陶瓷工艺原理课件

陶瓷原料第一節粘土類原料（一）粘土的成因與產狀

粘土（clay）是一種顏色多樣、細分散的多種含水鋁矽酸鹽礦物的混合體，其礦物粒徑一般小於2µm，主要由粘土礦物以及其他一些雜質礦物組成。粘土的成因：1.風化殘積型：指深成的岩漿岩（如花崗岩、偉晶岩、長英岩等）在原地風化後即殘留在原地，多成為優質高嶺土的主要礦床類型。風化型粘土礦床主要分佈在我國南方(如景德鎮高嶺村、晉江白安、潮州飛天燕等地），一般稱為一次粘土（也稱為殘留粘土或原生粘土）。2.熱液蝕變型：高溫岩漿冷凝結晶後，殘餘岩漿中含有大量的揮發分及水，溫度進一步降低時，水分則以液態存在，但其中溶有大量其他化合物。當這種熱液（水）作用於母岩時，會形成粘土礦床，這就稱為熱液蝕變型粘土礦，如蘇州陽山、衡陽界牌土。3.沉積型粘土礦床：是指風化了的粘土礦物借雨水或風力的搬運作用搬離原母岩後，在低窪的地方沉積而成的礦床，稱為二次粘土（也稱沉積粘土或次生粘土），如南安康壟，清遠源潭。

粘土的種類不同，物理化學性能也各不相同。粘土可呈白、灰、黃、紅、黑等各種顏色。有的粘土疏鬆柔軟且可在水中自然分散，有的粘土則呈緻密堅硬的塊狀。

(二）粘土的組成

粘土的性能取決於粘土的組成，包括粘土的礦物組成、化學組成和顆粒組成。1、粘土的化學組成

主要化學成分為SiO2、A12O3和結晶水（H2O）。

含有少量的鹼金屬氧化物K2O、Na2O，鹼土金屬氧化物CaO、MgO，以及著色氧化物Fe2O3、TiO2等。

風化殘積型粘土礦床一般SiO2含量高，而A12O3含量低。化學組成在一定程度上反映其工藝性質。（1）SiO2：若以石英狀態存在的SiO2多時，粘土可塑性降低，但是幹燥後燒成收縮小。（2）Al2O3：含量多，耐火度增高，難燒結。（3）Fe2O3＜1％，TiO2

＜0.5％：瓷製品呈白色，含量過高，顏色變深，還影響電絕緣性。（4）CaO、MgO、K2O、Na2O：降低燒結溫度，縮小燒結範圍。（5）H2O、有機質：可提高可塑性，但收縮大。2.粘土的礦物組成

粘土很少由單一礦物組成，而是多種微細礦物的混合體。因此，粘土所含各種微細礦物的種類和數量是決定其工藝性能的主要因素。

粘土礦物主要為高嶺石類（包括高嶺石、多水高嶺石等）、蒙脫石類（包括蒙脫石、葉蠟石等）和伊利石類（也稱水雲母）等等。高嶺石葉臘石伊利石a．高嶺石類（Kaolinite）高嶺石族礦物包括高嶺石、地開石、珍珠陶土和多水高嶺石等。高嶺石是粘土中常見的粘土礦物，主要由高嶺石組成的粘土稱為高嶺土。b．蒙脫石類蒙脫石（Montmorillonite）也是一種常見的粘土礦物，以蒙脫石為主要組成礦物的粘土稱為膨潤土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉紅色或淡黃色，被雜質污染時呈現其他顏色。

c．伊利石類伊利石是白雲母經強烈的化學風化作用而轉變為蒙脫石或高嶺石過程中的中間產物。組成成分與白雲母相似，但比正常的白雲母多SiO2和H2O而少K2O。與高嶺石比較，伊利石含K2O較多而含H2O較少。各種粘土礦物的差熱曲線

粘土礦物是具有層狀結構矽酸鹽礦物，其基本結構單位是矽氧四面體層和鋁氧八面體層，由於四面體層和八面體層的結合方式、同形置換以及層間陽離子等不同，從而構成了不同類型的層狀結構粘土礦物，如下圖所示的結構模型圖。層狀結構粘土礦物晶體結構模型圖

3、顆粒組成顆粒組成：粘土中含有的不同大小顆粒的體積百分比含量。

<1um的細顆粒愈多，則可塑性愈強，乾燥收縮大，幹後強度高，而且燒結溫度低，（比表面積大，表面能高）片狀比杆狀堆積面積大，塑性大，強度高。

（三）粘土的工藝性質1.可塑性可塑性是指粘土粉碎後用適量的水調和、混練後捏成泥團，在一定外力的作用下可以任意改變其形狀而不發生開裂，除去外力後，仍能保持受力時的形狀的性能。2.結合性粘土的結合性是指粘土能結合非塑性原料形成良好的可塑泥團、有一定乾燥強度的能力。

3.離子交換性粘土顆粒帶有電荷，其來源是其表面層的斷鍵和晶格內部被取代的離子，因此必須吸附其他異號離子來補償其電價，粘土的這種性質稱為離子交換性。4.觸變性

粘土泥漿或可塑泥團受到振動或攪拌時，粘度會降低而流動性增加，靜置後又能逐漸恢復原狀。反之，相同的泥料放置一段時間後，在維持原有水分的情況下會增加粘度，出現變稠和固化現象。上述情況可以重複無數次。粘土的上述性質統稱為觸變性，也稱為稠化性。5.膨脹性膨脹性是指粘土吸水後體積增大的現象。這是由於粘土在吸附力、滲透力、毛細管力的作用，水分進入粘土晶層之間、或者膠團之間所致，因此可分為內膨脹性與外膨脹性兩種。

6.收縮粘土泥料乾燥時，因包圍在粘土顆粒間的水分蒸發、顆粒相互靠近而引起的體積收縮，稱為乾燥收縮。粘土泥料煆燒時，由於發生一系列的物理化學變化(如脫水作用、分解作用、莫來石的生成、易熔雜質的熔化，以及熔化物充滿質點間空隙等等)，因而使粘土再度產生的收縮，稱為燒成收縮。這兩種收縮構成粘土泥料的總收縮。7.燒結性能通指粘土在燒結過程中所表現出的各種物理化學變化及性能。8.耐火度耐火度是耐火材料的重要技術指標之一，它表徵材料無荷重時抵抗高溫作用而不熔化的性能。（四）粘土在陶瓷生產中的作用1.粘土的可塑性是陶瓷坯泥賴以成型的基礎。2.粘土使注漿泥料與釉料具有懸浮性與穩定性。3.粘土一般呈細分散顆粒，同時具有結合性。4.粘土是陶瓷坯體燒結時的主體。5.粘土是形成陶器主體結構和瓷器中莫來石晶體的主要來源。第二節石英類原料（一）石英礦石的類型

二氧化矽（SiO2）在地殼中的豐度約為60％。含二氧化矽的礦物種類很多，部分以矽酸鹽化合物的狀態存在，構成各種礦物、岩石。另一部分則以獨立狀態存在，成為單獨的礦物實體，其中結晶態二氧化矽統稱為石英。由於經歷的地質作用及成礦條件不同，石英呈現多種狀態，並有不同的純度。

a.水晶

b.脈石英

c.砂岩

d.石英岩

e.石英砂

石英水晶－結晶良好的石英水晶－結晶良好的石英（二）石英的性質

石英的主要化學成分為SiO2，但是常含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2等雜質成分。二氧化矽在常壓下有七種結晶態和一個玻璃態。它們是α-石英、β-石英；α-鱗石英、β-鱗石英、γ-鱗石英；α-方石英、β-方石英。石英具有很強耐酸侵蝕能力（氫氟酸除外），但與鹼性物質接觸時能起反應而生成可溶性的矽酸鹽。高溫下，石英易與鹼金屬氧化物作用生成矽酸鹽與玻璃態物質。石英材料的熔融溫度範圍取決於二氧化矽的形態和雜質的含量。

