陶瓷的加工及改性

《陶瓷的加工及改性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《陶瓷的加工及改性（45页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 陶 瓷 加 工 的 特 点 ： 陶 瓷 都 有 尺 寸 和 表 面 精 度 要 求 ， 但 由 于 烧 结 收 缩 率 大 ， 无 法 保 证烧 结 后 瓷 体 尺 寸 的 精 确 度 ， 因 此 烧 结 后 需 要 再 加 工 陶 瓷 材 料 有 高 硬 度 、 高 强 度 、 脆 性 大 的 特 性 ， 属 于 难 加 工 材 料 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 陶 瓷 材 料 的 加 工 方 法 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 2021-

2、4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 磨 粒 磨 粒磨 粒 磨 粒工 件 裂 纹旋 转 方 向旋 转 方 向工 件 陶 瓷 材 料金 属 材 料陶 瓷 材 料 和 金 属 材 料 的 磨 削 机 理 材 料 脆 性 剥 离 是 通 过 空 隙 和 裂 纹 的 形 成或 延 展 、 剥 落 及 碎 裂 等 方 式 来 完 成 的 在 晶 粒 去 除 过 程 中 ， 材 料 是 以 整 个 晶 粒从 工 件 表 面 上 脱 落 的 方 式 被 去 除 的 。 陶 瓷 和 金 属 的 磨 削 过 程 模 型 如 右 图 。 金属 材 料 依 靠 剪 切 作 用 产 生 带 状

3、 或 接 近 带 状的 切 屑 ， 而 磨 削 陶 瓷 时 ， 材 料 内 部 先 产 生裂 纹 ， 随 着 应 力 的 增 加 ， 间 断 裂 纹 的 逐 渐增 大 ， 连 接 ， 从 而 形 成 局 部 剥 落 。 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 砂 轮 （ grinding wheel） 和 磨 料 （ abrasives） 的 选 择 磨 削 工 艺 及 条 件 的 选 择 a砂 轮 磨 削 速 度 b工 件 给 进 速 度 （ feeding speed） c冷 却 液 的 选 择 （ cooling media） d 磨 削 深 度 ap（

4、rubbing depth） e磨 削 方 式 （ rubbing way） 、 方 向 及 机 床 刚 性 （ machine rigidity） 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 压 力 研 磨 液工 件磨 粒 研 具 工 件磨 粒 压 力(a) (b)研 具 研 磨 加 工 示 意 图 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 研 磨 过 程 材 料 剥 离 的 机 理 主 要 是 以 滚 碾 破 碎 为 主 。 磨 粒 越 粗 ， 材 料 剥 离 率 越 大 ， 研 磨 效 率 越 高 ， 但 表 面 粗 糙 度 增

5、大 ； 磨 粒 硬 度 越 高 ， 研 磨 效 率 越 高 ， 但 却 容 易 使 球面 出 现 机 械 损 伤 ， 导 致 表 面 粗 糙 度 相 对 较 低 。 研 磨 工 程 陶 瓷 用 的 磨 料 一 般 采 用 B4C和 金 刚 石 粉 ， 磨 料 粒 度 范 围 为 250600目 ， 冷却 液 可 选 用 煤 油 或 机 油 。 但 对 于 较 大 尺 寸 的 制 品 ， 不 适 合 采 用 端 面 研 磨 机 加 工 ， 通 常采 用 研 磨 砂 布 进 行 加 工 。 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 抛 光 是 使 用 微 细 磨 粒

6、弹 塑 性 的 抛 光 机 对 工 件 表 面 进 行 摩 擦 使 工 件 表 面 产 生塑 性 流 动 ， 生 成 细 微 的 切 屑 ， 材 料 的 剥 离 基 本 上 是 在 弹 性 的 范 围 内 进 行 。 抛 光 的 方 法 ： 一 般 的 抛 光 使 用 软 质 、 富 于 弹 性 或 粘 弹 性 的 材 料 和 微 粉 磨 料 。 抛 光 加 工 的 用 途 ： 它 是 制 备 许 多 精 密 零 件 如 硅 芯 片 、 集 成 电 路 基 板 、 精 密机 电 零 件 等 的 重 要 工 艺 。 抛 光 时 在 加 工 面 上 产 生 的 凹 凸 ， 或 加 工 变 质 层

7、极 薄 ， 所 以 尺 寸 形 状 精 度 和表 面 粗 糙 度 比 研 磨 高 。 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 阳 极阴 极 阳 极 熔 蚀 区阴 极 熔 蚀 区熔 融 金 属 微 粒凝 固 金 属 微 粒工 作 液放 电 通 道气 泡 +_ +_ 翻 起 凸 边网 坑 放 电 间 隙 示 意 图 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 电 火 花 加 工 必 须 具 备 以 下 几 个 条 件 ：（ 1） 放 电 必 须 是 瞬 时 的 脉 冲 性 放 电 。（ 2） 火 花 放 电 必 须 在 有 较 高 绝 缘

8、 强 度 的 介 质 中 进 行 。（ 3） 要 有 足 够 的 放 电 强 度 ， 以 实 现 金 属 局 部 的 熔 化 和 气 化 。（ 4） 工 具 电 极 与 工 件 被 加 工 表 面 之 间 要 始 终 保 持 一 定 的 放 电 间 隙 绝 缘 陶 瓷 的 电 火 花 放 电 加 工 原 理 示 意 图 和 高 速 电 火 花 穿 孔 机 原 理 示 意 图 如 下图 所 示 高 压 工 作 液 管 电 极导 电 器工 作 元 件 电 火 花 加 工 示 意 图 高 速 电 火 花 穿 孔 机 原 理 示 意 图 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺

