陶瓷工业热工设备，刘振群主编，武工大出版社，刘振群主编，武工大出版社，2006版版2021-9-162电子陶瓷电子陶瓷课程性质：专业选修课课程性质：专业选修课课程的任务及要求课程的任务及要求: :1.理解、掌握电子陶瓷的生产工艺原理理解、掌握电子陶瓷的生产工艺原理2.理解、掌握陶瓷电介质材料及其器件的性能要求、生产理解、掌握陶瓷电介质材料及其器件的性能要求、生产工艺要点、用途等工艺要点、用途等课程的地位课程的地位构建功能材料专业完整的知识体系构

3、建功能材料专业完整的知识体系2021-9-1622021-9-1622021-9-1622021-9-163第一篇第一篇 电子陶瓷工艺原理电子陶瓷工艺原理第一章第一章 电子瓷瓷料的制备原理电子瓷瓷料的制备原理1-1 电子瓷及其原料电子瓷及其原料2021-9-1632021-9-1632021-9-1632021-9-164一、陶瓷的定义及其类别一、陶瓷的定义及其类别1、陶瓷的定义、陶瓷的定义陶瓷陶瓷：经过高温热处理工艺的无机非金属材料。：经过高温热处理工艺的无机非金属材料。普陶普陶/ /特陶特陶特种陶瓷特种陶瓷：采用：采用高度精选的原料高度精选的原料，具有能，具有能精确控制的化学精确控制的化学

4、组成组成，按照便于进行，按照便于进行结构设计结构设计及控制制造的方法进行制造、加及控制制造的方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。工的，具有优异特性的陶瓷。特种陶瓷特种陶瓷英国人：技术陶瓷英国人：技术陶瓷 Technology ceramics；美；美国人：高级或近代陶瓷国人：高级或近代陶瓷Advanced ceramics，高效陶瓷，高效陶瓷 High performance ceramics；日本人：精细陶瓷；日本人：精细陶瓷 Fine ceramics或新或新型陶瓷型陶瓷 New ceramics ；我国：；我国：工业陶瓷工业陶瓷 Industrial ceramics，以特种陶瓷称

5、之居多。以特种陶瓷称之居多。ChinaJournal of the Chinese Ceramic Societythe Chinese Ceramic Society日本窯业協会誌日本窯业協会誌(Journal of the Ceramic Society of Japan)(Journal of the Ceramic Society of Japan)Journal of the American Ceramic SocietyCeramicsCeramics:Earthenware/Earthenware/Pottery,Stoneware,Stoneware,PorcelainPor

6、celainpotterypottery and porcelainand porcelain/ceramicsceramics2021-9-1642021-9-1642021-9-164陶瓷陶瓷：陶器、：陶器、炻器炻器 、瓷器瓷器2021-9-165电子瓷的定义及其类别电子瓷的定义及其类别 特种陶瓷特种陶瓷：结构陶瓷：结构陶瓷(工程陶瓷工程陶瓷)和功能陶瓷和功能陶瓷 结构陶瓷结构陶瓷：以耐高温、高强、耐磨、耐腐蚀等为特征：以耐高温、高强、耐磨、耐腐蚀等为特征 功能陶瓷功能陶瓷：(1)电子陶瓷电子陶瓷；(2)生物陶瓷生物陶瓷 ；(3)原子能陶瓷原子能陶瓷 ；(4)其他功能陶瓷。其他功能陶瓷。

7、2、电子陶瓷的分类及用途、电子陶瓷的分类及用途(P1) (1)装置瓷及电真空瓷装置瓷及电真空瓷 ；(2)电容器瓷；电容器瓷；(3)压电、铁电陶瓷；压电、铁电陶瓷；(4)半导体陶瓷半导体陶瓷(各种敏感陶瓷各种敏感陶瓷)；(5)导电陶瓷；导电陶瓷；(6)磁性陶瓷磁性陶瓷(铁铁氧体瓷氧体瓷)：用作记录材料，高频或微波器件；：用作记录材料，高频或微波器件；(7)其他瓷：微波其他瓷：微波介质，热释电陶瓷，电光或光电陶瓷介质，热释电陶瓷，电光或光电陶瓷 。中南大学黄伯云院士等完成的中南大学黄伯云院士等完成的“高性能炭高性能炭/ /炭航空制动材料的制备技术炭航空制动材料的制备技术”和西北工大张和西北工大张立

8、同院士等完成的立同院士等完成的“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术”双双获得双双获得20052005年年国家技术发明奖一等奖，国家技术发明奖终于告别连续六年一等奖空缺的窘况国家技术发明奖一等奖，国家技术发明奖终于告别连续六年一等奖空缺的窘况2021-9-1652021-9-1652021-9-1652021-9-166二、二、电子瓷的原料电子瓷的原料要求要求：高纯、超细、高活性、高分散、化学计量准确高纯、超细、高活性、高分散、化学计量准确。主要体现在以下三个方面主要体现在以下三个方面：(1)(1)化学成分，包括纯度、杂质的种类和含量、化学计量比；化

9、学成分，包括纯度、杂质的种类和含量、化学计量比；(2)(2)颗粒度，包括粒度、粒度分布和颗粒形貌等；颗粒度，包括粒度、粒度分布和颗粒形貌等；(3)(3)结构，包括结晶程度、稳定性、裂纹、致密性、多孔性。结构，包括结晶程度、稳定性、裂纹、致密性、多孔性。2021-9-1662021-9-1662021-9-1662021-9-1671-2 原料的颗粒度与粉碎原料的颗粒度与粉碎 粒度粒度：粉料直径的大小，陶瓷粉：粉料直径的大小，陶瓷粉(坯坯)料的粒度一般在料的粒度一般在0.1-50m(250目目)。粒度对工艺性能、烧结性能、产品的显粒度对工艺性能、烧结性能、产品的显微结构及其性能影响很大微结构及其