（三）石英的晶型轉化石英的晶型轉化類型有兩種：（1）高溫型的緩慢轉化（2）低溫型的快速轉化

石英晶型轉化圖釋

（四）石英在陶瓷生產中的作用1.石英是瘠性原料，可對泥料的可塑性起調節作用。2.在陶瓷燒成時，石英影響陶瓷壞體的體積收縮。3.在瓷器中，石英對坯體的力學強度有著很大的影響。4.石英對陶瓷釉料的性能有很大影響。第三節長石類原料

（一）長石的種類和性質

長石是陶瓷生產中的主要熔劑性原料，一般用作坯料、釉料、色料熔劑等的基本成分，用量較大，是日用陶瓷的三大原料之一。自然界中長石的種類很多，歸納起來都是由以下四種長石組合而成：鈉長石(Ab)Na[AlSi3O8]或Na2O·Al2O3·6SiO2

鉀長石(Or)K[AlSi3O8]或K2O·Al2O3·6SiO2

鈣長石(An)Ca[Al2Si2O8]或CaO·Al2O3·2SiO2

鋇長石(Cn)Ba[Al2Si2O8]或BaO·Al2O3·2SiO2鈉長石鉀長石鈣長石鈣長石鋇長石名稱鉀長石鈉長石鈣長石鋇長石化學通式K2O·Al2O3·6SiO2Na2O·Al2O3·6SiO2CaO·Al2O3·2SiO2BaO·Al2O3·2SiO2晶體結構式K[AlSi3O8]Na[AlSi3O8]Ca[Al2Si2O8]Ba[Al2Si2O8]理論化學組成(%)SiO2Al2O3RO(R2O)64.7018.40K2O16.9068.7019.50Na2O11.8043.2036.70CaO20.1032.0027.12BaO40.88晶系單斜三斜三斜單斜密度（g/cm3）2.56~2.592.60~2.652.74~2.763.37莫氏硬度6~6.56~6.56~6.56~6.5顏色白、肉紅、淺黃白、灰白、灰或無色白或無色熱膨脹係數（α×10-8/℃）7.57.4熔點（℃）1150（異元熔融）110015501725附注鹼性長石系列：KAlSi3O8-NaAlSi3O8包括透長石、正長石，微斜長石、歪長石，條文長石及鈉長石斜長石系列：NaAlSi3O8-CaAl2Si2O8包括鈉長石、更長石、中長石、拉長石、培長石及鈣長石長石類礦物的化學組成與礦物物理性質

（二）長石的熔融特性

1.鉀長石的熔融溫度不是太高，且其熔融溫度範圍寬。2.鈉長石的開始熔融溫度比鉀長石低，其熔化時沒有新的晶相產生，液相的組成和熔長石的組成相似，即液相很穩定，但形成的液相粘度較低。3.鈣長石的熔化溫度較高，熔融溫度範圍窄，高溫下熔體不透明、粘度也小。冷卻時容易析晶，化學穩定性也差。4.鋇長石的熔點更高，其熔融穩定範圍不寬，普通陶瓷產品不採用它。（三）長石在陶瓷生產中的作用

長石在高溫下熔融，形成粘稠的玻璃熔體，是坯料中鹼金屬氧化物（K2O，Na2O）的主要來源，能降低陶瓷坯體組分的熔化溫度，有利於成瓷和降低燒成溫度。熔融後的長石熔體能熔解部分高嶺土分解產物和石英顆粒長石熔體能填充於各結晶顆粒之間，有助於坯體緻密和減少空隙。在釉料中長石是主要熔劑。長石作為瘠性原料，在生坯中還可以縮短坯體乾燥時間、減少坯體的乾燥收縮利變形等。第四節其他礦物原料

1.瓷石瓷石是一種由石英，絹雲母組成，並含有若干高嶺石，長石等的岩石狀礦物集合體。瓷石的可塑性不高，結合強度不大，但乾燥速度快。瓷石粉2.葉臘石葉蠟石屬單斜晶系，化學通式為：A12O3·4SiO2·nH2O，晶體結構式為：A12(Si4O10)(OH)2,理論化學組成為：A12O328.30％，SiO266.70％，H2O5.00％。葉蠟石通常呈白色、淺黃或淺灰色，結構和蒙脫石相似，都屬於2：1型層狀結構矽酸鹽礦物。葉臘石3.高鋁質礦物原料主要是高鋁礬土及矽線石族礦物，可用於製造高鋁陶瓷、窯具和砌築窯爐的耐火材料。

a.高鋁礬土（鋁土礦）

b.矽線石族原料高鋁礬土矽線石4.堿土矽酸鹽類原料

a.滑石與蛇紋石

①滑石滑石由天然的含水層狀矽酸鎂礦物組成，其化學式為3MgO·4SiO2·H2O，晶體結構式是Mg3[Si4O10](OH)2，理論化學組成為：MgO31.88％，SiO263.37％，H2O4.74％，常含有鐵、鋁、錳、鈣等雜質。滑石屬2：1型層狀結構矽酸鹽礦物，其晶體結構與葉蠟石十分相似。滑石在普通日用陶瓷生產中一般作為熔劑使用，在細陶瓷坯體中加入少量滑石，可降低燒成溫度。滑石是生產鎂質瓷的主要原料。滑石②蛇紋石蛇紋石與滑石同屬鎂的含水矽酸鹽礦物，化學式為3MgO·4SiO2·2H2O，晶體結構式為Mg3[SiO2](OH)4，理論化學組成：MgO43％，SiO244.1％，H2O12.9％，常含鐵、鈦、鎳等雜質，鐵含量較高。蛇紋石屬單斜晶系，晶體發育不完全，一般只用作鹼性耐火材料。蛇紋石b.矽灰石天然矽灰石是典型的高溫變質礦物，通常產於石灰岩和酸性岩漿的接觸帶，由CaO與SiO2反應而成。其化學通式為CaO·SiO2，晶體結構式為Ca[SiO3]，理論化學組成為CaO48.25％，SiO251.75％。矽灰石在陶瓷工業中的用途廣泛，可用於製造釉面磚、日用陶瓷、低損耗無線電陶瓷等，也可用於生產衛生陶瓷、磨具、火花塞等。矽灰石作為鹼土金屬矽酸鹽，在普通陶瓷坯體中可起助熔作用，降低坯體的燒結溫度。矽灰石c.透輝石透輝石的化學式為CaO·MgO·2SiO2，晶體結構式：CaMg[SiO3]，理論化學組成為：CaO25.9％，MgO18.5％，SiO255.6％。透輝石也用作陶瓷低溫快速燒成的原料，尤其在釉面磚生產中得到了廣泛應用。透輝石5.含堿矽酸鋁類a.霞石正長岩

主要礦物組成為長石類及霞石AlSiO4的固熔體,次要礦物為輝石、角閃石等，外觀呈淺灰綠或淺紅褐色，脂肪光澤。以霞石正長岩代替長石，可使坯體燒成時不易沉塌，制得的產品不易變形，熱穩定性好，力學強度有所提高。霞石正長岩b.鋰質礦物原料①鋰輝石鋰輝石的化學式為Li2O·Al2O3·4SiO2，晶體結構式為LiAl(SiO3)2，理論化學組成為：Li2O8.02％，SiO264.58％，Al2O327.40％，含有鉀、鈉、鎂、錳、鐵等雜質。鋰輝石有三種同質多相變體，即α-鋰輝石、β-鋰輝石及γ-鋰輝石。鋰輝石鋰輝石晶體②鋰雲母鋰雲母又稱鱗雲母，是一種富含揮發成分的三層型結構狀矽酸鹽，其化學式為LiF·KF·Al2O3·3SiO2，晶體結構式為K(Li,Al)3[(Al,Si)Si3O10]（F,OH）2，化學組成不定在金屬元素中，鋰的相對原子品質最小，化學活性比鉀、鈉強，且Li+具有很高的靜電場，因此有非常強的熔劑化作用，能顯著降低材料的燒結和熔融溫度。鋰雲母6.碳酸鹽類

a.方解石方解石是石灰岩、大理岩的主要礦物。方解石屬三方晶系，晶體呈菱面體，有時呈粒狀或板狀。方解石高溫分解前起瘠化作用，分解後起熔劑作用。水晶＋方解石花方解石b.菱鎂礦菱鎂礦的化學通式是MgCO3，理論化學組成MgO47.82％，CO252.18％。菱鎂礦是製造耐火材料的重要原料，也是新型陶瓷工業中用於合成尖晶石（MgO·AL2O3）鐵酸鎂（MgO·TiO2）和鎂橄欖石瓷（2MgO·SiO2）等的主要原料，同時作為輔助原料和添加劑被廣泛應用。菱鎂礦c.白雲石白雲石是CaCO3和MgCO3的複鹽，化學通式為CaMg(CO3)。在陶瓷工業中，白雲石的使用能同時引入CaO及MgO，它們一般起熔劑作用，能降低燒成溫度，促進石英的熔解和莫來石的生成。白雲石第五節新型陶瓷原料

