郑州大学陶瓷工艺原理第六章t3课件

6.7.1低温烧成与快速烧成6.7.1.1低温烧成与快速烧成的作用（一）低温烧成与快速烧成的含义一般来说，凡烧成温度有较大幅度降低（如降低幅度在80～100℃以上者）且产品性能与通常烧成的性能相近的烧成方法可称为低温烧成。快速烧成指的是产品性能无变化，而烧成时间大量缩短的烧成方法。6.7烧成新方法1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理（二）低温与快烧的作用1.节约能源烧成温度对燃料消耗的影响，可用下式表示： F=100-0.13（t2-t1）式中F为温度t1时的单位燃耗与温度t2时的单位燃耗之比，（%）。2.充分利用原料资源促进新型陶瓷原料的开发利用1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理3.提高窑炉与窑具的使用寿命4.缩短生产周期、提高生产效率5.低温烧成，有利于提高色料的显色效果，丰富釉下彩和色

釉的品种。6.快速烧成可使坯体中晶粒细小，从而提高瓷件的强度、改

善某些介电性能。并非任何品种都值得采用低温烧成或快速烧成。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.1.3快速烧成的工艺措施1.坯、釉料能适应快速烧成的要求坯料：（1）干燥收缩和烧成收缩均小（2）坯料的热膨胀系数要小，最好它随温度的变化呈线性关系（3）希望坯料的导热性能好（4）希望坯料中少含晶型转变的成分2.减少坯体入窑水分、提高坯体入窑温度3.控制坯体厚度、形状和大小4.选用温差小和保温良好的窑具5.选用抗热震性能良好的窑具釉料：化学活性强，始熔温度高，高温粘度低，膨胀系数较常规烧成时小。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.1.4

快烧产品的质量生产实践和研究的结果表明，在缩短烧成周期的同时，适当地提高烧成温度（10～30℃）是能够使陶瓷产品的显微结构和物相组成不受影响。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理快速烧成对三种陶瓷电容器介质介电性能的影响：Ⅰ类：(Ca,Sr,Nd,Mg)TiO3;Ⅱ类：BaTiO3、CeO2;

Ⅲ类：BaTiO3、Nd2O3·3TiO2;1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理热压烧结是在高温下加压促使坯体烧结的方法，也是一种使坯体的成型和烧结同时完成的新工艺。6.7.2.1热压烧结的理论基础1热压烧结的传质过程除了扩散传质外，又出现了两个明显的传质过程：晶界滑移传质、挤压蠕变传质1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理（1）晶界滑移传质a.高温低压时以塑性滑移为主。b.低温高压时以碎裂型滑移为主。晶界滑移传质是一种高效率的传质过程。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理（2）挤压蠕变传质主要是相对静止的晶界在正压力作用下的缓变过程。是一种相对慢速的传质过程。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理2.热压烧结的致密化过程（1）热压初期密度迅速增大，大部分气孔都在此阶段消失。坯体内出现压力作用下的颗粒重排、晶界滑移引起的局部碎裂或塑性流动传质，将大型堆积间隙填充。（2）热压中期密度的增加速度显著变慢。挤压晶界出现，主要为挤压蠕变传质，是在压力作用下的空格点扩散以及与此相伴随的晶界中气孔的消失。（3）热压后期外加压力作用已经很不明显，主要传质推动力与普通烧结相似。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.2.2热压设备（热压机）1加热炉2加压装置3模具4测温测压设备热源：电加热元件：SiC、MoSi2、镍铬丝、白金丝、钼丝、导电的模具石墨等杠杆式压机、液压机要求：机械强度高；高温下能抗氧化；热膨胀性接近于所热压的材料，且二者之间不反应或粘结。5热压气氛空气、真空、或保护气氛（还原性气氛或惰性）1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.2.3热压烧结制度1.热压制度的类型1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理2.不同热压制度的效果1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理3.热压参数的确定（1）热压时的烧结温度主要是根据热压材料的性质、材料与

模具的作用情况及材料的颗粒细度等来确定。（2）对于单相材料（难熔化合物和纯氧化物等）来说，热压

温度为其熔点（绝对温度）的0.75~0.9。（3）热压烧结的温度应选择在材料具有较大塑性时的温度。（4）热压时的压力由试验确定。（5）大型产品的热压烧结温度要高些，保温时间要长些。（6）冷却速度和材料的抗热震性及制品的大小、形状有关。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.2.5热压烧结技术的发展1.半连续热压1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理2.超高热压3.反应热压是一种压强超过7Mpa的热压烧结。超高温、超高压合成热压：压强超过7Mpa、温度超高1400℃的热压烧结将高温下坯料可能发生的某种化学反应过程加以利用的一种热压烧结工艺。综合利用热能、机械能、化学能促使烧结完成。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.3热等静压烧结(HotIsostaticPressing)6.7.3.1热等静压工艺过程与参数