10、性能影响很大。 粉碎粉碎：借助机械能：借助机械能,增大物料的比表面积和比表面能。增大物料的比表面积和比表面能。粉碎的极限粒度约粉碎的极限粒度约0.1m。 粉碎方式粉碎方式：冲击、研磨、劈裂：冲击、研磨、劈裂 、压碎、压碎 生产工艺生产工艺2021-9-1672021-9-1672021-9-1672021-9-168 一、机械粉碎法原理一、机械粉碎法原理 1、球磨、球磨 (1)原理原理 粉碎方式粉碎方式：以冲击和研磨作用为主：以冲击和研磨作用为主 (2)影响球磨效率的主要因素影响球磨效率的主要因素 转速转速 转速太大或太小转速太大或太小？ 内径内径D1.25m，工作转速，工作转速n=40/D1

11、/2 内径内径D=1.25-1.75m，工作转速，工作转速n=35/D1/2 内径内径D1.75m，工作转速，工作转速n=32/D1/2 球磨机工作原理图球磨机工作原理图2021-9-1682021-9-168球磨机球磨机/筒筒磨机？磨机？2021-9-1682021-9-169机械粉碎法原理机械粉碎法原理研磨介质的形状、大小、比重研磨介质的形状、大小、比重 分析分析：P4 图图1-1 大小大小筒体内径的筒体内径的1/20，大中小级配；材质：鹅卵石、陶瓷，大中小级配；材质：鹅卵石、陶瓷内衬材质：燧石、内衬材质：燧石、橡胶橡胶、瓷质瓷质料球水比合理料球水比合理料：球：水料：球：水=1：(1.52

12、.5)：(0.51.2)干磨与湿磨干磨与湿磨球磨机直径：球磨机直径：直径大直径大好！好！ 助磨剂助磨剂助磨剂助磨剂：降低物料的表面能，减弱团聚现象，同时对物料起作润滑、：降低物料的表面能，减弱团聚现象，同时对物料起作润滑、劈裂作用。劈裂作用。磨机大小？磨机大小？研磨体大小？研磨体大小？细度评价？细度评价？2021-9-1692021-9-1692021-9-1692021-9-1610机械粉碎法原理机械粉碎法原理 2 2、振动磨、振动磨超细粉碎设备超细粉碎设备( (快速磨快速磨) ) 干磨干磨：1m； 湿磨湿磨：0.1m(P7图图1-21-3)(1)原理：利用研磨体在磨机内作高频振动而将物料粉

13、碎，以原理：利用研磨体在磨机内作高频振动而将物料粉碎，以冲击、研磨作用为主冲击、研磨作用为主(2)影响磨机效率的主要因素：影响磨机效率的主要因素： (P7-8图图1-41-7) A A、振幅和频率、振幅和频率 振幅大，冲击作用强，频率高，研磨作用强振幅大，冲击作用强，频率高，研磨作用强 B B、研磨介质的形状、大小、比重和数量、研磨介质的形状、大小、比重和数量 C C、助磨剂、助磨剂研磨体大小？研磨体大小？2021-9-16102021-9-16102021-9-16102021-9-1611机械粉碎法原理机械粉碎法原理3、砂磨、砂磨(搅拌磨，摩擦磨搅拌磨，摩擦磨)： 超细粉碎设备，适合加工超

14、细粉碎设备，适合加工0.1m的超细粉，入的超细粉，入磨粒度一般磨粒度一般1mm。粉碎方式：以研磨作用为主粉碎方式：以研磨作用为主 转速：转速：700-1400转转/分分4、气流磨、气流磨(能流磨或无介质磨能流磨或无介质磨)：超细粉碎设备：超细粉碎设备 粒度：粒度： 1m研磨体大小？研磨体大小？球磨：适合于少品种大规模、对球磨：适合于少品种大规模、对物料细度要求不高物料细度要求不高的坯料的坯料(原料原料)的细磨的细磨振动磨（搅拌磨）：适合于多品种小规模、对振动磨（搅拌磨）：适合于多品种小规模、对物料细度要求高物料细度要求高的坯料的坯料(原料原料)的细磨的细磨2021-9-16112021-9-1

15、6112021-9-16112021-9-1612二、颗粒的表面能和粉料的活化二、颗粒的表面能和粉料的活化1 1、粉料的活性、粉料的活性：与粉料的粒度和结晶状态有关：与粉料的粒度和结晶状态有关粒度越小，颗粒的晶格缺陷越多粒度越小，颗粒的晶格缺陷越多粉料活性越好粉料活性越好。2 2、结合能与表面能、结合能与表面能 结合能结合能：等于离子由高度分散状态结合成晶体所放出的能量：等于离子由高度分散状态结合成晶体所放出的能量(KJ/mol)，结合能越大，其坚固程度越大，越难破碎，耐火度也越高。，结合能越大，其坚固程度越大，越难破碎，耐火度也越高。表面能表面能(表面自由能表面自由能)：晶体表面离子比晶体内

16、部离子多具有的那部：晶体表面离子比晶体内部离子多具有的那部分能量。比表面能用分能量。比表面能用表示，单位表示，单位KJ/m2理想晶体的表面能是一定的，实际晶体的表面能是不同的。理想晶体的表面能是一定的，实际晶体的表面能是不同的。粉料越细，总表面积粉料越细，总表面积S S越大，体系总表面能越大，体系总表面能(S)(S)也越大，越不稳定。也越大，越不稳定。2021-9-16122021-9-16122021-9-16122021-9-1613颗粒的表面能和粉料的活化颗粒的表面能和粉料的活化3 3、比表面与等效粒径、比表面与等效粒径比表面比表面(A0)：通常将单位体积或重量的粉料所具有的表面称之：通