（一）氧化物原料

1.氧化鋁(Al2O3)a.氧化鋁的晶型轉變氧化鋁的晶型轉變示意圖b.Al2O3原料的製備制取氧化鋁的方法是澳大利亞的化學家拜耳（KarlJosephBayer）於1889~1892年發明的。

制取工業Al2O3的原料為鋁土礦，主要步驟為：燒結、溶出、脫矽、分解和煆燒。氧化鋁粉體2.氧化鎂（MgO）

MgO屬立方晶系NaCl型結構，熔點2800℃，密度3.58g/cm3。

MgO化學活性強，易溶於酸，水化能力大，因此製造MgO陶瓷時必須考慮原料的這種特性。

MgO在空氣中容易吸潮水化生成Mg(OH)2，在製造及使用過程中部必須注意。專案煆燒溫度（℃）線收縮（%）體積密度（g/cm3）氣孔率（%）晶粒平均直徑（μm）由氫氧化鎂制得的MgO135015.72.4231.62.0145022.43.244.28.0160024.23.302.822.0由硝酸鎂制得的MgO13501.11.8448.21145010.12.4630.55160015.12.8620.110由堿式碳酸鎂制得的MgO135012.61.7250.81.5145010.12.2935.86.0160015.22.4531.87.5由氯化鎂制得的MgO13501.11.8348.51.014507.32.1828.84.0160012.52.6426.26.03.氧化鈹（BeO）

氧化鈹（BeO）晶體為無色，屬六方晶系，晶體很穩定，很緻密，且無晶形轉變。

BeO具有與金屬相近的導熱係數，約為309.34W／(m·K)，是α—Al2O3的15～20倍。BeO具有好的高溫電絕緣性能，BeO熱膨脹係數不大。因此，利用BeO製備的BeO陶瓷可用來作散熱器件、熔煉稀有金屬和高純金屬Be、Pt、V等的坩堝、磁流體發電通道的冷壁材料、高溫比體積電阻高的絕緣材料。但是，BeO有劇毒，操作時必須注意防護，經燒結的BeO陶瓷是無毒。4.氧化鋯（ZrO2）

a.ZrO2的性質與晶型轉變液相單斜相1170℃，收縮

1000℃，膨脹

四方相立方相2370℃

2715℃

b.ZrO2粉末的製備

①氯化、熱分解法反應式如下：

ZrO2

SiO2+4C+4Cl2=ZrCl4+SiCl4+4CO②鹼金屬氯化物分解法其反應式如下：ZrO2

SiO2+4NaOH=Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2OZrO2

SiO2+Na2CO3=Na2ZrSiO5+CO2

ZrO2

SiO2+2Na2CO3=Na2ZrO3+Na2SiO3+2CO2（二）碳化物類原料

1.碳化矽

a.SiC的晶型與性質

SiC為共價鍵化合物，屬金剛石型結構，有多種變體。

SiC具有穩定的晶體結構和化學特性，以及非常高的硬度等性能。

b.SiC原料的合成

合成SiC的方法有二氧化矽碳熱還原法、碳－矽直接合成法、氣相沉積法、聚合物熱分解法等。2.碳化硼

a.碳化硼（B4C）為六方晶系，其晶胞中碳原子構成的鏈位於立體對角線上，同時碳原子處於充分活動的狀態。具有高導熱、高硬度和高耐磨性，其硬度僅次於金剛石和立方BN還具有高的抗酸性與抗鹼性。

b.B4C粉末的合成

B4C原料粉末的主要合成方法有：硼碳元素直接合成法、硼酐碳熱還原法、鎂熱法、BN+碳還原法、BCl3的固相碳化和氣相沉積。（三）氮化物原料1.氮化矽氮化矽（Si3N4）是共價鍵化合物，它有兩種晶型，即α-Si3N4和β-Si3N4

，兩者均屬六方晶系。Si3N4的化學穩定性很好。氮化矽具有優良的抗氧化性能。在常壓下，Si3N4沒有熔點，而是於1870℃左右直接分解。主要採用：矽的直接氮化法（固-氣）；二氧化矽還原法（固-氣）；熱分解法(液相介面反應法）；氣相合成法(氣-氣）等方法製備。序號方法化學反應式工藝要點1矽的直接氮化法（固-氣）3SiO2+2N2↔Si3N4矽粉中Fe,O2,Ca等雜質<2%,加熱溫度≤1400℃,並注意矽粉細度與氮氣的純度；1200～1300℃時，α-Si3N4含量高2二氧化矽還原法（固-氣）3SiO2+6C+2N2↔Si3N4+6CO工藝操作較易，α-Si3N4含量較高，顆粒較細3熱分解法(液相介面反應法)3Si(NH)2↔Si3N4+2NH33Si(NH)4↔Si3N4+8NH3亞氨基矽Si（NH）2和氨基矽[Si(NH2)4]是利用SiCl4在0℃乾燥的乙烷中與過量的無水氨氣反應而成，NH4Cl可真空加熱，並在1200～1350℃下於氨氣中分解，也可用液氮多次洗滌出去4氣相合成法(氣-氣)3SiCl4+16NH3↔Si3N4+12NH4Cl3SiH4+4NH3↔Si3N4+12H21000～1200℃下生成非晶Si3N4，再熱處理而得高純、超細α-Si3N4粉末，但含有害的Cl-離子Si3N4粉末的製備方法

一、粉體顆粒粉體顆粒――指在物質的結構不發生改變的情況下，分散或細化得到的固態基本顆粒。一次顆粒――指沒有堆積、絮聯等結構的最小單元的顆粒。二次顆粒――指存在有在一定程度上團聚了的顆粒。團聚――一次顆粒之間由於各種力的作用而聚集在一起稱為二次顆粒的現象。團聚的原因：（1）分子間的範德華引力；（2）顆粒間的靜電引力；（3）吸附水分產生的毛細管力；（4）顆粒間的磁引力；（5）顆粒表面不平滑引起的機械糾纏力。第二節粉體的物理性能及其表徵