9、原 理 灯 丝栅 极 电 源阳 极 排 气 系 统电 磁 透 镜电 子 束 工 作 室偏 转 线 圈 工 作 台 电 子 束 加 工 工 作 原 理 示 意 图 工 件 变 形 小 、 效 率 高 、 清 洁 制 电 子 束 能 量 密 度 的 大 小 与能 量 注 入 时 间 ， 达 到 热 处 理 ，焊 接 ， 打 孔 ， 切 割 等 加 工 目 的 光 刻 加 工 特 点 ： 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 激 光M1 M3 M2M4刀 具工 件 010 018 激 光 加 工 原 理 示 意 图 6.2.3 激 光 加 工 （ laser mac

10、hining） 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 超 声 波 磨 削 加 工 是 利 用 工 具 端 面 作 超 声 频 振 动 ， 通 过磨 料 悬 浮 液 加 工 硬 脆 材 料 的 一 种 加 工 方 法 。 加 工 原 理 如 图所 示 。 工 件工 具磨 料 液 变 幅 杆聚 能 器换 能 器超 声 波 发 生 器超 声 波 加 工 机 理6.2.4 超 声 波 加 工 （ ultrasonic machining）特 点 ：（ 1） 适 合 加 工 各 种 硬 脆 材 料 ， 特 别 是 不 导 电 的 非 金 属 材 料 （ 2） 加 工 设

11、 备 结 果 简 单 ， 操 作 、 维 修 方 便（ 3） 可 以 得 到 高 质 量 的 表 面 ， 而 且 可 以加 工 薄 壁 、 窄 缝 零 件 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 第 三 节 施 釉陶 瓷 的 施 釉 是 指 通 过 高 温 的 方 式 ， 在 陶 瓷 体 表 面 上 附 着 一 层 玻 璃 态 层 物 质 。施 釉 的 目 的 在 于 改 善 坯 体 的 表 面 物 理 性 能 和 化 学 性 能 ， 同 时 增 加 产 品 的 美 感 ， 提高 产 品 的 使 用 性 能 。6.3.1釉 的 作 用 与 分 类一 、 釉 的

12、作 用（ 1） 釉 能 够 提 高 瓷 体 的 表 面 光 洁 度 。（ 2） 釉 可 提 高 瓷 件 的 力 学 性 能 和 热 学 性 能 。（ 3） 提 高 瓷 件 的 电 性 能 ， 如 压 电 、 介 电 和 绝 缘 性 能 。（ 4） 改 善 瓷 体 的 化 学 性 能 。 （ 5） 使 瓷 件 与 金 属 之 间 形 成 牢 固 的 结 合 。（ 6） 釉 可 以 增 加 瓷 器 的 美 感 ， 艺 术 釉 还 能 够 增 加 陶 瓷 制 品 的 艺 术 附 加 值 ， 提 高 其 艺 术 欣 赏 价 值 。 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理

13、 二 、 釉 的 分 类 （ 1） 按 釉 中 主 要 助 熔 物 划 分 ： 如 铅 釉 、 石 灰 釉 、 长 石 釉 等 。 （ 2） 按 釉 的 制 备 方 法 划 分 ： 生 料 釉 ： 即 指 釉 料 配 方 组 成 中 未 使 用 熟 料 熔 块 的 釉 。 熔 块 釉 ： 即 指 由 熔 块 与 一 些 生 料 按 配 比 制 作 而 成 的 釉 料 。 （ 3） 按 照 釉 的 烧 成 温 度 划 分 ： 易 熔 釉 或 低 温 釉 ： 指 熔 融 温 度 一 般 不 超 过 1150 的 釉 中 熔 釉 或 中 温 釉 ： 指 熔 融 温 度 一 般 在 11501300

14、的 釉 难 熔 釉 或 高 温 釉 ： 指 熔 融 温 度 一 般 达 1130 的 釉 （ 4） 按 釉 烧 成 后 外 观 特 征 和 具 有 的 特 殊 功 能 划 分 ： 透 明 釉 、 乳 浊 釉 、 画 釉 、 结 晶 釉 、 纹 理 釉 、 无 光 釉 、 腊 光 釉 、 荧 光 釉 、 香 味 釉 、 金 属 光 泽 釉 、 彩 虹 釉 、 抗 菌 釉 、 自 洁 釉 等 。 （ 5） 按 釉 的 用 途 划 分 ： 装 饰 釉 、 电 瓷 釉 、 化 学 瓷 釉 、 面 釉 、 底 釉 、 钧 釉 等 。 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理

15、 6.3.2 釉 的 特 点 和 性 质一 、 釉 的 熔 融 性 能（ 1） 釉 的 熔 融 温 度 范 围 定 义 ： 我 们 把 釉 随 着 温 度 的 升 高 ， 从 开 始 出 现 液 相 的 始 熔 温 度 到 完 全 成 为 液 相 的流 淌 温 度 之 间 的 温 度 区 域 范 围 称 为 釉 的 熔 融 温 度 范 围 。 釉 的 始 熔 温 度 和 流 淌 温 度 的 测 定 ：釉 的 熔 融 性 质 通 常 用 高 温 显 微 镜 测 定 。 首 先 ， 将 待 测 釉 料 制 作 成 高 度 和 直 径 均 为3mm的 圆 柱 体 ， 并 置 于 高 温 电 炉 中