17、常将单位体积或重量的粉料所具有的表面称之为比表面，为比表面，m2/m3，m2/g， m2/Kg等效粒径等效粒径d：颗粒面积颗粒面积A=d2,颗粒体积颗粒体积V=d3/6，粉料密度为，粉料密度为，比表面比表面A AOVOV=A/V=6/d=A/V=6/d(m-1 或或m2/m3) AOg=A/V=6/(d) (m2/kg 或或m2/g)A AOVOV= A= AOgOg等效粒径等效粒径d=6/ Ad=6/ AOVOV= 6/A= 6/AOgOg 2021-9-16132021-9-16132021-9-16132021-9-1614颗粒的表面能和粉料的活化颗粒的表面能和粉料的活化2021-9-1

18、6142021-9-16144 4、晶体中质点的活性、晶体中质点的活性（P13，自学），自学）5 5、结构缺陷与粉体活性结构缺陷与粉体活性（P14，自学），自学）粉料越细，结构缺陷越多，粉体活性越好粉料越细，结构缺陷越多，粉体活性越好6 6、煅烧与粉料活化煅烧与粉料活化（P14，自学），自学）煅烧温度越低，晶格缺陷越多，晶粒越细小，粉体活性煅烧温度越低，晶格缺陷越多，晶粒越细小，粉体活性越好。越好。 原料预烧的目的原料预烧的目的: (1)(1)改变物性改变物性;(2);(2)稳定晶型稳定晶型;(3);(3)破坏层片破坏层片状结构状结构2021-9-16142021-9-1615三、粉料粒度的测

19、定三、粉料粒度的测定 1 1、单个颗粒的等效粒径、单个颗粒的等效粒径(P(P1818表表1-51-5) )2 2、粒度分布、粒度分布( (个数，体积个数，体积，重量，面积，重量，面积) )频度分布曲线频度分布曲线，( (个数，体积个数，体积，重量，面，重量，面积积) )积分分布曲线积分分布曲线/ /累积分布曲线累积分布曲线P18P18，图，图1-151-15，图，图1-161-163 3、粉体的平均粒径、粉体的平均粒径长度平均径、面积平均径和体积平均径长度平均径、面积平均径和体积平均径(P(P2020表表1-71-7，) )4 4、粒度的测定粒度的测定(1)(1)记数法记数法: :光学显微镜光

20、学显微镜(1mm(1mm- -1m)1m)、电子显微镜电子显微镜(SEM/TEM(SEM/TEM，10m10m- -1 1nm)nm)、激光粒度分析仪、激光粒度分析仪、ZataZata电位分析仪电位分析仪(2nm)(2nm)等等; ;(2)(2)筛分法筛分法(1mm-10m(1mm-10m ););(3)(3)沉降法沉降法(1mm-1m(1mm-1m )-)-现在很少用现在很少用; ;(4)(4)吸附法吸附法(BET(BET法法)(10m)(10m -1 1nm)nm) 2021-9-16152021-9-16152021-9-16152021-9-16161-3 1-3 电子瓷瓷料的制备电子

21、瓷瓷料的制备一、固相法一、固相法1 1、高温、高温固相反应法固相反应法(PZTPLZTPT(PZTPLZTPT等等) )优点：工艺简单，成本低优点：工艺简单，成本低缺点：合成原料纯度低，颗粒粗，活性差缺点：合成原料纯度低，颗粒粗，活性差2 2、分解法、分解法 优点：合成原料纯度高、颗粒较细、活性较好，工艺简单，成本低优点：合成原料纯度高、颗粒较细、活性较好，工艺简单，成本低缺点：需选择合适的原料缺点：需选择合适的原料3 3、燃烧法、燃烧法( (自曼延法自曼延法)与高温固相反应法类似与高温固相反应法类似如：如：Sr(NO3)2 +Al(NO3)2 加热加热(燃烧燃烧) SrAl2O44 4、低热

22、固相反应、低热固相反应-磷酸三钙磷酸三钙 /n-CoFen-CoFe2 2O O4 4、n-ZnFen-ZnFe2 2O O4 42021-9-16162021-9-16162021-9-16162021-9-1617二、液相法二、液相法 1 1、沉淀法、沉淀法(1)(1)直接沉淀法直接沉淀法工艺：金属盐溶液工艺：金属盐溶液加入沉淀剂加入沉淀剂(酸、碱、盐溶液酸、碱、盐溶液)沉淀反沉淀反应应洗涤，过滤洗涤，过滤煅烧煅烧合成的原料。合成的原料。(2)(2)均相均相( (共共) )沉淀法沉淀法工艺：金属盐溶液工艺：金属盐溶液+加入沉淀剂加入沉淀剂(如尿素如尿素)沉淀反应沉淀反应(改变实改变实验条件

23、验条件)洗涤，过滤洗涤，过滤煅烧煅烧合成的原料。合成的原料。直接沉淀法和均相直接沉淀法和均相(共共)沉淀法的关键技术：沉淀反应过程沉淀法的关键技术：沉淀反应过程中的中的pH值、浓度、温度、反应时间以及煅烧温度、煅烧时间等。值、浓度、温度、反应时间以及煅烧温度、煅烧时间等。 反滴定法反滴定法?2021-9-16172021-9-16172021-9-1617TiCl4 TiOCl22021-9-1618液相法液相法2021-9-16182021-9-16182、溶胶溶胶-凝胶法凝胶法A、醇盐水解法醇盐水解法 （包括（包括溶胶溶胶-凝胶法凝胶法、溶液溶液-沉淀法沉淀法）工艺：醇盐的水解工艺：醇盐的

24、水解 溶胶溶胶凝胶化凝胶化洗涤，过滤洗涤，过滤煅烧煅烧合成的原料合成的原料B、无机盐水解法无机盐水解法工艺：无机盐水解工艺：无机盐水解溶胶溶胶凝胶化凝胶化洗涤，过滤洗涤，过滤煅烧煅烧合成的原料合成的原料溶胶溶胶- -凝胶法的关键技术凝胶法的关键技术：水解的条件：水解的条件(控制剂的选择、浓度、水解控制剂的选择、浓度、水解温度、温度、pH值等值等)、凝胶化或沉淀反应的条件、凝胶化或沉淀反应的条件(pH值、浓度、温度、反应时间值、浓度、温度、反应时间)以及煅烧温度、煅烧时间等。以及煅烧温度、煅烧时间等。3、水热法、水热法2021-9-16182021-9-1619液相法液相法4 4、溶剂蒸发法、溶