2.2.1粉體的粒度與粒度分佈粒度――顆粒在空間範圍所占大小的線性尺寸。粒度的表示方法：體積直徑，Stoke’s直徑等。體積直徑――某種顆粒所具有的體積用同樣體積的球來與之相當，這種球的直徑，就代表該顆粒的大小，即體積直徑。斯托克斯徑――也稱為等沉降速度相當徑，斯托克斯假設：當速度達到極限值時，在無限大範圍的粘性流體中沉降的球體顆粒的阻力，完全由流體的粘滯力所致。這時可用下式表示沉降速度與球徑的關係：由此式確定的顆粒直徑即為斯托克斯直徑。二、粉體顆粒的粒度三、粉體顆粒的粒度分佈粒度分佈：分為頻率分佈和累積分佈，常見的表達形式有粒度分佈曲線、平均粒徑、標準偏差、分佈寬度等。頻率分佈――表示與各個粒徑相對應的粒子占全部顆粒的百分含量。累積分佈――表示小於或大於某一粒徑的粒子占全部顆粒的百分含量，累積分佈是頻率分佈的積分形式。粒度分佈曲線：包括累積分佈曲線和頻率分佈曲線。粒度分佈曲線頻率分佈曲線累積分佈曲線四、粉體顆粒的測試方法及原理方法條件技術和儀器顯微鏡法幹或濕光學顯微鏡幹電子和掃描電子顯微鏡篩分法幹自動圖像與分析儀幹或濕編織篩和微孔篩濕自動篩沉降法幹/重力沉降微粒沉降儀濕/重力沉降移液管，密度差光學沉降儀，β射線返回散射儀，沉降天平，X射線沉降儀濕/離心沉降移液管，X射線沉降儀，光透儀，累積沉降儀感應區法濕電阻變化技術濕或幹光散射，光衍射，遮光技術續表方法條件技術和儀器X射線法幹吸收技術，低角度散射和線疊加濕β射線吸收表面積法幹外表面積滲透幹總表面積、氣體吸收或壓力變化，重力變化，熱導率變化濕脂肪酸吸收，同位素，表面活性劑，溶解熱其他方法幹或濕全息照相，超聲波衰減，動量傳遞，熱金屬絲蒸發與冷卻2.2.2顆粒形狀、表面積和掃描技術獲取顆粒形貌的主要目的是獲取顆粒反應活性的資訊，要準確知道顆粒尺寸、顆粒尺寸分佈、總的表面積和顆粒的體積分佈等變數。還可以根據顆粒尺寸分佈狀況來判斷燒成過程種收縮的影響因素，判斷細顆粒的含量對燒成收縮的影響等。有關的圖象處理計數軟體很多，如KontronMOP和LeitzASM，LEICA等。描述粒徑分佈的方式：一是將獲得的數據擬合成標準的函數分佈（標準分布、對數標準分布）；另一種方法是利用繪圖來表示有關結果。2.2.3粉體顆粒的化學表徵一、粉體化學成分確定(1)分析化學方法(2)X射線螢光技術(X-rayfluorescencetechnique)(XRF)(3)質譜(massspectroscopy)(MS)(4)中子啟動分析(neutronactivationanalysis)(5)電子微探針(electronprobemicroanalyzer)(EPMA)(6)離子微探針(ionprobemicroanalyer)(IPMA)上面所介紹的探針技術在樣品內的穿透深度大約是1

m。二、表面化學成分(1)X射線質子發射譜(X-rayphotoemissionspectroscopy)(XPS)或化學分析電子(electronspectroscopyforchemicalanalysis)(ESCA)(2)俄歇電子譜(Augerelectronspectroscopy)(AES)(3)二次離子質譜(secondary-ionmassspectrometry)(SIMS)(4)掃描俄歇電子顯微鏡(scanningAugermicroscopy)(SAM)表面分析要求電子束或離子束在樣品內的傳統深度小於200nm。2.2.4粉體顆粒晶態的表徵1.X射線衍射法(X-RayDiffraction，XRD)

基本原理是利用X射線在晶體中的衍射現象必須滿足布拉格(Bragg)公式：

nλ=2dsinθ

具體的X射線衍射方法有勞厄法、轉晶法、粉末法、衍射儀法等，其中常用於納米陶瓷的方法為粉末法和衍射儀法。2.電子衍射法(E1ectronDiffraction)

電子衍射法與X射線法原理相同，遵循勞厄方程或布拉格方程所規定的衍射條件和幾何關係。電子衍射法包括以下幾種：選區電子衍射、微束電於衍射、高分辨電子衍射、高分散性電子衍射、會聚束電子衍射等。第三節機械法制備粉體

2.3.1

機械衝擊式粉碎（破碎）一、鄂式破碎機(a)簡單擺動型(b)複雜擺動擺動型(c)綜合擺動型1-定顎；2-動顎；3-推動板；4-連杆；5-偏心軸；6-懸掛軸主要用於塊狀料的前級處理。設備結構簡單，操作方便，產量高。二、圓錐破碎機

按用途可分為粗碎（旋回破碎機）和細碎（菌形破碎機）兩種按結構又可分為懸掛式和托軸式兩種。圓錐破碎機的優點是：產能力大，破碎比大，單位電耗低。缺點是：構造複雜，投資費用大，檢修維護較困難。1-動錐；2-定錐；3-破碎後的物料；4-破碎腔三、錘式破碎機錘式破碎機的主要工作部件為帶有錘子的轉子。通過高速轉動的錘子對物料的衝擊作用進行粉碎。由於各種脆性物料的抗衝擊性差，因此，在作用原理上這種破碎機是較合理的。錘式破碎機的優點是生產能力高，破碎比大，電耗低，機械結構簡單，緊湊輕便，投資費用少，管理方便。缺點是：粉碎堅硬物料時錘子和篦條磨損較大，金屬消耗較大，檢修時間較長，需均勻喂料，粉碎粘濕物料時生產能力降低明顯，甚至因堵塞而停機。為避免堵塞，被粉碎物料的含水量應不超過10%—15％。四、反擊式破碎機反擊式破碎機的破碎作用：(1)自由破碎(2)反彈破碎(3)銑削破碎錘式破碎機和反擊式破碎機主要是利用高速衝擊能量的作用使物料在自由狀態下沿其脆弱面破壞，因而粉碎效率高，產品粒度多呈立方塊狀，尤其適合於粉碎石灰石等脆性物。1-高速轉子；2-板錘；3-反擊板五、輪碾機在輪碾機中，物料原料在碾盤與碾輪之間的相對滑動及碾輪的重力作用下被研磨﹑壓碎。碾輪越重﹑尺寸越大，粉碎力越強。輪碾機常可分為輪轉式和盤轉式兩種用作破碎時，產品的平均尺寸為3～8mm；粉磨時為0.3～0.5mm。輪碾機粉碎效率較低，但它在粉磨過程中同時具有破揉和混合作用，從而可改善物料的工藝性能；同時碾盤的碾輪均可用石材製作，能避免粉碎過程中出鐵質摻入而造成物料的污染；另外，可較方便地控制產品的粒度。16-固定小刮板；17-固定大刮板；18-刮板架；19-欄杆2.3.2球磨粉碎1-電動機；2-離合器操縱杆；3-減速器；4-摩擦離合器；5-大齒圈；6-筒身；7-加料口；8-端蓋；9-旋塞閥；10-卸料管；11-主軸頭；12-軸承座；13-機座；14-襯板；15-研磨當筒體旋轉時帶動研磨體旋轉，靠離心力和摩擦力的作用，將磨球帶到一定高度。當離心力小於其自身重量時，研磨體下落，衝擊下部研體及筒壁，而介於其間的粉料便受到衝擊和研磨。球磨機對粉料的作用可以分成兩個部分。一是研磨體之間和研磨體與筒體之間的研磨作用；二是研磨體下落時的衝擊作用。進料粒度為6mm，球磨細度為1.5~0.075mm。影響粉碎效率因素球磨機的轉速；研磨體的比重、大小及形狀；球磨方式（球磨方式有濕法和幹法兩種）；裝料方式；球磨機直徑；球磨機內襯的材質。一般情況下用不同大小的瓷球研磨普通陶瓷坯料時，料：球：水的比例約為1:(1.5～2.0):(0.8～1.2)。目前生產中趨向於增多磨球，減少水分，從而提高研磨效率的方法。2.3.3行星式研磨行星式研磨有以下顯著特點：（1）進料粒度：980µm左右；出料粒度：小於74µm(最小粒度可達0.5µm)。（2）球磨罐轉速快(不為罐體尺寸所限制)，球磨效率高。公轉：±37~250r/min，自轉78~527r/min。（3）結構緊湊，操作方便。密封取樣，安全可靠，雜訊低，無污染，無損耗。2.3.4振動粉碎粉碎原理：振動粉碎是利用研磨體在磨機內作高頻振動而將物料粉碎的。進料粒度一般在2mm以下，出料粒度小於60μm(幹磨最細粒度可達5μm，濕磨可達1μm，甚至可達0.1μm)。振動粉碎效率的影響因素a、頻率和振幅b、研磨體的比重、大小、數量c、添加劑振動頻率與粉料比表面積的關係2.3.5行星式振動粉碎