16、加 热 升 温 ， 升 温 速 度 为 810 /mm， 对 釉 料 受 热变 化 的 行 为 照 相 记 录 ， 如 下 图 。l1 l2 l3 l4 釉 料 受 热 变 化 的 行 为 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 二 、 釉 的 高 温 粘 度 （ viscosity） （ 1） 釉 的 高 温 粘 度 对 釉 面 质 量 的 影 响 ： 如 果 粘 度 过 小 ， 引 起 堆 釉 、流 釉 或 干 釉 等 缺 陷 并 易 使 装 饰 纹 样 模 糊 或 消 失 ； 如 果 粘 度 过 大 ， 会 使 釉面 出 现 桔 釉 或 光 泽 度 差 等

17、 缺 陷 。 （ 2） 影 响 釉 高 温 粘 度 的 主 要 因 素 ： 配 方 中 助 熔 剂 种 类 及 含 量 ； 烧 成 温 度 （ 3） 釉 的 高 温 粘 度 测 定 ： 首 先 用 5g釉 粉 加 工 成 圆 球 或 小 圆 柱 体 ， 然后 将 该 釉 粉 试 样 置 于 以 45度 角 放 置 的 瓷 质 粘 度 测 定 板 的 圆 槽 中 ， 试 样 在高 温 炉 中 升 温 至 成 熟 温 度 ， 然 后 冷 却 并 取 出 试 样 测 定 其 在 流 动 槽 中 的 流动 长 度 L， 它 即 代 表 着 釉 的 粘 度 大 小 。 2021-4-22 河 南 省 精

18、 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 三 、 釉 的 膨 胀 系 数 及 坯 釉 膨 胀 系 数 的 适 应 性 （ 1） 坯 釉 膨 胀 系 数 互 不 适 应 时 的 两 种 表 现 ： 当 釉 坯 时 ： 冷 却 时 釉 层 会 受 到 坯 体 所 给 予 的 拉 伸 应 力 作 用 ， 即 在 釉 层 中产 生 张 应 力 。 当 此 张 应 力 超 过 釉 层 的 抗 张 应 力 极 限 时 ， 釉 层 被 拉 断 形 成 釉 裂 。 当 釉 坯 时 ： 冷 却 时 坯 层 收 缩 大 于 釉 层 ， 使 釉 层 受 到 压 应 力 作 用 ， 当 此 压应 力 超 过 一 定 极

19、限 时 即 发 生 釉 层 的 剥 落 现 象 ， 即 剥 釉 。 （ 2） 膨 胀 系 数 的 选 择 确 定 ： 对 于 有 釉 面 的 陶 瓷 制 品 ， 一 般 希 望 釉 的 膨 胀 系 数比 坯 体 的 略 小 （ 两 者 差 值 为 1.0 10-6/ 左 右 较 佳 ） 。 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 四 、 釉 的 力 学 性 能 （ 1） 釉 层 的 强 度 ： 釉 面 机 械 强 度 与 釉 、 坯 之 间 的 应 力 分 布 有 很 大 关 系 。 （ 2） 釉 的 弹 性 ： 釉 的 弹 性 对 釉 面 质 量 的 影 响

20、： 如 果 釉 的 弹 性 很 小 ， 有 裂 纹 产 生 ； 釉 的 弹 性 大 可 以 缓 解 机 械 外 应 力 的 破 坏 作 用 。 釉 的 组 成 对 弹 性 的 影 响 ： 配 方 中 引 入 离 子 半 径 较 大 、 电 荷 较 低 的 金 属 氧 化 物 （ 如 Na2O、 K2O等 ） 可 使 弹 性 模 量 减 少 ， 而 弹 性 值 增 大 ； 反 之 ， 引 入 离 子 半 径 小 、 极 化 能 力 强 的 金 属 化 合 物 （ BeO、 MgO、 Li2O等 ） 则 使 弹 性 提 高 釉 的 弹 性 模 量 ， 使 釉 的 弹 性 减 小 。 （ 3） 釉

21、面 硬 度 ： 影 响 釉 硬 度 的 因 素 ： 釉 的 组 成 ， 在 釉 层 中 适 当 增 加 Al2O3、 B2O3、 ZrO2、 CaO、 ZnO、 MgO的 含 量 有 利 于 增 加 釉 的 硬 度 ； K2O、 Na2O的 增 加 会 降 低 其 硬 度 ； 适 当 提 高 烧 成 温 度 ， 可 使 其 硬 度 得 到 提 高 。 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 五 、 釉 面 光 泽 度 定 义 ： 光 泽 度 是 表 示 釉 面 对 入 射 光 作 镜 面 反 射 的 能 力 。 影 响 因 素 ： 釉 面 光 泽 度 与 釉 面

22、 的 折 射 率 、 烧 成 制 度 有 关 。 反 射 率 R提 高 ， 则 光 泽 度 越 大 ； 在 釉 中 增 加 高 折 射 率 的 金 属 氧 化 物 ， 如 PbO、 ZnO有 利 于 使 折 射 率 增 大 ， 同时 可 以 提 高 釉 面 的 密 度 ， 从 另 一 方 面 来 提 高 釉 面 的 光 泽 度 。 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 6.3.3 施 釉 工 艺一 、 基 本 施 釉 方 法（ 1） 浸 釉 法 ： 即 将 产 品 用 手 工 全 部 浸 入 釉 料 中 ， 使 之 附 着 一 层 釉 浆（ 2） 喷 釉 法