25、剂蒸发法(1) (1) 冷冻干燥法；冷冻干燥法；(2) (2) 喷雾干燥法；喷雾干燥法；(3)(3)喷雾热分解法；喷雾热分解法；(4)(4)热煤油干燥法热煤油干燥法液相法的优点：合成原料性能优异液相法的优点：合成原料性能优异( (纯度高、颗粒细、纯度高、颗粒细、活性好等活性好等) )液相法的缺点：工艺较复杂，成本较高液相法的缺点：工艺较复杂，成本较高三、气相法三、气相法(PVD(PVD法和法和CVDCVD法法) ) 自学自学2021-9-16192021-9-16192021-9-16192021-9-16201-4 改善坯料性能的添加剂与粉料造粒改善坯料性能的添加剂与粉料造粒 一、改善坯料性

26、能的添加剂一、改善坯料性能的添加剂1、解胶剂、解胶剂(解凝剂，减水剂解凝剂，减水剂)：用来提高泥浆的流动性。：用来提高泥浆的流动性。解胶剂可以是无机电解质，也可以是有机盐或聚合电解质解胶剂可以是无机电解质，也可以是有机盐或聚合电解质( (粘土泥浆粘土泥浆) )解胶剂电解质必须具备的条件解胶剂电解质必须具备的条件：(1)(1)能离解成水化能力强的一价阳离子能离解成水化能力强的一价阳离子( (如如NaNa+ +) )(2)(2)能直接离解或水解能直接离解或水解, ,提供足够的提供足够的OHOH- -, ,使粘土泥浆呈碱性使粘土泥浆呈碱性(3)(3)它的阴离子能与料浆中引起絮聚的有害离子形成难溶的盐

27、类或稳它的阴离子能与料浆中引起絮聚的有害离子形成难溶的盐类或稳定的络合物。定的络合物。(粘土泥浆粘土泥浆)常用解胶剂常用解胶剂：NaOH，纯碱、水玻璃、三聚磷酸钠、腐，纯碱、水玻璃、三聚磷酸钠、腐植酸钠等。植酸钠等。2021-9-16202021-9-16202021-9-16202021-9-1621胶团结构示意图胶团结构示意图2021-9-16212021-9-16212021-9-16212021-9-1622改善坯料性能的添加剂改善坯料性能的添加剂2、结合剂、结合剂(包括塑化剂包括塑化剂)：用来提高可塑泥团的塑性，：用来提高可塑泥团的塑性，增强生坯的强度。增强生坯的强度。(1)粘合剂粘

28、合剂：有机物及其溶液。如：有机物及其溶液。如聚乙烯醇聚乙烯醇( () ) 、聚聚醋酸乙酯、醋酸乙酯、石蜡石蜡、羧甲基纤维素、聚乙二醇、糊精等。羧甲基纤维素、聚乙二醇、糊精等。(2)粘结剂粘结剂：无机物。：无机物。硅酸盐硅酸盐、磷酸盐等、磷酸盐等(3)增塑剂增塑剂：降低物质之间的相互作用力，起到增加流动：降低物质之间的相互作用力，起到增加流动及润滑增塑的作用。及润滑增塑的作用。如如乙二醇乙二醇、丙二醇、丙三醇、丙二醇、丙三醇、亚硫酸纸浆废液亚硫酸纸浆废液、硬脂酸硬脂酸、油酸桐油、植物油等小分子等。油酸桐油、植物油等小分子等。 2021-9-16222021-9-16222021-9-162220

29、21-9-1623二、粉料的造粒二、粉料的造粒1 1、坯料的制备、坯料的制备粉粉料料( (压制成型压制成型) )、泥浆、泥浆( (注浆成型注浆成型) )、泥团、泥团( (可塑成型可塑成型) )2 2、造粒工艺、造粒工艺(1)榨泥榨泥干燥干燥打粉打粉(已淘汰已淘汰)(2)喷雾干燥制粉：离心式、喷雾干燥制粉：离心式、压力式压力式和气流式制粉和气流式制粉3 3、粉料性能要求、粉料性能要求容重大；流动性好容重大；流动性好；粒度级配合理；压缩比小；粒度级配合理；压缩比小；结合性好结合性好本章作业：本章作业：P38 1-1P38 1-1至至1-5, 1-81-5, 1-8至至1-141-142021-9-

30、16232021-9-16232021-9-16232021-9-16241-11-1理解、解释和比较下列名词：陶瓷、陶瓷工艺、广义陶瓷、狭义陶瓷、传统陶瓷、电子陶瓷。理解、解释和比较下列名词：陶瓷、陶瓷工艺、广义陶瓷、狭义陶瓷、传统陶瓷、电子陶瓷。1-21-2说明陶瓷材料的纯度、合理纯度、影响纯度的因素以及纯度在电子陶瓷中之经济意义。说明陶瓷材料的纯度、合理纯度、影响纯度的因素以及纯度在电子陶瓷中之经济意义。1-31-3弄潸球磨、振磨、砂磨三者之破碎原理，比较其优缺点，说明其适用场合。弄潸球磨、振磨、砂磨三者之破碎原理，比较其优缺点，说明其适用场合。1-41-4晶态陶瓷粉料的粒形指什么？它由