粉碎原理：行星式振動磨的磨筒既作行星運動，同時又發生振動。磨筒內部的粉磨介質處在離心力場之中，既在一定高度上拋落或瀉落，又不斷發生振動，其加速度可以達到重力加速度的數十倍乃至數百倍，在這一過程中，對物料施加強烈的碰擊力和磨剝力，從而使物料粉碎。行星式振動磨示意圖2.3.6雷蒙磨粉碎過程：物料由機體側部通過給料機和溜槽給入機內，在輥子和磨環之間受到粉碎作用。氣流從磨環下部以切線方向吹入，經過輥子同圓盤之間的粉碎區，夾帶微粉排入盤磨機上部的風力分級機中。梅花架上懸有3～5個輥子，繞集體中心軸線公轉。公轉產生離心力，輥子向外張開，壓緊磨環並在其上面滾動。給入磨機內的物料由鏟刀鏟起並送入輥子與磨環之間進行磨碎。鏟刀與梅花架連接在一起，每個輥子前面有一把傾斜安裝的鏟刀，可使物料連續送至輥子與磨環之間。破碎的物料又經排放風機和分離器進行粒度分級處理,大顆粒重新回到磨機破碎,合格產品則被排出。出料粒度一般在325目～400目之間。1梅花架；2輥子；3磨環；4鏟刀；5給料部；6返回風箱；7排料部2.3.7氣流粉碎扁平式氣流粉碎機管道式氣流粉碎機1－頂蓋；2－管子；3－蓋板；4－管子；5－縫隙通道；6－導向環；7－環；8－底板；9－噴嘴；10－磨室；11－管子；12－出料口2.3.7氣流粉碎粉碎原理：利用高壓流體(壓縮空氣或過熱蒸汽)作為介質，將其高速通過細的噴嘴射入粉碎室內，此時氣流體積突然膨脹、壓力降低、流速急劇增大(可以達到音速或超音速)，物料在高速氣流的作用下，相互撞擊、摩擦、剪切而迅速破碎，然後自動分級，達到細度的顆粒被排出磨機。粗顆粒將進一步迴圈、粉碎，直至達到細度要求。進料粒度約在１～0.1mm之間，出料細度可達１

m左右。優點：不需要任何固體研磨介質，故可以保證物料的純度；在粉碎過程中，顆粒能自動分級，粒度較均勻；能夠連續操作，有利於生產自動化。缺點是耗電量大，附屬設備多；幹磨時，噪音和粉塵都較大。2.3.8攪拌磨粉碎連續濕式攪拌磨間歇幹式攪拌磨進料粒度應在1mm以下，出料粒度為0.1

m。攪拌磨又稱摩擦磨、砂磨，是較先進的粉磨方法，其粉碎原理與球磨類似。適於製備軋膜成型和流延法成型用的漿料。攪拌研磨具有下列特點：(1)研磨時間短、研磨效率高，是滾筒式磨的10倍。(2)物料的分散性好，微米級顆粒粒度分佈非常均勻。(3)能耗低，為滾筒式磨機的l/4。(4)生產中易於監控，溫控極好。(5)對於研磨鐵氧體磁性材料，可直接用金屬磨筒及鋼球介質進行研磨。進料粒度應在1mm以下，出料粒度為0.1

m。2.3.9膠體磨粉碎粉碎原理：利用固定磨子(定子)和高速旋轉磨體(轉子)的相對運動產生強烈的剪切、摩擦和衝擊等力。被處理的料漿通過兩磨體之間的微小間隙，在上述各力及高頻振動的作用下被有效地粉碎、混合、乳化及微粒化。膠體磨的主要特點如下：（1）可在較短時間內對顆粒、聚合體或懸濁液等進行粉碎、分散、均勻混合、乳化處理；處理後的產品粒度可達幾微米甚至亞微米。（2）由於兩磨體間隙可調(最小可達1µm)，因此，易子控制產品粒度。（3）結構簡單，操作維護方便，占地面積小。（4）由於固定磨體和高速旋轉磨體的間隙小，因此加工精度高。進料粒度為1mm，出料粒度可達1

m以下。2.3.10高能球磨粉碎粉碎原理：利用球磨的轉動或振動，使硬球對原料進行強烈的撞擊、研磨和攪拌，把粉末粉碎為納米級微粒的方法。如果將兩種或兩種以上粉末同時放入球磨罐中進行高能球磨，粉末顆粒經壓延、壓合、碾碎、再壓合的反復過程(冷焊－粉碎－冷焊的反復進行)，最後獲得組織和成分分佈均勻的合金粉末。高能球磨的特點：磨球運動速度較大，使粉末產生塑性形變及固相形變，而傳統的球磨工藝只對粉末起混合均勻的作用；球磨過程中還會發生機械能與化學能的轉換，致使材料發生結構變化、化學變化及物理化學變化。影響高能球磨效率和機械力化學作用的主要因素有：原料性質、球磨強度、球磨環境、球磨氣氛、球料比、球磨時間和球磨溫度等。2.3.11助磨劑粉碎原理：助磨劑通常是一種表面活性劑，它由親水基團（如羧基－COOH，羥基－OH）和憎水的非極性基團（如烴鏈）組成。在粉碎過程中，助磨劑的親水集團易緊密地吸附在顆粒表面，憎水集團則一致排列向外，從而使粉體顆粒的表面能降低。而助磨劑進入粒子的微裂縫中，積蓄破壞應力，產生劈裂作用，從而提高研磨效率。表面活性物質對鈦酸鈣瓷料比表面積的影響常用助磨劑：液體助磨劑如醇類（甲醇、丙三醇）、胺類（三乙醇胺、二異丙醇胺）、油酸及有機酸的無機鹽類（可溶性質素磺酸鈣、環烷酸鈣）氣體助磨劑如丙酮氣體、惰性氣體固體助磨劑如六偏磷酸鈉、硬脂酸鈉或鈣、硬脂酸、滑石粉等。助磨劑選擇：一般來說，助磨劑與物料的潤濕性愈好，則助磨作用愈大。當細碎酸性物料（如二氧化矽、二氧化鈦、二氧化鈷）時，可選用鹼性表面活性物質，如羧甲基纖維素、三羥乙基胺磷脂等；當細碎鹼性物料（如鋇、鈣、鎂的鈦酸鹽及鎂酸鹽鋁酸鹽等）時，可選用酸性表面活性物質（如環烷基、脂肪酸及石蠟等）。第四節化學法合成粉體

2.4.1

固相法一、熱分解反應法熱分解反應基本形式(S代表固相，G代表氣相)：

Sl→S2十G1很多金屬的硫酸鹽、硝酸鹽等，都可以通過熱分解法而獲得特種陶瓷用氧化物粉末。如將硫酸鋁銨（Al2(NH4)2(SO4)4·24H2O）在空氣中進行熱分解，即可製備出Al2O3粉末。利用有機酸鹽製備粉體，優點是：有機酸鹽易於金屬提純，容易製成含兩種以上金屬的複合鹽，分解溫度比較低，產生的氣體組成為C、H、O。如草酸鹽的熱分解。二、化合反應法兩種或兩種以上的固體粉末，經混合後在一定的熱力學條件和氣氛下反應而成為複合物粉末，有時也伴隨氣體逸出。化合反應的基本形式：

A(s)+B(s)→C(s)+D(g)鈦酸鋇粉末、尖晶石粉末、莫來石粉末的合成都是化學反應法：BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2Al2O3+MgO→MgAlO43Al2O3+2SiO2→3Al2O3·2SiO2三、氧化還原法

非氧化物特種陶瓷的原料粉末多採用氧化物還原方法製備。或者還原碳化，或者還原氮化。如SiC、Si3N4等粉末的製備。SiC粉末的製備：將SiO2與碳粉混合，在1460～1600℃的加熱條件下，逐步還原碳化。其大致歷程如下：

SiO2+C→SiO+CO(2-25)SiO+2C→SiC+CO(2-26)SiO+C→Si+CO(2-27)Si+C→SiC(2-28)Si3N4粉末的製備：在N2條件下，通過SiO2與C的還原-氮化。反應溫度在1600℃附近。其基本反應如下：