23、： 喷 釉 法 是 利 用 压 缩 空 气 将 釉 浆 喷 成 雾 状 ， 使 粘 附 于 坯 体 上 （ 3） 浇 釉 法 ： 将 釉 浆 浇 到 坯 体 上 以 形 成 釉 层 （ 4） 刷 釉 法 ： 用 于 在 同 一 坯 体 上 施 几 种 不 同 釉 料 二 、 新 型 施 釉 方 法（ 1） 流 化 床 法 ： 利 用 压 缩 空 气 设 法 使 加 有 少 量 有 机 树 脂 的 干 釉 粉 在 流 化 床 内 悬浮 而 呈 现 流 化 状 态 ， 然 后 将 预 热 到 100200 坯 体 浸 入 到 流 化 床 中 ， 与 釉 粉 保 持一 段 时 间 的 接 触 （ 2

24、） 热 喷 施 釉 法 ： 先 进 行 坯 料 的 素 烧 ， 后 在 炽 热 状 态 的 素 烧 坯 体 上 进 行 喷 釉 （ 3） 干 压 施 釉 法 ： 压 施 釉 法 是 将 成 型 、 上 釉 一 次 完 成 的 一 种 方 法 。 釉 料 和 坯 体均 通 过 喷 雾 干 燥 来 制 备 。 成 型 时 ， 先 将 坯 料 装 入 模 具 加 压 一 次 ， 然 后 撒 上 少 许 有机 结 合 剂 ， 再 撒 上 釉 粉 ， 然 后 加 压 。（ 4） 机 器 人 施 釉 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 6.3.5 烧 釉（ 1） 制 定

25、 烧 成 制 度 的 依 据 ： 以 坯 釉 的 化 学 组 成 及 其 在 烧 成 过 程 中 的 物 理 化 学 变 化 为 依 据 。 以 坯 件 的 种 类 、 大 小 、 形 状 和 薄 厚 为 依 据 。 以 窑 炉 的 结 构 、 种 类 、 燃 料 种 类 以 及 装 窑 疏 密 等 为 依 据 。 以 相 似 产 品 的 成 功 烧 成 经 验 为 依 据 。（ 2） 温 度 制 度 及 其 控 制 ： 温 度 制 度 包 括 ： 升 温 速 率 、 烧 成 温 度 （ 止 火 温 度 ） 、 保 温 时 间 和 冷 却 速 度 等 。（ 3） 气 氛 制 度 及 其 控 制

26、 ： 气 氛 类 型 烧 成 气 氛 的 选 择 依 据 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 第 四 节 陶 瓷 表 面 金 属 化6.4.1 陶 瓷 表 面 金 属 化 的 用 途 一 、 制 造 电 子 元 器 件 二 、 用 于 电 磁 屏 蔽 三 、 应 用 于 装 饰 方 面 生 产 美 术 陶 瓷6.4.2 陶 瓷 表 面 金 属 化 的 方 法 陶 瓷 的 金 属 化 方 法 很 多 ， 在 电 容 器 ， 滤 波 器 及 印 刷 电 路 等 技 术 中 ， 常 采用 被 银 法 。 此 外 还 有 采 用 化 学 镀 镍 法 、 烧 结 金

27、属 粉 末 法 、 活 性 金 属 法 、 真 空 气相 沉 积 和 溅 射 法 等 。 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 一 、 被 银 法被 银 法 又 名 烧 渗 银 法 。 这 种 方 法 是 在 陶 瓷 的 表 面 烧 渗 一 层 金 属 银 ， 作 为 电容 器 ， 滤 波 器 的 电 极 或 集 成 电 路 基 片 的 导 电 网 络 （ 1） 瓷 件 的 预 处 理 ： 瓷 件 金 属 化 之 前 必 须 预 先 进 行 净 化 处 理 。 清 洗 的 方 法 很多 ， 通 常 可 用 7080 的 热 肥 皂 水 浸 洗 ， 再 用 清

28、水 冲 洗 。（ 2） 银 浆 的 配 置 ： 银 浆 的 配 方 主 要 是 由 含 银 的 原 料 ， 熔 剂 及 粘 合 剂 组 成 。 （ 3） 银 电 极 浆 料 的 制 备 ： 将 制 备 好 的 含 银 原 料 ， 熔 剂 和 粘 合 剂 按 一 定 配 比 进行 配 料 后 ， 在 刚 玉 或 玛 瑙 磨 罐 中 球 磨 4090h， 使 粉 体 粒 度 5 m并 混 合 均 匀 。 （ 4） 涂 敷 工 艺 ： 有 手 工 ， 机 械 ， 浸 涂 ， 喷 涂 或 丝 网 印 刷 等 （ 5） 烧 银 ： 烧 银 的 目 的 是 在 高 温 作 用 下 使 瓷 件 表 面 上

29、形 成 连 续 、 致 密 、附 着 牢 固 、 导 电 性 良 好 的 银 层 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 二 、 化 学 镀 镍 法优 点 ： （ 1） 镀 层 厚 度 均 匀 ， 能 使 瓷 件 表 面 形 成 厚 度 基 本 一 致 的 镀 层 。 （ 2） 沉 积 层 具 有 独 特 的 化 学 、 物 理 和 机 械 性 能 ， 如 抗 腐 蚀 、 表 面 光 洁 、 硬 度 高 、耐 磨 良 好 等 。 （ 3） 投 资 少 ， 简 便 易 行 ， 化 学 镀 不 需 要 电 源 ， 施 镀 时 只 需 直 接 把 镀 件 浸 入 镀

