特种陶瓷的烧结机理分析培训课件：烧结理论与烧结方法VIP

第三章特种陶瓷的烧结第一节陶瓷的烧结理论第二节陶瓷的烧结方法收缩收缩ab收缩无气孔的多晶体c说明：a:颗粒聚拢b:开口堆积体中颗粒中心逼近c:封闭堆积体中颗粒中心逼近烧结现象示意图第一节陶瓷的烧结理论一、烧结及烧结现象烧结的实际过程（SEM照片）（a）烧结前，（b）开始烧结，（c)烧结中，（d）烧结后通常用坯体收缩率、强度、密度、气孔率等物理指标来衡量陶瓷烧结质量的好坏。

烧结定义

成型后的坯体在低于熔点的高温作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递，气孔排除，体积收缩，强度提高、逐渐变成具有一定的几何形状和坚固烧结体的致密化过程。二、烧结的驱动力

烧结是一个不可逆过程，系统的表面能降低是推动烧结进行的基本动力。

陶瓷粉体的表面能约为数百上千J/mol，与化学反应(每摩尔几万至几十万焦)前后能量的变化相比是很小的，烧结不能自发进行，必须加高温，才能促使粉体转变为烧结体。例：

Al2O3:两者差别较大，易烧结；共价化合物如Si3N4、SiC、AlN难烧结。*烧结难易程度的判断：愈小愈易烧结，反之难烧结。*推动力与颗粒细度的关系：

颗粒堆积后，有很多细小气孔弯曲表面由于表面张力而产生压力差，

结论：粉料愈细，由曲率而引起的烧结推动力愈大!!原因：压力差ΔP公式：特点：凸面蒸发－凹面凝聚；发生在蒸气压大的物质的烧结初期。工艺控制：温度（蒸气压）；粒度三、烧结过程中的物质传递1.蒸发－凝聚P=2/rr凸r凹P凸＞0，P凹

＜0P凸＞P凹2.流动传质

在表面张力的作用下，通过变形、流动引起的物质迁移。有粘性流动（主要发生在液相烧结）和塑性流动（常出现在压力烧结中）。工艺控制：粘度；粒度粘性流动示意图塑性流动示意图原因：空位浓度差ΔC，颈部大于体内

质点（或空位）借助于浓度梯度的推动而实现物质的迁移传递。分为体积扩散、界面扩散和表面扩散。特点：空位从颈部表面不断向颗粒其它部分扩散，质点则向颈部逆向扩散。工艺控制：温度（扩散系数）；粒度3.扩散传质原因：液相颗粒的毛细管压力条件：可观的液相；固相在液相中的溶解度大；液相能润湿固相。特点：小晶粒优先溶解，通过液相扩散，在大晶粒或凸面沉积；传质同时又是晶粒生长过程。工艺控制：粒度；温度；粘度；液相数量4.溶解－沉淀传质一、普通烧结促进烧结措施：加烧结助剂降低粉末粒度第二节特种陶瓷的烧结方法

烧结坯体无外加压力、只在常压下，即自然大气条件下，置于可加热的窑炉中，进行烧结的方法。

热压烧结是在烧结过程中同时对坯料施加压力，加速了致密化的过程。二、

热压烧结1.热压烧结的致密化过程

烧结后期：

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。

密度的增加速度显著变慢。密度迅速增大，大部分气孔都在此阶段消失.2.热压设备（热压机）加热炉加热元件：SiC、MoSi2、镍铬丝、白金丝、钼丝、导电的模具石墨等

加压装置杠杆式压机、液压机模具石墨、氧化铝测温测压设备热压气氛空气、真空、或保护气氛（还原性气氛或惰性）3.热压烧结的特点可降低坯体的成型压力可以显著提高坯体的致密度可以显著降低烧成温度和缩短烧成时间。可以有效地控制坯体的显微结构可以生产形状比较复杂、尺寸比较精确的产品。由于热压无需添加烧结促进剂与成型添加剂，所以热压烧结能得到高纯度的陶瓷制品。生产效率低，成本高。

对耐温、耐压包套中的粉体或坯体，在加热的同时各个方向施加均等压力，使其在高温和高压的共同作用下完成烧结。三、

高温等静压烧结特点：缩短烧结时间，降低烧结温度，可烧结形状复杂难烧结的陶瓷；制品密度高、晶粒细、性能优异；缺点：操作复杂，生产效率低、设备和制品价格昂贵。四、

气氛烧结引入气氛片的烧结如PZT陶瓷，为防止Pb的挥发，要求加气氛片或气氛粉体进行密闭烧结。制备透光性陶瓷的气氛烧结

如高压钠蒸气灯用的氧化铝透光灯管，需在真空或氢气中进行气氛烧结。防止氧化的气氛烧结非氧化物陶瓷，由于在高温下易被氧化，因而在氮气及惰性气体中进行烧结。

引入某些添加剂，形成玻璃相或其它液相。由于粒子在液相中的重排和粘性流动的进行，从而可获得致密产品并可降低烧结温度。五、

液相烧结

将粉体坯体放到真空炉中进行烧结。真空烧结有利于粘结剂的脱除和坯体内气体的排除，有利于实现高致密化。六、

真空烧结

高温自蔓延烧结、等离子体烧结、电火花烧结、电场烧结、超高压烧结、微波烧结等。八、

其它烧结烧结

仅限于少量几个体系：反应烧结氮化硅（Si3N4），氧