3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO(2-29)2.4.2

液相法液相法是目前實驗室和工業上最為廣泛的合成超微粉體材料的方法。與固相法比較，液相法可以在反應過程中利用多種精製手段；另外，通過所得到的超微沉澱物，很容易制取各種反應活性好的超微粉體材料。液相法制備超微粉體材料可簡單地分為物理法和化學法兩大類。物理法是從水溶液中迅速析出金屬鹽，一般是將溶解度高的鹽的水溶液霧化成小液滴，使液滴中的鹽類呈球狀迅速析出，然後將這些微細的粉末狀鹽類加熱分解，即得到氧化物超微粉體材料。化學法是通過溶液中反應生成沉澱，通常是使溶液通過加水分解或離子反應生成沉澱物，如氫氧化物、草酸鹽、碳酸鹽、氧化物、氮化物等，將沉澱加熱分解後，可製成超微粉體材料。一、沉澱法（1）直接沉澱法採用直接沉澱法合成BaTiO3微粉：a.將Ba(OC3H7)2和Ti(OC5H11)4溶解在異丙醇或苯中，加水分解（水解），就能得到顆粒直徑為5～15nm（凝聚體的大小<1µm）的結晶性較好的、化學計量的BaTiO3微粉。b.在Ba(OH)2水溶液中滴入Ti(OR)4(R：丙基)後也能得到高純度的、平均顆粒直徑為10mm左右的、化學計量比的BaTiO3微粉。（2）均勻沉澱法均勻沉澱法是利用某一化學反應，使溶液中的構晶離子（構晶負離子或構晶正離子）由溶液中緩慢、均勻地產生出來的方法。均勻沉澱法有兩種：

①溶液中的沉澱劑發生緩慢的化學反應，導致氫離子濃度變化和溶液PH值的升高，使產物溶解度逐漸下降而析出沉澱。

②沉澱劑在溶液中反應釋放沉澱離子，使沉澱離子的濃度升高而析出沉澱。例：隨著尿素水溶液的溫度逐漸升高至70℃附近，尿素會發生分解，即：

(NH2)2CO十3H2O→2NH4OH十CO2↑(2-30)

由此生成的沉澱劑NH4OH在金屬鹽的溶液中分布均勻，濃度低，使得沉澱物均勻地生成。由於尿素的分解速度受加熱溫度和尿素濃度的控制，因此可以使尿素分解速度降得很低。（3）共沉澱法共沉澱法是在混合的金屬鹽溶液(含有兩種或兩種以上的金屬離子)中加入合適的沉澱劑，反應生成組成均勻的沉澱，沉澱熱分解得到高純超微粉體材料。共沉澱法的關鍵在於保證沉澱物在原子或分子尺度上均勻混合。例：四方氧化鋯或全穩定立方氧化鋯的共沉澱製備。以ZrOCl2·8H2O和Y2O3(化學純)為原料來製備ZrO2-Y2O3的納米粉體的過程如下：Y2O3用鹽酸溶解得到YCl3，然後將ZrOCl2·8H2O和YCl3配製成—定濃度的混合溶液，在其中加NH4OH後便有Zr(OH)4和Y(OH)3的沉澱粒子緩慢形成。反應式如下：

ZrOCl2+2NH4OH+H2O→Zr（OH）4↓+2NH4Cl(2-31)YCl3+3NH4OH→Y（OH）3↓+3NH4Cl(2-32)

得到的氫氧化物共沉澱物經洗滌、脫水、煆燒可得到具有很好燒結活性的ZrO2（Y2O3）微粒。二、醇鹽水解法醇鹽水解製備超微粉體的工藝過程包括兩部分，即水解沉澱法和溶膠凝膠法。金屬醇鹽是用金屬元素置換醇中羥基的氫的化合物總稱，通式為M(OR)n，其中M代表金屬元素，R是烷基（羥基）。金屬醇鹽由金屬或者金屬鹵化物與醇反應合成，它很容易和水反應生成氧化物、氫氧化物和水化物。氫氧化物和其他水化物經煆燒後可以轉化為氧化物粉體。醇鹽水解法的特點：水解過程中不需要添加堿，因此不存在有害負離子和鹼金屬離子；反應條件溫和、操作簡單產品純度高；製備的超微粉體具有較大的活性；粉體粒子通常呈單分散狀態，在成型體中表現出良好的填充性；具有良好的低溫燒結性能。醇鹽水解法的缺點是成本昂貴。溶膠-凝膠法是指將金屬氧化物或氫氧化物的溶膠變為凝膠，再經乾燥、煆燒，制得氧化物粉末的方法。即先造成微細顆粒懸浮在水溶液中（溶膠），再將溶膠滴入一種能脫水的溶劑中使粒子凝聚成膠體狀，即凝膠，然後除去溶劑或讓溶質沉澱下來。溶液的pH值、溶液的離子或分子濃度、反應溫度和時間是控制溶膠凝膠化的四個主要參數。溶膠－凝膠法優點：通過受控水解反應能夠合成亞微米級（0.1µm～1.0µm）、球狀、粒度分佈範圍窄、物團聚或少團聚且無定形態的超細氧化物陶瓷粉體，並能加速粉體再燒成過程中的動力學過程，降低燒成溫度。三、溶膠－凝膠法四、溶劑蒸發法溶劑蒸發法以金屬鹽溶液製備超微粉體(1)冰凍乾燥法將配製好的陽離子鹽溶液噴入到低溫有機液體中（用乾冰或丙酮冷卻的乙烷浴內），使液體進行瞬間冷凍和沉澱在玻璃器皿的底部，將冷凍球狀液滴和乙烷篩選分離後放入冷凍乾燥器，在維持低溫降壓條件下，溶劑昇華、脫水，再在煆燒爐內將鹽分解，可制得超細粉體，這一方法稱冰凍乾燥法冰凍乾燥法原料及實驗裝置（a）冰凍裝置；（b）真空乾燥裝置冷凍乾燥法的突出優點：a.在溶液狀態下均勻混合，適合於極微量組分的添加，有效地合成複雜的陶瓷功能粉體材料並精確控制其最終組成；b.製備的超微粉體粒度分佈範圍窄，一般在10～500nm範圍內，冷凍乾燥物在煆燒時內含氣體極易逸出，容易獲得易燒結的陶瓷超微粉體，由此制得的大規模積體電路基片平整度好，用來製備催化劑，則其表面積和反應活性均較一般過程高；c.操作簡單，特別適合於高純陶瓷材料用超微粉體的製備。（2）噴霧乾燥法

噴霧乾燥法是將溶液分散成小液滴噴入熱風中，使之快速乾燥的方法。在乾燥室內，用噴霧器把混合的鹽（如硫酸鹽）水溶液霧化成10~20µm或更細的球狀液滴，這些液滴在經過燃料燃燒產生的熱氣體時被快速乾燥，得到類似中空球的圓粒粉料，並且成分保持不變。（3）噴霧熱解法噴霧熱解法是將金屬鹽溶液噴霧至高溫氣氛中，溶劑蒸發和金屬鹽熱解在瞬間同時發生，從而直接合成氧化物粉末的方法。該方法也稱為噴霧焙燒法、火焰噴霧法、溶液蒸發分解法等。2.4.3

氣相法氣相制粉法有兩種：一種是系統中不發生化學反應的蒸發-凝聚法（PVD）；另一種是氣相化學反應法(CVD)。1.蒸發-凝聚法蒸發-凝聚法是將原料加熱至高溫(用電弧或等離子流等加熱)，使之氣化，接著在具有很大溫度梯度的環境中急冷，凝聚成微粒狀物料的方法。這一過程不伴隨化學反應。採用這種方法能制得顆粒直徑在5nm～100nm範圍的微粉，適於製備單一氧化物、複合氧化物、碳化物或金屬的微粉。使金屬在惰性氣體中蒸發－凝聚，通過調節氣壓，就能控制生成的金屬顆粒的大小。液體的蒸汽壓低，如果顆粒是按照蒸發-液體-固體那樣經過液相中間體後生成的，那麼顆粒成為球形或接近球狀。2.氣相化學反應法氣相化學反應法是將揮發性金屬化合物的蒸氣通過化學反應合成所需物質的方法。氣相化學反應可分為兩類：一類為單一化合物的熱分解（A(G)→B(s)+C(g)）;另一類為兩種以上化學物質之間的反應(A(g)+B(g)→C(s)+D(g))。氣相反應法除適用於製備氧化物外，還適用於製備液相法難於直接合成的金屬、氮化物、碳化物、硼化物等非氧化物。製備容易、蒸氣壓高、反應性較強的金屬氯化物常用作氣相化學反應的原料。計算步驟內容備註1由化學計量式求各種原料有多少摩爾xi