30、液即 可 。化 学 镀 的 工 艺 流 程 为 ：陶 瓷 片 水 洗 除 油 水 洗 粗 化 水 洗 敏 化 水 洗 活 化 水 洗 化学 镀 水 洗 热 处 理 。 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 三 、 真 空 溅 射 镀 膜 （ vacuum sputtering coating）它 是 在 功 能 陶 瓷 表 面 形 成 导 电 层 的 方 法 ， 如 镀 铝 ， 金 等 ， 具 有 镀 膜 质 量 较 高 ，简 便 实 用 等 优 点 。 该 方 法 配 合 光 刻 技 术 可 以 形 成 复 杂 的 电 极 图 案 ， 也 可 形 成 合 金

31、和 难 熔 金 属 的 导 电 层 以 及 各 种 氧 化 物 ， 钛 酸 钡 等 化 合 物 薄 膜 。 真 空 蒸 发 镀 膜 原 理如 下 图 所 示 镀 件 加 热 电 源真 空 室镀 件 支 架镀 件 （ 三 用 阀 ） 蒸 发 制 膜 材 料（ 锡 青 铜 ）加 热 电 源排 气 口 真 空 密 封挡 板蒸 汽 流蒸 发 器 真 空 蒸 发 镀 膜 示 意 图 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 第 五 节 陶 瓷 金 属 封 接 技 术（ bonding of ceramics and metals）作 为 陶 瓷 金 属 的 连 接 ， 不

32、管 采 用 哪 种 类 型 的 封 接 工 艺 ， 都 必 须 满 足 下 列 性能 要 求 ： （ 1） 电 气 特 性 优 良 ， 包 括 耐 高 电 压 ， 抗 飞 弧 ， 具 有 足 够 的 绝 缘 ， 介 电 能 力 等 ； （ 2） 化 学 稳 定 性 高 ， 能 抗 耐 适 当 的 酸 、 碱 清 洗 ， 不 分 解 ， 不 腐 蚀 。 （ 3） 热 稳 定 性 好 ， 能 够 承 受 高 温 和 热 冲 击 作 用 ， 具 有 合 适 的 线 膨 胀 系 数 ； （ 4） 可 靠 性 高 ， 包 括 足 够 的 气 密 性 ， 防 潮 性 和 抗 风 化 作 用 等 ； 202

33、1-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 6.5.1 玻 璃 焊 料 封 接 （ glass welding） 玻 璃 焊 料 封 接 又 称 为 氧 化 物 焊 料 法 ， 即 利 用 附 着 在 陶 瓷 表 面 的 玻 璃 相 （ 或 玻璃 釉 ） 作 为 封 接 材 料 。 玻 璃 焊 料 适 合 于 陶 瓷 和 各 种 金 属 合 金 的 封 接 （ 包 括 陶 瓷 与 陶 瓷 的 封 接 ） ， 特别 是 强 度 和 气 密 性 要 求 较 高 的 功 能 陶 瓷 。一 、 玻 璃 焊 料 金 属 封 接 条 件（ 1） 两 者 的 膨 胀 系 数 接 近（

34、2） 玻 璃 能 润 湿 金 属 表 面 二 、 封 接 前 金 属 的 处 理（ 1） 金 属 的 清 洁 处 理 ： 机 械 净 化 ； 去 油 ； 化 学 清 洗 ； 电 化 学 清 洗 ； 烘 干 （ 2） 金 属 的 预 氧 化 ： 即 将 金 属 置 于 氢 气 或 真空 中 进 行 高 温 加 热 使 金 属 表 面 能 形 成 一 层 氧 化 物 而 达 到 润 湿 的 效 果 。 三 、 玻 璃 焊 料 金 属 封 接 的 工 艺 参 数（ 1） 温 度（ 2） 时 间（ 3） 气 氛 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 6.5.2 烧 结

35、 金 属 粉 末 法 封 接 （ powder metallurgy bonding）用 这 种 方 法 将 陶 瓷 和 金 属 件 焊 接 到 一 起 时 ， 其 主 要 工 艺 分 为 两 个 步 骤 ： 陶 瓷表 面 金 属 化 和 加 热 焊 料 使 陶 瓷 与 金 属 焊 封 。 其 中 ， 最 关 键 的 工 艺 是 陶 瓷 表 面 的 金属 化 工 艺 流 程 简 述 如 下 ：（ 1） 浆 料 制 备 ： 其 中 主 要 成 分 为 金 属 氧 化 物 或 金 属 粉 末 ， 还 含 有 一 些 无 机 粘 合剂 ， 有 机 粘 合 剂 。 再 加 上 适 量 的 液 体 ，

36、就 可 置 入 球 磨 机 中 湿 磨 1260小 时 ， 直 到平 均 粒 径 到 13m为 止 。（ 2） 刷 浆 ： 将 上 述 制 得 的 金 属 浆 料 ， 以 一 定 方 式 涂 刷 于 需 要 金 属 化 的 陶 瓷 表 面上 ， 这 层 金 属 浆 料 的 厚 度 ， 以 干 后 达 到 1226m为 宜 。（ 3） 烧 渗 ： 在 高 温 及 还 原 性 气 氛 的 作 用 下 ， 一 部 分 金 属 氧 化 物 将 被 还 原 成 金 属 ，另 一 部 分 则 可 能 熔 融 并 添 加 到 陶 瓷 的 玻 璃 相 中 ， 或 与 陶 瓷 中 之 某 些 晶 态 物 质 ，

37、 通 过 化 学 反 应 而 生 成 一 种 新 的 化 合 物 ， 形 成 一 种 粘 稠 的 过 渡 层 ， 并 将 陶 瓷 表 面 完 全润 湿 。 而 在 冷 却 过 程 中 这 粘 稠 的 过 渡 层 ， 则 凝 固 为 玻 璃 相 ， 填 充 于 陶 瓷 表 面 与 金属 粉 粒 之 间 。 （ 4） 将 陶 瓷 金 属 化 表 面 与 金 属 进 行 焊 接 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 活 性 金 属 封 接 法 （ active metallic bonding） 在 直 接 焊 封 之 前 ， 陶 瓷 表 面 不 需 要 先 进 行