31、哪些因素决定？什么叫等效粒径？粉粒外形愈复杂则其等效晶态陶瓷粉料的粒形指什么？它由哪些因素决定？什么叫等效粒径？粉粒外形愈复杂则其等效粒径愈大，对吗？粒径愈大，对吗？1-51-5什么叫陶瓷粉料的表面自由能？如何获得？如何消失？存在哪里？有何作用与意义？什么叫陶瓷粉料的表面自由能？如何获得？如何消失？存在哪里？有何作用与意义？1-8 1-8 烧结反应制粉与溶液反应制粉之原理有何差别？那一种能得反应均匀之粉料？为什么？两者各烧结反应制粉与溶液反应制粉之原理有何差别？那一种能得反应均匀之粉料？为什么？两者各适用于什么场合？适用于什么场合？1-91-9陶瓷粉料煅烧的目的何在？如何选择合适的煅烧温度？如

32、何才能使粉料反应比较充分而又不致陶瓷粉料煅烧的目的何在？如何选择合适的煅烧温度？如何才能使粉料反应比较充分而又不致产生明显烧结？产生明显烧结？1-101-10如何才能使瘠性粉料具有加工时所必须的塑性？试利用胶体化学的原理说明陶瓷浆料的悬浮、如何才能使瘠性粉料具有加工时所必须的塑性？试利用胶体化学的原理说明陶瓷浆料的悬浮、凝聚与稀释之过程，以及控制凝聚与稀释之过程，以及控制P P值所起的作用。值所起的作用。1-111-11塑化剂中各成分所起的作用如何塑化剂中各成分所起的作用如何? ?为什么有些塑化剂中可不用增塑、润滑剂，而有些又非用不为什么有些塑化剂中可不用增塑、润滑剂，而有些又非用不可可? ?

33、1-121-12试述陶瓷粉料造粒的作用与意义。试述陶瓷粉料造粒的作用与意义。1-131-13陶瓷粉料粉碎的目的何在？为什么说它是一种能量转换过程陶瓷粉料粉碎的目的何在？为什么说它是一种能量转换过程? ?现有的粉碎手段中那种最好？试现有的粉碎手段中那种最好？试从能量转换角度加以讨论。还可能有那些更理想的粉碎手段从能量转换角度加以讨论。还可能有那些更理想的粉碎手段? ?1-141-14什么叫溶胶什么叫溶胶- -凝胶技术？这种技术有什么优越性？适用于什么场合？凝胶技术？这种技术有什么优越性？适用于什么场合？第一章第一章 作业与思考题（作业与思考题（P38）2021-9-1625第二章第二章 电子瓷成

34、型原理电子瓷成型原理成型方法的选择成型方法的选择：形状、尺寸，生产效率，产品性能形状、尺寸，生产效率，产品性能各种成型方法的特点各种成型方法的特点：压制成型：适合成型形状简单、坯体厚度不大的扁平状制品。压制成型：适合成型形状简单、坯体厚度不大的扁平状制品。 特点特点? 流法成型：适合成型形状复杂、规格尺寸较大的制品。流法成型：适合成型形状复杂、规格尺寸较大的制品。 特点特点? 可塑成型：适合成型带有回转中心的杯碟状的制品。可塑成型：适合成型带有回转中心的杯碟状的制品。 特点特点? 工艺、生产效率、尺寸准确性、形状的正确性、坯体质量等工艺、生产效率、尺寸准确性、形状的正确性、坯体质量等2021-

35、9-16252021-9-16252021-9-16252021-9-16262-1 压制成型原理压制成型原理 一、压制成型的成型原理一、压制成型的成型原理1 1、成型原理、成型原理(1)(1)分析压力分析压力- -坯体密度的关系坯体密度的关系2021-9-16262021-9-16262021-9-16262021-9-1627压制成型的成型原理压制成型的成型原理(2)(2)压力压力- -坯体强度的关系坯体强度的关系2021-9-16272021-9-16272021-9-16272021-9-1628压制成型的成型原理压制成型的成型原理 2 2、优点：、优点：( (见见P P4444) )

36、 (1)(1)工艺简单，操作方便；工艺简单，操作方便；(2)(2)周期短，效率高；周期短，效率高；(3)(3)机械机械化、自动化程度高。化、自动化程度高。压制成型示意图压制成型示意图2021-9-16282021-9-1628盖模？盖模？塞模？塞模？2021-9-16282021-9-1629二、粉料的性能要求二、粉料的性能要求1 1、粉料的性能要求：、粉料的性能要求：(1)(1)容重；容重；(2)(2)压缩比；压缩比；(3)(3)流动性；流动性；(4)(4)含水率；含水率；(5)(5)颗粒及颗粒及颗粒级配颗粒级配2 2、压制成型坯料、压制成型坯料( (粉料粉料) )的的制备制备3 3、临界颗

37、粒、临界颗粒 临界颗粒临界颗粒(1/5-1/10)(1/5-1/10)坯体的最小尺寸坯体的最小尺寸2021-9-16292021-9-16292021-9-16292021-9-1630三、压制成型的种类三、压制成型的种类1 1、半干压成型（普陶）、半干压成型（普陶） 含水率含水率5-7% 5-7% 成型压力成型压力 20-40MPa20-40MPa2 2、干压成型、干压成型 （特陶）（特陶）含水率含水率3%3%(1)(1)普通干压成型普通干压成型 40-200MPa40-200MPa(2)(2)冷等静压成型冷等静压成型( (含水率含水率1 1% %) ) 200-250MPa200-250M

38、Pa(3)(3)热等静压成型热等静压成型( (含水率含水率1 1% %, ,热等静压成型热等静压成型) )2021-9-16302021-9-16302021-9-16302021-9-1631四、压制成型的操作四、压制成型的操作 1 1、操作规程：一轻、二重、三加压、慢提起。、操作规程：一轻、二重、三加压、慢提起。 一轻：第一次加压要轻；一轻：第一次加压要轻； 二重：第二次加压要重；二重：第二次加压要重； 三加压：第三次加压要达到最大成型压力，并有适当三加压：第三次加压要达到最大成型压力，并有适当的稳压时间；的稳压时间； 慢提起：缓慢卸压慢提起：缓慢卸压( (提起上模提起上模) ) 制定操作