2據分子式求各種原料的摩爾量Mi

3計算各種純原料的品質mi

mi=Mixi

4計算各種實際原料的品質mi'

mi'=mi/P(P為原料純度)5將各種原料的品質換算為百分比AiAi=mi'/(∑mi')由實驗公式計算配方的步驟3.1.2坯料製備⑴原料預處理

①酸洗與磁選酸洗主要是將一定濃度（30%）的鹽溶液注入原料中，加熱以除掉其中有害的鐵雜質。磁洗是利用鐵的磁性質，使物料通過強大的磁場，鐵質雜質等被磁場吸引而從原料中。分離出來。

②預燒預燒工藝的關鍵是預燒溫度、預燒氣氛及外加劑的選擇。

③預合成合成的方法通常有固相反應法和液相反應法，可根據需要進行選擇。原料預燒目的預燒條件Al2O3使γ-Al2O3轉化為α-Al2O3，提高原料純度，改善產品性能採用H3BO3作添加劑時，預燒溫度1400～1450ºC左右，保溫2～3h。採用NH4F作添加劑時，預燒溫度1250ºC，保溫1～2hMgO提高MgO的活性，改善水化性能預燒溫度在1400ºC以上滑石破壞滑石的層狀結構，避免定向排列，降低收縮，減少瓷件開裂，同時也有利於粉磨預燒溫度一般在1300～1500ºC之間，加礦化劑（如蘇州土、硼酸、碳酸鋇等）可降低預燒溫度，含Fe2O3時，可採用還原氣氛常用原料的預燒目的與預燒條件⑵成型原料的塑化塑化是利用塑化劑使原來無塑性的坯料具有可塑性的過程。成型的坯料必須進行塑化。

①塑化劑塑化劑一般有無機塑化劑和有機塑化劑兩類。新型陶瓷一般採用有機塑化劑。塑化劑通常由粘結劑、增塑劑和溶劑組成。

②塑化機理

③塑化劑對坯體性能的影響塑化劑對坯體機械強度、電性能、燒成氣氛等都有影響。⑶壓制成型粉料的造粒造粒是在原料細粉中加入一定量的塑化劑，製成粒度較粗、具有一定假顆粒度級配、流動性較好的糰粒（約20～80目），以利於新型陶瓷坯料的壓制成型。

①手工造粒本法僅適用於小批量生產和實驗室試驗。

②加壓造粒法本法的優點是糰粒體積密度大，製品的機械強度高，能滿足各種大體積或複雜形狀製品的成型要求。它是新型陶瓷生產中常用的方法。③噴霧乾燥造粒法本法造粒好壞與料漿粘度、噴霧方法等有關。本法適用於現代化大規模的連續生產，效率高，工作環境大大改善，但設備投資大，工藝較複雜。

④凍結乾燥法這種粉料呈球狀，組成均勻，反應性與燒結性良好，適用於實驗室試驗。⑷注漿成型用漿料採用注漿成型的新型陶瓷坯料，因其中多為瘠性物料，必須採用一定措施，使漿料具一定的懸浮性。讓料漿懸浮的方法一般有兩種：一是控制料漿的pH值；另一是添加有機表面活性物質的吸附。3.2釉料的製備

釉料組成的表示方法也和坯體一樣，可以各氧化物的品質百分比表示或以各種原料的實際配料量來表示，也可以實驗公式（釉式）表示。3.2.1釉料的釉式⑴釉料配方的配製原則

①根據坯體的燒結性質調節釉料的熔融性質，釉料的熔融性質包括釉料的熔融溫度，熔融溫度範圍和釉面性能等三方面的指標。

②釉料的膨脹係數與坯體膨脹係數相適應

③坯體與釉料的化學組成相適應

④釉的彈性模量與坯的彈性模量相匹配

⑤合理選用原料3.2.2.釉料配方4.1.1成型方法分類

冷法坯料含水量30～40%石膏模常壓冷法注漿加壓冷法注漿抽真空冷法注漿有模無模等靜壓成型法：使用橡皮膜，坯料含水量1.5～3%幹壓成型法：使用鋼模，坯料含水量6～8%

可塑成型法

成型方法坯料含水量18～26%注漿成型法熱法（熱壓注法）：鋼模4.1.2成型方法的選擇

以圖紙或樣品為依據，確定工藝路線，選擇合適的成型方法。選擇成型方法時，要從下列幾方面來考慮：（1）產品的形狀、大小、厚薄等。

（2）坯料的工藝性能。（3）產品的產量和品質要求。（4）成型設備要簡單，勞動強度要小，勞動條件要好。（5）技術指標要高，經濟效益要好。第二節注漿成型

注漿成型工藝簡單，適於生產一些形狀複雜且不規則、外觀尺寸要求不嚴格、壁薄及大型厚胎的製品。4.2.1影響泥漿流動性的因素1、固相的含量、顆粒大小和形狀的影響2、泥漿溫度的影響3、粘土及泥漿處理方法的影響4、泥漿的pH值的影響4.2.2注漿過程的物理化學變化

1.注漿時的物理脫水過程

2.注漿時的化學凝聚過程:

Na-粘土＋CaSO4＋Na2SiO3→Ca-粘土＋CaSiO3↓+Na2SO4

4.2.3陶瓷坯體的注漿成型

1、基本注漿方法：空心注漿(單面注漿)實心注漿(雙面注漿)空心注漿(單面注漿)

實心注漿(雙面注漿)2、注漿用石膏模的主要缺陷（1）開裂（2）氣孔與針眼（3）變形（4）塌落（5）粘膜第三節幹壓成型

4.3.1幹法壓制的基本原理1、粉料的基本性質(1)粒度和粒度的分佈V=a×b×c=πr3即該顆粒等效半徑為：

（2）粉料的堆積性質等徑球體堆積形式及孔隙率(3)粉料的拱橋效應(或稱橋接)2、粉料的流動性

粉料自然堆積的外形F=4.3.2壓制過程坯體的變化

1、密度的變化坯體密度與壓力的關係2、強度的變化

第一階段強度並不大第二階段強度直線提高第三階段強度變化也較平坦3、坯體中壓力的分佈坯體中壓力分佈不均勻，H/D比值愈大，則不均勻分佈現象愈嚴重。4.3.3加壓制度對坯體質量的影響1、成型壓力的影響2、加壓方式的影響加壓方式和壓力分佈關係圖(橫條線為等密度線)a－單面加壓；b－雙面同時加壓；c－雙面先後加壓；d－四面加壓3、加壓速度的影響4、添加劑的選用（1）減少粉料顆粒間及粉料與模壁之間的摩擦，這種添加物又稱潤滑劑；（2）增加粉料顆粒之間的粘結作用，這類添加物又稱粘合劑；（3）促進粉料顆粒吸附、濕潤或變形，通常採用表面活性物質。5、彈性後效加荷卸荷壓力與變形的關係示意圖4.3.4影響層裂的因素及防止方法

1、氣體的影響。2、坯體水分的影響。3、加壓次數對層裂的影響。4、壓制時間及壓力的影響。第四節可塑成型

可塑成型主要是通過膠態原料製備、加工，從而獲得一定形狀的陶瓷壞體。4.4.1可塑成型分類

可塑成型是古老的一種成型方法。我國古代採用的手工拉坯就是最原始的可塑法。常用的可塑成型方法主要是擠壓成型、熱壓鑄成型、膠態成型等。1、擠壓成型

擠壓成型時應該注意以下工藝問題：（1）擠制的壓力；（2）擠出速率；（3）擠出管子時，管壁厚度必須能承受本身的重力作用和適應工藝要求；（4）擠壓成型的缺陷。2、熱壓鑄成型工藝陶瓷熱蠟鑄工藝流程圖3、熱壓鑄成型的特點