38、 金 属 化 ， 而 采 用 一 种 特 殊 的 焊 料金 属 ， 直 接 置 于 需 要 焊 接 的 金 属 和 陶 瓷 之 间 ， 利 用 陶 瓷 金 属 母 材 之 间 的 焊 料 在高 温 下 熔 化 ， 其 中 的 活 性 组 员 与 陶 瓷 发 生 反 应 ， 形 成 稳 定 的 反 应 梯 度 层 ， 从 而 使两 种 材 料 结 合 在 一 起 。 这 种 金 属 焊 料 可 以 直 接 制 成 薄 层 垫 片 状 ， 或 采 用 胶 态 悬 浊浆 涂 刷 。 必 须 严 格 控 制 焊 封 的 温 度 和 时 间 ， 以 防 止 焊 料 对 瓷 件 的 过 分 侵 蚀 ， 才

39、 能 保证 必 要 的 焊 封 质 量 ； 活 化 金 属 焊 接 工 艺 ， 必 须 在 高 度 真 空 下 进 行 ， 通 常 真 空 度 必须 高 于 10-4Pa。 对 于 大 型 工 件 来 说 ， 是 非 常 麻 烦 且 难 以 实 现 的 。 因 此 ， 这 种 工 艺 至 今 未 得 到 广 泛 的 应 用 。 特 点 ： 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 6.5.4 封 接 的 结 构 形 式 （ configuration） 应 用 于 电 子 元 件 、 器 件 中 的 陶 瓷 金 属 的 封 接 ， 虽 然 种 类 繁 多 ， 形

40、式 不一 ， 但 就 基 本 结 构 而 言 ， 不 外 乎 对 封 、 压 封 、 穿 封 三 种 ， 如 图 6.16所 示 。 如果 元 件 本 身 结 构 比 较 简 单 ， 则 可 以 使 用 其 中 之 一 种 ， 如 小 型 密 封 电 阻 ， 电 容 ，电 路 基 片 等 。 如 元 器 件 本 身 比 较 复 杂 ， 则 可 能 有 其 中 的 23种 形 式 组 合 而 成 ，如 穿 心 式 电 容 器 ， 陶 瓷 绝 缘 子 ， 真 空 电 容 器 等 。(1) (2) (3)(4) (5) (6) (1)端 头 对 封 ;(2)夹 层 对 封 ;(3)平 压 封 ;(4

41、)斜 压 封 ;(5)实 心 穿 封 ;(6)垫 压 穿 封 (黑 色 表 示 金 属 部 分 ,斜 线 表 示 陶 瓷 )一 、 对 封 ： 对 封 是 通 过 焊 封 将 金 属直 接 平 焊 于 金 属 化 后 的 陶 瓷 端 面 上 。如 右 图 （ 1） 、 （ 2） 所 示 二 、 压 封 ： 即 金 属 件 在 外 ， 瓷 件 在内 。 如 右 图 （ 3） 、 （ 4） 所 示 三 、 穿 封 ： 当 穿 过 瓷 件 的 金 属 件 的 直径 较 细 ， 可 以 直 接 采 用 如 右 图 （ 5）所 示 的 实 心 穿 封 ； 金 属 件 较 粗 应 改 用如 右 图 （ 6

42、） 所 示 压 穿 封 陶 瓷 金 属 封 接 的 主 要 结 构 形 式 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 第 六 节 陶 瓷 表 面 改 性 新 技 术一 、 热 喷 涂 法 （ thermal spraying） ： 利 用 氧 乙 炔 （ 丙 烷 ） 火 焰 、 电 弧 或 等 离 子等 高 温 热 源 将 欲 涂 覆 的 各 种 涂 层 材 料 熔 化 或 软 化 ， 并 用 高 速 射 流 使 之 雾 化 成 微细 颗 粒 液 滴 或 高 温 颗 粒 ， 喷 射 到 经 过 预 处 理 的 基 体 表 面 工 件 表 面 ， 从 而 与 基 体

43、形 成 一 层 牢 固 的 涂 层 的 技 术 ， 达 到 高 度 耐 磨 、 减 摩 、 耐 蚀 、 耐 高 温 以 及 修 补 恢复 尺 寸 等 目 的 二 、 冷 喷 涂 法 ： 利 用 高 压 气 体 携 带 粉 末 颗 粒 从 轴 向 进 入 喷 枪 产 生 超 音 速 流 ， 粉 末颗 粒 经 喷 枪 加 速 后 在 完 全 固 态 下 撞 击 基 体 ， 通 过 产 生 较 大 的 塑 性 变 形 而 沉 积 于 基体 表 面 形 成 涂 层 三 、 溶 胶 凝 胶 法 （ sol-gel） ： 用 易 水 解 的 金 属 醇 盐 或 无 机 盐 ， 在 某 种 溶 剂 中 发生

44、 水 解 反 应 ， 经 水 解 缩 聚 形 成 均 匀 的 溶 胶 ， 将 溶 胶 涂 覆 在 金 属 的 表 面 ， 再 经 干 燥 、热 处 理 （ 焙 烧 ） 后 形 成 涂 层 6.6.1 陶 瓷 材 料 传 统 的 表 面 改 性 技 术 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 四 、 物 理 化 学 气 相 沉 积 法 （ physical chemical vapor deposition） ： 气 相 沉 积 是 指 以 材 料 的 气 态 （ 或 蒸 汽 ） 或 气 态 物 质 化 学 反 应 的 产 物 在 工 件 表面 形 成 涂 层 的

