《陶瓷烧结技术》课件

《陶瓷烧结技术》本课件将深入探讨陶瓷烧结技术，涵盖定义、过程、类型、机理、控制、评价以及应用等方面。一、什么是陶瓷烧结?定义陶瓷烧结是指将陶瓷粉末在高温下进行热处理，使其颗粒相互结合，最终形成致密的固体材料的过程。概念烧结的核心是通过颗粒间的物质迁移，消除粉末之间的孔隙，提高材料的强度和性能。1.定义及概念定义陶瓷烧结是指将陶瓷粉末在高温下进行热处理，使其颗粒相互结合，最终形成致密的固体材料的过程。概念烧结的核心是通过颗粒间的物质迁移，消除粉末之间的孔隙，提高材料的强度和性能。2.烧结的基本过程1粉末制备:确定粉末的粒径、形貌和化学成分，以满足烧结要求。2成型:将粉末成型为所需的形状，如压制、注塑或挤出。3干燥:移除成型过程中的水分，防止烧结过程中的气孔产生。4烧结:将坯体在高温下加热，使颗粒相互结合，形成致密的固体材料。5冷却:缓慢冷却烧结后的坯体，以减少内部应力，避免出现裂纹。3.影响烧结的因素粉末特性颗粒大小、形貌、化学成分和表面活性都会影响烧结过程。烧结温度烧结温度越高，颗粒的扩散速度越快，烧结过程越容易进行。烧结时间烧结时间越长，颗粒的扩散程度越高，材料的致密度也越高。烧结气氛烧结气氛会影响烧结过程中的化学反应，进而影响烧结结果。二、陶瓷烧结的类型固相烧结在固态下进行的烧结过程，颗粒间的物质迁移主要通过扩散进行。液相烧结在固相和液相共存的条件下进行的烧结过程，液相的存在加速了颗粒间的物质迁移。反应烧结在烧结过程中，粉末颗粒发生化学反应，形成新的化合物，最终实现烧结。1.固相烧结原子扩散原子在晶界或晶体内部的扩散，导致颗粒之间的物质迁移。晶界迁移晶界处的原子迁移，导致晶界移动，颗粒之间的孔隙逐渐消失。2.液相烧结1液相形成2液相浸润3毛细作用4扩散和生长3.反应烧结1化学反应粉末颗粒发生化学反应，形成新的化合物。2新相形成反应生成的化合物，通常具有不同的化学组成和晶体结构。3致密化新相的生长和相互结合，最终形成致密的固体材料。三、固相烧结的机理1晶界扩散2体扩散3气相扩散1.晶界扩散原子在晶界处扩散速度最快，因为晶界处的原子排列不规则，结合力较弱。晶界扩散是固相烧结中主要的物质迁移方式，尤其是在烧结早期阶段。随着烧结的进行，孔隙逐渐减少，晶界扩散的贡献逐渐降低。2.体扩散体扩散原子在晶体内部的扩散，需要克服晶格的阻力，因此速度较慢。体扩散的贡献体扩散主要发生在烧结后期，当晶界扩散的贡献降低后，体扩散逐渐成为主要的物质迁移方式。3.气相扩散四、液相烧结的机理液相形成:在烧结过程中，粉末颗粒发生熔化，形成液相。液相浸润:液相浸润固体颗粒，形成液相膜。毛细作用:液相膜的毛细作用，将固体颗粒拉近。液相扩散:原子在液相膜中扩散，导致颗粒之间的物质迁移。扩散通道:液相膜为物质迁移提供了快速通道，加速了烧结过程。1.液相的形成1添加助熔剂助熔剂可以降低粉末的熔点，在烧结温度下形成液相。2固相反应粉末颗粒在高温下发生化学反应，生成低熔点的化合物，形成液相。2.液相浸润和毛细作用液相浸润液相能够很好地浸润固体颗粒，在颗粒表面形成一层薄膜。毛细作用液相膜的毛细作用，将固体颗粒拉近，促进烧结过程的进行。3.液相扩散和扩散通道液相扩散液相的存在为原子扩散提供了更快的通道，加速了物质迁移。扩散通道液相膜充当了快速扩散通道，将颗粒连接起来，加速了烧结过程。五、反应烧结的机理1粉末颗粒发生化学反应，生成新的化合物。2反应生成的新相具有不同的化学组成和晶体结构。3新相的生长和相互结合，最终形成致密的固体材料。1.化学反应的进行1化学反应在烧结过程中，粉末颗粒发生化学反应，生成新的化合物。2反应条件反应条件包括温度、气氛和粉末的化学组成。2.反应生成新相新相的特性反应生成的新相通常具有不同的化学组成和晶体结构。新相的应用新相的特性决定了材料的性能，例如强度、硬度、电性能等。3.新相的生长和致密化新相的生长:反应生成的化合物不断生长，逐渐填充孔隙。致密化:随着新相的生长，材料的致密度逐渐提高。六、烧结过程的控制温度控制烧结温度控制，影响颗粒间的扩散速度和化学反应速率。气氛控制烧结气氛会影响烧结过程中的化学反应，进而影响烧结结果。时间控制烧结时间控制，影响颗粒间的扩散程度和材料的致密度。1.温度控制烧结温度烧结温度是影响烧结过程的关键因素，温度过低，烧结难以进行；温度过高，可能导致材料变形或熔化。温度曲线根据材料的特性，选择合适的温度曲线，保证烧结过程顺利进行。2.气氛控制1氧化气氛氧化气氛可以防止材料在烧结过程中发生还原反应，例如氧化气氛可以防止陶瓷材料在高温下发生还原导致颜色变化。2还原气氛还原气氛可以使材料在烧结过程中发生还原反应，例如还原气氛可以使氧化物陶瓷在高温下发生还原，从而提高其导电性能。3惰性气氛惰性气氛可以防止材料在烧结过程中发生化学反应，例如惰性气氛可以防止陶瓷材料在高温下发生氧化或还原，从而保持其化学稳定性。3.烧结时间控制烧结时间烧结时间是影响材料致密度和性能的关键因素，烧结时间过短，材料的致密度不足；烧结时间过长，可能导致材料过烧或析出新相。时间控制根据材料的特性，选择合适的烧结时间，以获得理想的致密度和性能。七、烧结质量的评价1致密度致密度是指材料的实心体积占总体积的比例，通常用百分率表示。2微观结构微观结构是指材料内部的组织结构，包括颗粒大小、形貌、分布和晶界等。3机械性能机械性能是指材料在外力作用下的抵抗变形和破坏的能力，包括强度、硬度、韧性等。1.致密度致密度是指材料的实心体积占总体积的比例，通常用百分率表示。致密度是评价烧结质量的重要指标，致密度越高，材料的强度和性能越好。致密度可以通过测量材料的密度和孔隙率来确定。2.微观结构微观结构微观结构是指材料内部的组织结构，包括颗粒大小、形貌、分布和晶界等。微观结构分析微观结构分析可以帮助我们了解烧结过程的细节，从而改进烧结工艺，提高材料的性能。3.机械性能强度强度是指材料抵抗断裂的能力，通常用抗拉强度、抗压强度和抗弯强度等指标表示。硬度硬度是指材料抵抗压入或刻划的能力，通常用维氏硬度、洛氏硬度等指标表示。韧性韧性是指材料抵抗断裂的能力，通常用断裂韧性指标表示。八、烧结技术的应用1.结构陶瓷应用领域结构陶瓷主要应