是使坯料在各个方向上承受均匀压力而成型的同时，进行高温烧结的工艺，也是一种成型和烧成同时进行的方法。1.备料粉料或预压坯体。2.装料封套材料：金属箔、玻璃、陶瓷纤维或高熔点金属（Mo、W、Ta）等。高温下具有良好的塑性又能很好地传递压力的材料。3.除气1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理5.后处理即进行第二次热等静压烧结，以促使缺陷愈合、消除残余气孔。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理等静压前后TiC/TiNi的显微结构1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.3.2热等静压设备1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.4真空烧结法在真空中进行烧结的方法。在真空中施加机械压力进行烧结的方法称为真空热压烧结。优点：1.可避免O2、N2及填料成分对材料的污染，提高材料的性能。2.真空烧结有利于坯体的排气，可获得高度致密的制品。3.能更好地排除Si、Al、Mg、Ca等微量氧化物杂质。4.经真空烧结的陶瓷切削刀具易于焊接。主要用于烧结高温陶瓷以及含TiC的硬质合金、含钴的金属陶瓷等。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.5微波烧结（MicrowaveSintering）微波烧结是利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料在电磁场中的介质损耗使材料整体加热至烧结温度而实现致密化的方法。在微波烧结技术中使用的频率主要为915MHz和2.45GHz两种波段。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.5.1微波烧结的优点（1）微波与材料直接耦合导致整体加热。（2）微波烧结升温速度快，烧结时间短。（3）安全无污染。（4）能实现空间选择性烧结。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.5.2微波烧结机理在绝热环境下，当忽略材料在加热过程中的潜能（如反应热、相变热等）变化时，单位体积材料在微波场作用下的升温速率为：式中f为微波工作频率；ε’为材料介电损耗；ε0为空间介电常数；E为微波电场强度；Cp为材料热容；ρ为材料密度。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.5.3材料与微波场的作用类型材料与微波的作用方式示意图Al2O3，MgO，SiO2以及大多数玻璃制品等金属材料Co2O3，MnO2，NiO，CuO，SiC，ZrO2，BaTiO3，Si3N4等1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.5.4微波烧结系统微波烧结系统主要包括三部分：微波发生器（微波源，microwavegenerator）；微波传输系统（波导，waveguide）；微波谐振腔（烧结腔体，Resonancechamber）。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理5KW,2.45GHz微波发生器红外测温装置&控制冷却水系统微波烧结陶瓷装置示意图保温结构多模谐振腔其它重要部分：测温与控制系统；保温结构；辅助加热体。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.6反应烧结（reaction-bondedsintering）反应烧结是让原料混合物发生固相反应或原料混合物与外加气（液）体发生固—气（液）反应，以合成材料，或者对反应后的反应体施加其它处理工艺以加工成所需材料的一种技术。反应烧结氮化硅（Reaction-BondedSiliconNitride，RBSN）反应烧结碳化硅（Reaction-BondedSiliconCarbide，RBSC）1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.7

放电等离子体烧结(SparkPlasmaSintering，SPS)又称脉冲电流烧结。该技术的主要特点是利用体加热和表面活化，实现材料的超快速致密化烧结。可广泛用于磁性材料、梯度功能材料、纳米陶瓷、纤维增强陶瓷和金属间化合物等系列新型材料的烧结。SPS主要是利用外加脉冲强电流形成的电场清洁粉末颗粒表面氧化物和吸附的气体，净化材料，活化粉末表面，提高粉末表面的扩散能力，再在较低机械压力下利用强电流短时加热粉体进行烧结致密。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.7.8爆炸烧结（ExplosionSintering）爆炸粉末烧结是利用炸药爆轰产生的能量，以冲击波的形式作用于金属或非金属粉末，在瞬态、高温、高压下发生烧结的一种材料加工或合成的新技术。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.8.1间歇式窑炉电炉、高温倒焰窑、梭式窑和钟罩窑。6.8.1.1电炉电阻炉、感应炉、电弧炉等。6.8烧结设备1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理1、电阻加热炉箱式电阻炉实物图（a）和炉体结构示意图（b）

1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理管式电阻炉实物图（a）和炉体结构示意图（b）1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理2、电磁感应加热炉（magneticinductionheating）由于电磁感应作用在导体内产生感应电流，而这种感应电流因为导体的电阻而产生热能的一种电炉。它又可分为感应熔炼炉和感应加热炉，常利用感应炉研制氮化硅等。3、电弧炉（arcinductionheating）热量主要由电弧产生的电加热炉，用于人工合成云母、生产氧化铝空心球及硅酸铝耐火纤维优质保温材料等。1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.8.1.2高温倒焰窑（reverseflamekiln）倒焰窑示意图1-窑室；2-燃烧室；3-灰坑；4-窑底吸火孔；5-支烟道；6-主烟道；7-挡火墙；8-窑墙；9-窑顶；10-喷火口1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.8.1.3梭式窑（drawerkiln）梭式窑结构示意图1-窑室；2-窑墙；3-窑顶；4-烧嘴；5-升降窑门；6-支烟道；7-窑车；8-轨道1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.8.1.4钟罩窑（bellkiln）1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.8.2连续式窑隧道窑、高温推板窑和辊道窑。6.8.2.1、隧道窑（tunnelkiln）1/17/2023国家精品课程——陶瓷工艺原理6.8.2.2