材料科学与技术第11课

3、溶胶—凝胶法制粉生成的凝胶直径可在几百Å以下，产物透明度高、胶粒稳定，可将多种金属离子均匀分布其中，脱水后形成非晶态的均匀凝胶。经适当热处理可制得活性高、超细粒的固溶体新技术、其特点：二、陶瓷加工工艺陶瓷加工工艺包括：制粉、成型、烧结（一）制粉—陶瓷粉料的制备1、固相反应法制粉2、溶液反应法制粉乙醇锆、甲醇溶液醋酸铅、

乙二醇甲醚溶液丁醇钛溶液(一定比例混合)有机络合物溶胶空气中吸水水解120度真空干燥焦化煅烧例：锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷粉料的制备Pb(ZrxTi(1-x))O3（一）陶瓷粉料的制备（二）成型烧结了的陶瓷粉料功能陶瓷产品或材料具有一定尺寸、形状再磨碎成型最终烧结产品功能陶瓷粉料：不含黏土成分、可塑性差，需添加适量的塑化剂普通陶瓷粉料：含黏土成分、加适量的水、具有良好的可塑性才能挤压成型塑化剂包括三种成分：粘合剂、增塑剂、溶剂作用：使陶瓷粉料在成型过程中产生粘合力和可塑性功能陶瓷黏合剂：聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、石蜡、甲基纤维素等乙烯醇：醋酸乙烯酯：双键打开、聚合塑化剂在成型后的高温烧结过程中，被氧化、随烟气排出陶瓷体外、不留有害成分成型工序常用的成型工艺：干压、液体静压、挤压、轧膜、流涎法等1、干压成型有两种方法：模塞模套粉料垫板单向加压双向加压单向加压较简单、双向加压效果较佳单向加压和双向加压陶瓷粉料(0.1~50µm)加塑化剂预压破碎压块成0.2~0.5mm加塑化剂再压陶瓷粉料预压、造粒、再压提高压成坯体的致密度干压成型压强：压强太大：不能进一步提高坯体的致密度、压力去除时闭气孔可能重新扩大、使压坯起层或开裂适于较厚或柱状产品的制作干压成型的缺点：单方向加压、坯体结构和强度各向异性2、等静压成型等静压成型的特点：产品的结构和强度各向同性利用高压液体的静压，对粉坯实施全方位的加压传压液体：水、甘油或重油静压成型压强：（因材料而异）待压粉体传压液体压液进口弹性套高压钢筒湿式等静压成型静压成型可分为湿式和干式湿式操作较复杂等静压成型法适于长形、薄壁、管状等简单工件的制作