45、 技 术 ， 前 者 称 为 物 理 气 相 沉 积 （ PVD） ， 后 者 称 为 化 学 气 相 沉 积（ CVD） 。 物 理 气 相 沉 积 有 溅 射 法 、 离 子 镀 法 、 真 空 蒸 镀 法 等 。 对 于 陶 瓷 基 体 来 说 ， 用的 较 多 的 是 溅 射 法 。 溅 射 法 是 通 过 待 镀 材 料 源 和 基 板 一 起 放 入 真 空 室 内 ， 然 后 利用 正 离 子 轰 击 作 为 阴 极 的 靶 ， 以 动 量 传 递 的 方 法 使 靶 材 中 的 原 子 、 分 子 溢 出 并 在基 板 表 面 上 凝 聚 成 膜 。 化 学 气 相 沉 积 是

46、 指 在 相 当 高 的 温 度 下 ， 混 合 气 体 与 基 体 的 表 面 相 互 作 用 ， 使混 合 气 体 中 的 某 些 成 分 分 解 ， 并 在 基 体 表 面 形 成 一 种 金 属 或 化 合 物 的 固 态 薄 膜 或镀 层 。 五 、 熔 盐 反 应 法 （ molten salt reaction） ： 其 原 理 是 利 用 过 渡 金 属 在 熔 盐 里 歧 化 反 应 ， 在 陶 瓷 表 面 沉 积 金 属 薄 膜 和 涂 层 ， 从 而 改 善 陶 瓷 表 面 的 润 湿 性 能 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 6.6

47、.2 陶 瓷 表 面 改 性 新 技 术一 、 离 子 注 入 技 术 （ ion implanting） ： 它 是 将 所 需 的 元 素 （ 气 体 或 金 属 蒸 汽 ） 通 入 电 离 室 电 离 后 形 成 正 离 子 ，将 正 离 子 从 电 离 室 引 出 进 入 几 十 至 几 百 千 伏 的 高 压 电 场 中 加 速 后 注 入 材 料表 面 ， 在 零 点 几 微 米 的 表 层 中 增 加 注 入 元 素 的 浓 度 ， 同 时 产 生 辐 照 损 伤 ，从 而 改 变 材 料 的 结 构 和 各 种 性 能 。 （ 1） 离 子 注 入 技 术 原 理 及 装 置

48、离 子 注 入 是 指 从 离 子 源 中 引 出 离 子 ，经 过 加 速 电 位 加 速 ， 离 子 获 得 一 定 的 初 速 度尔 后 进 入 磁 分 析 器 ， 使 离 子 纯 化 ， 从 磁 分 析器 中 引 出 所 需 要 注 入 的 纯 度 极 高 的 离 子 。 加 速 管 将 选 出 的 离 子 进 一 步 加 速 到 所 需 的 能 量 ，以 控 制 注 入 的 深 度 。 聚 焦 扫 描 系 统 将 粒 子 束聚 焦 扫 描 ， 有 控 制 地 注 入 陶 瓷 材 料 表 面 。 离子 注 入 装 置 如 右 图 所 示 离 子 注 入 机 示 意 图 2021-4-2

49、2 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 离 子 注 入 技 术 的 特 点 ： 离 子 注 入 是 一 个 非 平 衡 过 程 ， 注 入 元 素 不 受 扩 散 系 数 、 固 溶 度 和 平衡 相 图 的 限 制 ， 理 论 上 可 将 任 何 元 素 注 入 到 任 何 基 体 材 料 中 去 。 离 子 注 入 是 原 子 的 直 接 混 合 ， 注 入 层 厚 度 为 0.1m， 但 在 摩 擦 条 件下 工 作 时 ， 由 于 摩 擦 热 作 用 ， 注 入 原 子 不 断 向 内 迁 移 ， 其 深 度 可 达 原始 注 入 深 度 的 1001000倍 ， 使

50、用 寿 命 延 长 。 离 子 注 入 元 素 是 分 散 停 留 在 基 体 内 部 ， 没 有 界 面 ， 故 改 性 层 与 基 体之 间 的 结 合 强 度 很 高 ， 附 着 性 好 ； 离 子 注 入 是 在 高 真 空 （ 10-410-5Pa） 和 较 低 的 温 度 下 进 行 的 ， 因此 工 件 不 产 生 氧 化 脱 碳 现 象 ， 也 没 有 明 显 的 尺 寸 变 化 ， 故 适 宜 工 件 的 最 后 表 面 处 理 。 缺 点 ： 有 时 无 法 处 理 复 杂 的 凹 面 和 内 腔 ； 注 入 层 较 薄 ； 离 子 注 入 机价 格 昂 贵 ， 加 工 成

51、 本 较 高 。 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 金 属 蒸 汽 真 空 弧 离 子 源 是 利 用 阴 、 阳 极 间的 真 空 电 弧 放 电 原 理 来 建 立 等 离 子 体 的 右 图为 MEVVA源 的 电 源 原 理 。（ 2） 金 属 蒸 汽 真 空 离 子 源 技 术 （ metal vapor vacuum arc） 弧 阳 极阴 极磁 铁 引 出 电 极触 发 器 抑 制 栅 极引 出 系 统弧 MEVVA源 的 电 源 原 理 特 点 ：（ 1） 能 给 出 的 离 子 种 类 多（ 2） 注 入 效 率 高（ 3） 离 子 电