39、规程的依据：？制定操作规程的依据：？ 2 2、布料操作：轻推、慢拉、中间哆嗦、布料操作：轻推、慢拉、中间哆嗦制定布料操作的依据：？制定布料操作的依据：？2021-9-16312021-9-16312021-9-16312021-9-1632五、压制成型的设备五、压制成型的设备 1 1、摩擦压机摩擦压机( (产品存在产品存在各向异性各向异性) ) 2 2、全自动压机全自动压机( (产品存在产品存在各向异性各向异性) ) 3 3、冷等静压机冷等静压机( (产品的结构和强度产品的结构和强度各向同性各向同性) ) 4 4、热等静压机热等静压机( (产品的结构和强度产品的结构和强度各向同性各向同性，烧结

40、温度低，性能优烧结温度低，性能优) ) 模具：金属模（模具：金属模（Cr12MoV等）等）2021-9-16322021-9-16322021-9-16322021-9-1633六、压制成型常见的缺陷及解决措施六、压制成型常见的缺陷及解决措施1 1、层裂：压制成型的坯体在卸压后、干燥后或烧成后出现层、层裂：压制成型的坯体在卸压后、干燥后或烧成后出现层状开裂的现象。状开裂的现象。原因原因：压制成型过程中，残余气体未充分排除。：压制成型过程中，残余气体未充分排除。解决措施解决措施：控制粉料性能，调整操作规程。：控制粉料性能，调整操作规程。2 2、层密度层密度：压制成型的坯体在靠近加压面的地方，其密

41、度较：压制成型的坯体在靠近加压面的地方，其密度较大，越远离加压面的部位，其密度越小。大，越远离加压面的部位，其密度越小。压制过程中的总压力压制过程中的总压力P PP1(P1(净压力净压力) )十十P2(P2(消耗压力消耗压力) )P1P1：内摩擦力及颗粒变形所需的力：内摩擦力及颗粒变形所需的力P2P2：模壁和粉料的摩擦力：模壁和粉料的摩擦力( (外摩擦力外摩擦力) )2021-9-16332021-9-16332021-9-16332021-9-1634压制成型常见的缺陷及解决措施压制成型常见的缺陷及解决措施产生层密度的原因产生层密度的原因：压制成型时，粉料存在内、外摩擦力，以及假颗粒变形及破

42、压制成型时，粉料存在内、外摩擦力，以及假颗粒变形及破碎，压力在传递过程中有损失，造成压力分布不均。碎，压力在传递过程中有损失，造成压力分布不均。解决层密度的措施：解决层密度的措施：(1)(1)减小内摩擦力减小内摩擦力( (加入润滑剂加入润滑剂) )；(2)(2)减小外摩擦力减小外摩擦力( (加入润滑剂，提高模具光洁度，模具加热加入润滑剂，提高模具光洁度，模具加热) )；(3)(3)减小压制成型坯体的高减小压制成型坯体的高/ /径径(H/D)(H/D)比；比；(4)(4)采用双向或多向加压。采用双向或多向加压。2021-9-16342021-9-16342021-9-16342021-9-163

43、52-2 可塑成型原理可塑成型原理可塑泥团的流变曲线可塑泥团的流变曲线2021-9-16352021-9-1635一、成型原理一、成型原理( (可塑性泥料的流变特性可塑性泥料的流变特性) ) 2021-9-16352021-9-1636可塑成型原理可塑成型原理y：由弹性形变过渡到假塑性变形的极限应力：由弹性形变过渡到假塑性变形的极限应力y 称为流动极称为流动极限限(或称流限或称流限/屈服值屈服值)；y：最大弹性变形量；：最大弹性变形量；p：破坏时的应力；：破坏时的应力；p：破坏时的应变；：破坏时的应变；n：假塑性变形量。：假塑性变形量。两个重要参数两个重要参数：y和和p(与泥团性能及与泥团性能

44、及加压速度加压速度、应力扩散速、应力扩散速度等因素有关度等因素有关)2021-9-16362021-9-16362021-9-16362021-9-1637二、可塑泥团的性能要求二、可塑泥团的性能要求 1 1、可塑性可塑性： 可塑性：泥团在外力作用下发生变形而不开裂的性质。可塑性：泥团在外力作用下发生变形而不开裂的性质。 (1)(1)可塑性指数可塑性指数= =液限液限- -塑限塑限 (2)(2)可塑性指标可塑性指标= = p p p p( (工作水分下工作水分下) ) (3)(3)塑限：由固体状态进入塑性状态时的含水量塑限：由固体状态进入塑性状态时的含水量 (4)(4)液限：由塑性状态进入流动

45、状态时的含水量液限：由塑性状态进入流动状态时的含水量 2 2、含水量含水量 3 3、气孔率气孔率 4 4、可塑成型坯料、可塑成型坯料( (可塑泥团可塑泥团) )的的制备制备2021-9-16372021-9-16372021-9-16372021-9-1638三、可塑成型的种类三、可塑成型的种类1 1、挤制成型挤制成型( (柱状、棒状或管状柱状、棒状或管状):):真空练泥机真空练泥机常见缺陷常见缺陷: :(1)(1)气孔；气孔；(2)(2)弯曲变形；弯曲变形；(3)(3)管壁厚度不均；管壁厚度不均；(4)(4)表面不光滑表面不光滑( (挤坯时压力不稳定、泥料塑性不好、颗粒定挤坯时压力不稳定、泥

46、料塑性不好、颗粒定向排列等原因所致向排列等原因所致) )；(5)(5)开裂开裂2021-9-16382021-9-16382021-9-16382021-9-1639可塑成型的种类可塑成型的种类2、轧膜成型轧膜成型(片状，常见片状，常见0.7mm左右左右):轧膜机轧膜机配料：配料：熟粉料熟粉料+30%PVA溶胶溶胶(相当于约相当于约6%的的PVA)PVA溶胶制备：（溶胶制备：（PVA聚乙烯醇）聚乙烯醇）(1)熬胶熬胶100，2-3h；(2)加消泡剂加消泡剂( (乙二醇乙二醇)、保湿剂保湿剂(甘油甘油)、稀释剂稀释剂(乙醇乙醇)等等最后获得溶胶最后获得溶胶16.1%PVA+9%甘油甘油(保湿保湿