干式静压成型待压坯体模心钢模传压液体弹性套加料待压料的添加和成型坯体的取出都是干式，操作较简单、易行3、挤压成型螺旋推进器适于细长棒或管状陶瓷的批量生产制作过程：加有塑化剂的陶瓷粉料炼成泥状，借助压力将其从具有一定形状（管状）的模孔挤出，凉干后、切成一定的长度4、轧膜成型轧膜成型工艺简单、生产效率高、膜片厚度均匀、产品烧成温度比干压成型低、能轧制的薄片轧膜成型所用的黏合剂：聚乙烯醇水溶液、聚醋酸乙烯酯轧膜成型的特点：膜片密度分布不均匀，轧制方向致密、面内致密度较差成型过程兼有练泥作用；轧制过程两面受压、厚度方向致密均匀；可获得预期厚度的膜片；膜片在宽度方向未受压、边缘易开裂；乙烯醇：轧辊常用于薄片状陶瓷的制作，如瓷片电容、独石电容、集成电路基片5、流涎法热风进口热风出口热风出口转鼓不锈钢带流延嘴干燥器制作过程：超细粉料同适当的黏合剂均匀混合、制成浆料，通过流延嘴依靠浆料的自重流在平稳转动的环形钢带上，经烘干、钢带又回到初始位置，反复循环重复、直至得到需要的厚度流涎法特点：膜片至。生产效率高于轧膜法、成本低；致密均匀、质量优于轧膜法；膜片弹性好；轧膜成型产品：可获得以下的陶瓷薄片流涎成型黏合剂：聚乙烯醇、及聚乙烯醇缩丁醛（三）排胶、烧结1、排胶加热去除坯样中的塑化剂的过程陶瓷成型时使用塑化剂，在烧结时从固态转变为液态或气态、从坯体中大量排出，导致坯体变形、开裂较低温度下缓慢地排出黏合剂高温烧结（一）制粉（二）成型（三）烧结排胶的作用：（2）排出塑化剂、避免塑化剂在高温烧结时对陶瓷的还原，为下一步烧结创造条件（3）使坯体获得一定的机械强度；排胶过程的注意点：对氧化物陶瓷、保证炉内为氧化气氛缓慢地排出塑化剂；通风好、有机挥发成分及CO能及时排出；2、烧结升温烧结坯体排胶后烧结的作用:a、结晶度提高、晶粒长大，再结晶过程与排胶是一道工序（1）避免坯体变形、开裂烧结温度、烧结时间是决定陶瓷性能的关键工艺参数；环境气氛对其性能也有重大影响b、机械强度、密度提高烧结前：晶粒间、机械接触，烧结后：晶粒间、复杂结合c、继续反应的过程（预烧固相反应可能不完全)d、减少晶格畸变、消除内应力（粉碎和成型期间产生的晶格畸变和内应力）一些晶粒长大另一些晶粒缩小或消灭晶粒间界面夹角近120°时，晶粒处于相对稳定状态常压烧结，加压烧结：热压、热等静压和连续热压烧结等陶瓷的主要烧结工艺：（1）常压烧结传统的常压烧结：大气中常压烧结：气氛烧结；控制挥发气氛烧结①中性气氛、通氮或氩；②氧化气氛、通氧；氧化气氛或还原气氛分压的变化、可能会引起氧化物陶瓷的化学计量比变化气氛烧结：环境气氛有三类—中性、氧化、还原③还原气氛、通氢或CO氧化气氛或还原气氛会使中可变价金属离子增价或降价、电子电导减小或增大。半导体陶瓷绝缘陶瓷等含有可变价金属离子的氧化物陶瓷：（1）加盖烧结、（2）放置气氛片、烧结时会引起该成分含量的降低等保证化学计量比、采取的措施：控制挥发气氛烧结：防止陶瓷中易挥发成分在烧结时挥发掉在密封较好的容器中烧结，易挥发成分在容器中达到饱和蒸气压后，挥发与进入动态平衡，维持陶瓷的组分配比不变（2）普通热压烧结高温烧结的同时，施加足够大的机械作用力于粉体，达到促进烧结的目的Al2O3,BeO,SiC,BN,AlN热压烧结致密陶瓷加压烧结：通常成形和烧结同时进行或（3）配方中适当增加其含量无压烧结可烧结的材料，用热压烧结、其烧结温度可降低100～150℃左右③形成空位浓度梯度、加速空位的扩散热压烧结促进致密化机理：①高温加压下的塑性流动；②压力使颗粒重排、破坏、晶界滑移；（3）热等静压法烧结以气体作为压力介质，使粉末在加热过程中经受各向均衡的压力，借助于高温和高压的共同作用来促进材料的致密化热等静压法烧结的基本原理：可以降低烧结温度，并能有效地抑制材料在高温下发生很多不利的反应或变化，例如晶粒的二次再结晶和高温分解等①可以直接从粉体制得大尺寸和形状复杂的陶瓷制品能制备出微观结构均匀且几乎不含气孔的致密的晶粒细小、均匀、各向同性的陶瓷，可显著改善陶瓷的各种性能，尤其是高温强度、抗蠕变性和耐氧化性等热等静压法烧结的优点：热等静压烧结与普通热压烧结和无压烧结相比，具有许多突出的优点但工艺复杂、成本高金属模套惰性粉体隔层陶瓷粉体排气薄层软模套模套排气、真空处理热等压烧结（4）连续热压烧结连续地热压烧结的方法，克服了一般热压烧结间歇操作、生产效率低的缺点模套材质：有良好塑性和强度的金属惰性粉体：热等静压法烧结主要设备：高压釜发热体于体内、等为传压介质当温度达到预定温度后，将一定量的粉料加入模套内，上压头下降、加压烧结。控制上压头下降速度，下降至一定位置后，提升上压头、加料再压。如此反复、直到达到要求的陶瓷长度.......................正在加压加料连续热压压头模套电热丝连续热压原理（三）排胶、烧结（一）制粉—陶瓷粉料的制备（二）成型（四）制电极和人工极化烧成的电子陶瓷切割、打磨覆盖金属膜、制作电极烧渗银、真空蒸镀1、常用电极制作方法a、烧渗银法只需一个加热炉、应用较多优点：电极与陶瓷结合牢固银浆配方举例600℃：银开始渗入陶瓷表面形成密切结合

银浆配方之一原料Ag2O53.2重量比(wt%)氧化铋Bi2O1.9硼酸铅PbB4O7氧化银蓖麻油松香松节油17.717.76.43.1烧渗工艺过程：25℃～90℃：溶剂（松节油）先挥发；200℃～300℃:

松香分解、烧尽;330℃～400℃：氧化银还原成银;520℃时：助烧剂（硼酸铅和氧化铋）与金属银变成胶状溶液；大多数电容器陶瓷的最终烧银温度：（保温时间20分）降温冷却过程：随炉温冷却、不可过快烧渗过程时间：3小时b、真空蒸镀功能陶瓷表面形成导电层的较好方法，配合光刻技术可形成复杂的电极图案熔点较低的金属：（Cu,Ag,Au及部分过渡族的金属）通电加热高熔点钨或铊舟熔化、蒸发电极材料难熔金属或合金：真空溅射：阴极溅射、高频溅射、磁控溅射等电场加速的荷电粒子直接轰击待镀金属的靶面、使其蒸发与真空蒸镀相比真空溅射所需系统的真空度较高、另需复杂溅射控制系统。装置复杂、昂贵，尽量采用真空蒸镀2、人工极化铁电陶瓷极化前电畴取向的任意、宏观上