熱壓鑄成型適用於以礦物原料、氧化物、氮化物等為原料的新型陶瓷的成型，尤其對外形複雜、精密度高的中小型製品更為適宜。其成型設備不復雜，模具磨損小，操作方便，生產效率高。熱壓鑄成型的缺點是，工序較繁，耗能大，工期長，對於壁薄，大而長的製品不宜採用。4.4.2造粒成型造粒類型原料狀態造粒機理粒子形狀主要適用領域備註熔融成行熔融液冷卻、結晶、削除板狀、花料狀無機、有機藥品、合成樹脂包含回轉筒、蒸餾法回轉筒型粉末、液體毛細管吸附力、化學反應球狀醫藥、食品、肥料、無機、有機化學藥品、陶瓷轉動型回轉盤型粉末、液體毛細管吸附力、化學反應球狀醫藥、食品、肥料、無機、有機化學藥品粒狀大的結晶析晶型溶液結晶化、冷卻各種形狀無機、有機化學藥品、食品噴霧乾燥型溶液、泥漿表面張力、乾燥、結晶化球狀洗劑、肥料、食品、顏料、燃料、陶瓷噴霧冷水型熔融液表面張力、乾燥、結晶化球狀金屬、無機藥品、合成樹脂噴霧空冷型熔融液表面張力、乾燥、結晶化球狀金屬、無機、有機藥品使用沸點高的冷卻體液相反應型反應液攪拌、乳化、懸濁反應球狀無機藥品、合成樹脂矽膠微粒聚合燒結爐型粉末加熱熔融、化學反應球狀、塊狀陶瓷、肥料、礦石、無機藥品有時不發生化學反應擠壓成型溶解液糊劑冷卻、乾燥、剪切圓柱狀、角狀合成樹脂、醫藥、金屬板上滴下型熔融液表面張力、冷卻、結晶、削除半球狀無機、有機藥品、金屬鑄造型熔融液冷卻、結晶、離型各種形狀合成樹脂、金屬、藥品製品形狀過大就不能造粒壓片型粉末壓力、脫型各種形狀食品、醫藥、有機、無機藥品壓縮成型機械型板棒機械應力、脫型各種形狀金屬、合成樹脂、食品沖孔、切削、研磨乳化型表面張力、相分離硬化作用，介面反應球狀醫藥、化妝品、液晶微膠束4.4.3流延成型1、工藝流程溶劑混磨燒結促進劑細磨熟料抗聚凝劑除泡劑烘乾再混磨流延真空除氣增塑、潤滑劑粘合劑卷軸待用2、流延成型漿料的製備

流延成型用漿料的製備方法是，先將通過細磨、煆燒的熟瓷粉加入溶劑，必要時添加抗聚凝劑、除泡劑、燒結促進劑等進行濕式混磨；再加入粘結劑、增塑劑、潤滑劑等進行混磨以形成穩定的、流動性良好的漿料。3、流延成型的特點

流延成型設備不太複雜，且工藝穩定，可連續操作，生產效率高，自動化水準高，坯膜性能均勻一致且易於控制。但流延成型的坯料因溶劑和粘結劑等含量高，因此坯體密度小，燒成收縮率有時高達20～21%。流延成型法主要用以制取超薄型陶瓷獨石電容器、氧化鋁陶瓷基片等新型陶瓷制品。為電子元件的微型化，超大規模積體電路的應用，提供了廣闊的前景。4.4.4軋膜成型

軋膜成型是將準備好的陶瓷粉料，拌以一定量的有機粘結劑(如聚乙烯醇等)和溶劑，通過粗軋和精軋成膜片後再進行沖片成型。1、工藝流程

壓延輥（精軋）增塑劑粘合劑瓷粉水混合，粉碎乾燥

混料輥壓（粗軋）成型2、軋膜成型用塑化劑坯料聚乙烯醇水溶液聚乙烯醇乙醇甘油蒸餾水塑化劑用量濃度/％用量/ml高壓電容器15353～5壓電喇叭15182濾波器15242壓電陶瓷900g480g240g4000mL18～20各種軋膜瓷料用塑化劑的不同配比3、軋膜成型的特點

軋膜成型具有工藝簡單、生產效率高、膜片厚度均勻、生產設備簡單、粉塵污染小、能成型厚度很薄的膜片等優點。但用該法成型的產品乾燥收縮和燒成收縮較幹壓制品的大。該法適於生產批量較大的1mm下的薄片狀產品，在新型陶瓷生產中應用較為普遍。4.4.5注射成型

1、工藝流程瓷粉粘結劑柱塞式預塑式螺旋直列式加熱混練用輥機質粒壓紋加熱擠壓制粒機混練機低溫粉碎用輥機低溫擠壓成薄片粒狀粉料注射成形一次成型坯脫脂脂燒結成品第五節其他成型方法

4.5.1紙帶成型它與流延成型法有些類似，以一卷具有韌性的、低灰份的紙（如電容紙）帶作為載體。讓這種紙帶以一定的速度通過泥漿槽，粘附上合適厚度的漿料。通過烘乾區並形成一層薄瓷坯，卷軸待用。在燒結過程中，這層低灰份襯紙幾乎被徹底燃盡而不留痕跡。如泥漿中採用熱塑性高分子物質作為粘結劑，則在加熱軟化的情況下，可將坯帶加壓定型。4.5.2滾壓成型

它與軋膜成型有些相似，是以熱塑性有機高分子物質作為粘合載體，將載體與陶瓷粉料放在一起，加入封閉式混練器進行混練，練好後再進入熱軋輥箱，軋製成一定厚度引出，用冷空氣進行冷卻，然後卷軸待用。如欲製作其他定型坯帶，則對從軋輥箱出來的坯片，可趁熱進行壓花。此法與前述紙帶成型法均可用以製作垂直多孔筒狀熱交換器，兩者各有優點。用滾壓法所制的坯體孔型較好，空氣易於流通，但工藝較難控制。4.5.3印刷成型

將超細粉料、粘合劑、潤滑劑、溶劑等充分混合，調製成流動性很好的稀漿料，然後採用絲網漏印法，即可印出一層極薄的坯料。4.5.4噴塗成型

此法所用的漿料與流延法、印刷法相似，但必須調得更稀一些，以便利用壓縮空氣通過噴嘴，能使之形成霧粒，此法主要用以製造獨石電容器，噴塗時以事先刻制好的掩膜，擋住不應噴塗的部分，到一定程度可讓其乾燥，幹後再作第二次、第三次噴塗，到達預定厚度時，再更換掩膜，噴上所需的另一漿料。按這種金屬漿料和陶瓷漿料，反復更換掩膜，交替噴上，以獲得獨石電容器的結構。4.5.5爆炸成型

50年代初，爆炸成型最初用於TiC、TaC和Ni粉葉片的成型。炸藥爆炸後，在幾微秒內產生的衝擊壓力可達1×106MPa。巨大的壓力，以極快的速度作用在粉末體上，使壓坯獲得接近理論密度和很高的強度。爆炸成型法可以成型形狀複雜的製品，製品的輪廓清晰，尺寸公差穩定，成本較低。目前，爆炸成型法已應用於鐵氧體、金屬陶瓷等的生產。第六節坯體的乾燥

坯體乾燥的目的在於提高其機械強度，有利於裝窯操作並保證燒成初期能夠順利進行。4.6.1乾燥過程乾燥三個階段乾燥時隨溫度提高坯料中水的粘度和表面張力的變化020406080100020406080100百分數（%）121-水的粘度；2-表面張力乾燥過程中，坯料內水分的粘度和表面張力隨溫度升高而降低自由含水率（%）

空氣溫度與乾燥速率的影響在乾燥過程中，乾燥速度和乾燥條件（空氣的溫度、濕度和流動速度）關係如圖:自由含水率（%）

相對濕度與乾燥速度的關係空氣流動速度與乾燥速度的關係

自由含水率（%）4.6.2乾燥制度