47、)+4.2乙二醇乙二醇(消泡消泡)+9%乙醇乙醇(稀释稀释)常见缺陷常见缺陷: (1)气孔；气孔； (2)厚度不均；厚度不均； (3)无法成膜无法成膜2021-9-16392021-9-16392021-9-16392021-9-1640可塑成型的种类可塑成型的种类3、其它方法其它方法：拉坯成型、旋坯成型、滚压成型拉坯成型、旋坯成型、滚压成型、车坯车坯成型成型等等( (日用瓷、电瓷等日用瓷、电瓷等) )常见缺陷常见缺陷: (1)气孔；气孔； (2)开裂；开裂； (3)变形；变形；(4)记忆效应。记忆效应。2021-9-16402021-9-16402021-9-16402021-9-16412

48、-3 流法流法成型原理成型原理一、成型原理一、成型原理流法成型是基于流态流动性的成型方法流法成型是基于流态流动性的成型方法注浆成型：利用多孔模具的吸水性注浆成型：利用多孔模具的吸水性热压铸成型：利用热塑性物质的特性热压铸成型：利用热塑性物质的特性流延法成型：利用坯料流态流动性流延法成型：利用坯料流态流动性2021-9-16412021-9-16412021-9-16412021-9-1642二、流法成型成型泥浆的性能要求二、流法成型成型泥浆的性能要求 1、流动性、流动性2、浓度、浓度3、细度：常用筛余表示，如万孔筛余、细度：常用筛余表示，如万孔筛余0.1%。 250目万孔筛4 4、触变性（、触

49、变性（30m30m/30s30s） 恩氏粘度5 5、渗水性、渗水性6 6、挺实能力、挺实能力7 7、脱膜性、脱膜性注浆成型泥浆的制备：球磨注浆成型泥浆的制备：球磨过筛过筛粗浆池粗浆池过筛除铁过筛除铁精浆精浆池池/ /陈腐陈腐注浆罐注浆罐注浆成型注浆成型2021-9-16422021-9-16422021-9-16422021-9-1643三、流法成型三、流法成型 1、注浆成型注浆成型(主要用于普通主要用于普通卫生陶瓷卫生陶瓷)(1)普通注浆成型普通注浆成型( (模具主要是模具主要是-石膏模石膏模) ) A、实心注浆成型、实心注浆成型(双面注浆双面注浆)(0.026-0.064MPa)B、空心注

50、浆成型、空心注浆成型(单面注浆单面注浆) (0.026-0.064MPa)(2)强化注浆成型强化注浆成型(模具为多孔树脂模模具为多孔树脂模)A、压力注浆、压力注浆(0.15-0. 4MPa，0.4-3MPa)B、离心注浆、离心注浆C、真空注浆、真空注浆D、电泳注浆、电泳注浆 注浆成型常见缺陷注浆成型常见缺陷注浆成型注浆成型2021-9-16432021-9-16432021-9-16432021-9-16442、流延法成型、流延法成型(流延法成型机流延法成型机)：可获得高质量、超薄型瓷片：可获得高质量、超薄型瓷片（厚度可达（厚度可达10m左右左右）用于电子陶瓷用于电子陶瓷/ /独石电容器独石电

51、容器( (MLCCMLCC) )浆料要求浆料要求：粉料颗粒细、粒形好、分散性良好，粒度分布均匀粉料颗粒细、粒形好、分散性良好，粒度分布均匀。工艺工艺：细磨：细磨真空脱气真空脱气流延成型流延成型烘干烘干卷坯卷坯切片切片脱胶脱胶薄膜载体薄膜载体：醋酸纤维素、聚酯、聚乙烯、聚丙烯等有机薄膜：醋酸纤维素、聚酯、聚乙烯、聚丙烯等有机薄膜坯膜厚度控制坯膜厚度控制：(1)刮刀口间隙；刮刀口间隙；(2)载体线速度；载体线速度；(3)料浆流料浆流速（浆面高度、料浆粘度）；速（浆面高度、料浆粘度）；(4)干燥收缩干燥收缩常见缺陷：常见缺陷：(1)气孔；气孔；(2)穿孔；穿孔；(3)厚度不均厚度不均流延法成型流延法

52、成型2021-9-16442021-9-16442021-9-16442021-9-1645 3、热压铸成型、热压铸成型主要用于电子陶瓷主要用于电子陶瓷优点：可获得形状复杂、尺寸精度要求高的产品优点：可获得形状复杂、尺寸精度要求高的产品缺点：工艺较复杂，生产周期较长、成本较高缺点：工艺较复杂，生产周期较长、成本较高成型工艺成型工艺(P55)：蜡浆制备：蜡浆制备热压铸成型热压铸成型高温脱蜡高温脱蜡(在惰在惰性粉料的保护下性粉料的保护下) 热压铸成型热压铸成型模具：钢模模具：钢模2021-9-16452021-9-16452021-9-16452021-9-1646热压铸成型热压铸成型(1)蜡浆制

53、备蜡浆制备预烧后的瓷料预烧后的瓷料+12-16%石蜡石蜡+0.4-0.7%油酸油酸(或或0.1%蜂蜡蜂蜡+0.3%硬脂酸硬脂酸)浆料浆料(60-80)，真空脱气，真空脱气瓷料的含水率瓷料的含水率0.5% 原料预烧？原料预烧？细度细度-石蜡用量？石蜡用量？ 粉料细度：万孔筛余粉料细度：万孔筛余2-3%表面活性物质：表面活性物质：石蜡石蜡、蜂蜡、油酸蜂蜡、油酸等，等，什么时候加入？什么时候加入？(2)热压铸成型热压铸成型压力压力(0.3-0.5MPa)、稳压时间、稳压时间(5-60s)、模温、模温(20-30 )(3)高温脱蜡：高温脱蜡：900-1100 ？热压铸成型热压铸成型常见缺陷常见缺陷本章

54、作业：本章作业：本章作业本章作业 P58：2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6 2021-9-16462021-9-16462021-9-16462021-9-16472-12-1对陶瓷坯体有哪些要求？如何评价陶瓷坯体的质量？粉压坯体密度不一致的对陶瓷坯体有哪些要求？如何评价陶瓷坯体的质量？粉压坯体密度不一致的原因何在？如何提高其均勻性？坯体质量与成型压强的关系如何？原因何在？如何提高其均勻性？坯体质量与成型压强的关系如何？2-22-2塑法成型的工艺特点是什么？对粉粒与浆料有何要求？试从坯膜质量、工艺塑法成型的工艺特点是什么？对粉粒与浆料有何要求？试从坯膜质量、工艺难度、经济效能等方

55、面评价挤膜成型与轧膜成型。难度、经济效能等方面评价挤膜成型与轧膜成型。2-32-3流法成型对粉粒和浆料的要求与塑法成型有何差别？影响流延膜厚的因素哪流法成型对粉粒和浆料的要求与塑法成型有何差别？影响流延膜厚的因素哪些？应如何控制膜厚？些？应如何控制膜厚？2-42-4热压铸工艺有何独到之处？试从工艺繁简、能量消耗等方面，对热压铸工艺热压铸工艺有何独到之处？试从工艺繁简、能量消耗等方面，对热压铸工艺进行评价。进行评价。2-52-5有哪些成型方法可以生产带状膜坯？试比较其优缺点与适用场合。有哪些成型方法可以生产带状膜坯？试比较其优缺点与适用场合。2-62-6坯膜厚度薄化有何意义和必要性？对电子工业将

56、带来什么好处？当代工艺水坯膜厚度薄化有何意义和必要性？对电子工业将带来什么好处？当代工艺水平能生产多薄的坯片？坯片薄化受到那些因素限制？薄化有止境吗？平能生产多薄的坯片？坯片薄化受到那些因素限制？薄化有止境吗？第二章第二章 作业与思考题（作业与思考题（P58）2021-9-1648第三章第三章 电子瓷烧结原理电子瓷烧结原理烧结理论解决三方面的问题：烧结理论解决三方面的问题：1 1、 烧结过程的推动力烧结过程的推动力2 2、 烧结过程中的传质机构烧结过程中的传质机构3 3、 烧结后期的气孔收缩与致密化过程烧结后期的气孔收缩与致密化过程2021-9-16482021-9-1648烧成与烧结烧成与烧

57、结2021-9-16482021-9-1649陶瓷烧结过程中的物理化学变化陶瓷烧结过程中的物理化学变化 以粘土制品为例以粘土制品为例： 1 1、低温阶段、低温阶段( (常温常温-300) -300) 排除排除自由水自由水、吸附水、吸附水2 2、分解氧化阶段、分解氧化阶段( 300-950( 300-950 ) )(1)(1)排除结构水；排除结构水；(2)(2)有机物、碳、无机物等氧化；有机物、碳、无机物等氧化；(3)(3)碳酸盐、硫化物碳酸盐、硫化物等的氧化、分解；等的氧化、分解；(4)(4)晶型转变晶型转变(-(-石英石英-石英石英) )3 3、高温阶段、高温阶段( 950-( 950-烧结

58、烧结/ /烧成温度烧成温度) )(1)(1)氧化、分解继续进行；氧化、分解继续进行；(2)(2)液相形成液相形成；(3)(3)新晶相形成，晶粒张大；新晶相形成，晶粒张大；(4)(4)釉的熔融釉的熔融4 4、冷却阶段、冷却阶段(1)(1)析晶；析晶；(2)(2)晶型转变晶型转变(-(-方石英方石英-方石英方石英) )2021-9-16492021-9-16492021-9-1649关注关注突然的膨胀收缩、液相突然的膨胀收缩、液相、气体放出、气体放出、晶型转变、化学反应等晶型转变、化学反应等2021-9-16503-1 综合热分析综合热分析 烧结过程中的物理化学变化是制定烧结制度的理论依据。烧结过

59、程中的物理化学变化是制定烧结制度的理论依据。综合热分析综合热分析XRD分析分析SEM分析分析光学高温显微镜等光学高温显微镜等 综合热分析综合热分析：差热分析差热分析( (吸热或放热吸热或放热) )、失重分析、失重分析( (分解分解/ /氧化氧化/ /氮化等氮化等) )和热膨胀分析和热膨胀分析( (烧结、晶型转变、分解或化合反应烧结、晶型转变、分解或化合反应) )一、失重分析一、失重分析(分析分析P60图图3-1、图图3-2)二、热膨胀分析二、热膨胀分析(分析分析P60图图3-1、图图3-2) 三、差热分析三、差热分析(分析分析P60图图3-1、图图3-2)2021-9-16502021-9-1

60、6502021-9-1650烧结过程中的物理化学变化烧结过程中的物理化学变化2021-9-16513-2 烧结过程中的传质烧结过程中的传质 陶瓷的烧结陶瓷的烧结：是激活状态下的稳定化过程（坯体的表面能高，是激活状态下的稳定化过程（坯体的表面能高，处于不稳定状态，烧结为其向低能量状态转化提供动力学条件）。处于不稳定状态，烧结为其向低能量状态转化提供动力学条件）。陶瓷的烧结过程中的陶瓷的烧结过程中的传质方式传质方式： (1)气相传质；气相传质；(2)液相传质；液相传质；(3)固相传质（通过固体表面、界面或体内）固相传质（通过固体表面、界面或体内）2021-9-16512021-9-16512021