52、荷 态 高 ， 可 大 幅 度 地 降 低 注入 机 的 制 造 成 本（ 4） 离 子 束 纯 度 高 ， 进 一 步 降 低 注 入 机的 制 造 成 本 （ 5） 可 实 现 多 种 元 素 的 离 子 在 相 同 条 件下 的 注 入 和 掺 杂 ， 并 省 去 重 复 抽 真 空 的时 间 。 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 （ 3） 离 子 注 入 对 陶 瓷 表 面 材 料 表 面 力 学 性 能 的 影 响 离 子 注 入 对 陶 瓷 表 面 材 料 断 裂 韧 性 的 影 响 ： 陶 瓷 材 料 的 致 命 缺 陷 是 脆 性 大 ，

53、利 用 离 子 注 入 可 以 在 一 定 程 度 上 提 高 陶瓷 的 断 裂 韧 性 。 离 子 注 入 对 陶 瓷 抗 弯 强 度 的 影 响 ： 因 为 离 子 注 入 使 材 料 表 面 产 生 辐 照 损 伤 ， 体 积 膨 胀 ， 产 生 表 面 压 应 力 ，这 是 材 料 强 度 增 加 的 主 要 原 因 ， 但 是 如 果 材 料 表 面 的 裂 纹 尺 寸 超 过 了 注 入 引起 的 表 面 压 应 力 的 厚 度 ， 其 增 强 效 果 会 减 小 。 离 子 注 入 对 陶 瓷 硬 度 的 影 响 ： 一 般 来 说 ， 低 剂 量 注 入 时 ， 离 子 束 引

54、 起 表 面 硬 化 ， 使 得 材 料 硬 度 会 增 大 ，但 是 剂 量 增 到 一 定 程 度 时 ， 当 陶 瓷 表 面 呈 无 定 形 后 ， 硬 度 就 会 急 剧 下 降 。 离 子 注 入 对 陶 瓷 摩 擦 性 能 的 影 响 ： 陶 瓷 材 料 的 摩 擦 损 失 常 与 表 面 性 能 有 密 切 关 系 。 离 子 注 入 可 以 改 善 材 料的 表 面 性 能 ， 从 而 提 高 材 料 表 面 的 抗 磨 损 性 能 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 二 、 等 离 子 体 喷 涂 （ plasma spraying）（ 1

55、） 等 离 子 体 与 表 面 的 相 互 作 用 低 温 等 离 子 体 中 存 在 具 有 一 定 能 量 分 布 的 电 子 、 离 子 和 中 性 粒 子 ， 通 过它 们 与 材 料 表 面 的 撞 击 ， 会 将 自 己 的 能 量 传 递 给 材 料 表 面 的 原 子 或 分 子 ， 产生 解 析 、 溅 射 、 刻 蚀 、 蒸 发 等 各 种 物 理 、 化 学 过 程 。 一 些 粒 子 还 会 注 入 到 材料 表 面 引 起 级 联 碰 撞 、 散 射 、 激 发 、 重 排 、 异 构 、 缺 陷 、 晶 化 或 非 晶 化 ， 从而 改 变 材 料 表 面 的 组

56、织 和 性 能 。（ 2） 脉 冲 等 离 子 沉 积 （ pulse plasma deposition） 用 于 薄 膜 合 成 、 表 面 改 性 技 术 中 的 脉 冲 能 量 束 一 般 为 脉 冲 激 光 束 、 脉 冲电 子 束 、 脉 冲 等 离 子 束 。 与 脉 冲 电 子 束 、 脉 冲 激 光 束 相 比 ， 脉 冲 等 离 子 体 具有 电 子 温 度 高 、 等 离 子 体 密 度 高 、 定 向 速 度 高 、 功 率 大 等 特 点 。 脉 冲 等 离 子 体 应 用 于 材 料 表 面 改 性 具 有 设 备 简 单 、 处 理 温 度 可 以 在 室 温 进

57、 行 、 沉 积 速 率高 、 薄 膜 与 基 底 粘 结 力 强 等 优 点 ， 并 兼 有 激 光 表 面 处 理 、 电 子 束 处 理 、 冲 击波 轰 击 、 离 子 注 入 、 溅 射 、 化 学 气 相 沉 积 等 综 合 性 特 点 。 在 制 备 薄 膜 时 可 在室 温 下 合 成 亚 稳 态 相 和 其 他 化 合 物 材 料 。 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 （ 3） 脉 冲 高 能 量 密 度 等 离 子 体 脉 冲 高 能 量 密 度 等 离 子 体 的 基 本 构 思 ： 将高 能 量 密 度 等 离 子 体 ， 瞬 间

58、地 作 用 在 材 料 表面 ， 可 以 导 致 材 料 表 面 出 现 局 部 急 剧 熔 化 ，紧 接 着 急 剧 冷 却 凝 固 ， 加 热 或 冷 却 速 率 可 达108 1010 K/s。 因 此 可 以 在 基 材 表 面 形 成 一层 微 晶 或 非 晶 薄 膜 ， 从 而 达 到 改 善 材 料 表 面性 能 的 目 的 。 通 过 改 变 同 轴 枪 内 、 外 电 极 材料 ， 工 作 气 体 种 类 及 工 艺 参 数 ， 可 以 获 得 不同 种 类 和 比 例 的 等 离 子 体 束 ， 从 而 可 以 在 室 温 下 制 备 各 种 稳 态 和 亚 稳 态 相 的

59、 薄 膜 脉 冲 高 能 量 密 度 等 离 子 体 的 产 生 装 置 是 根据 同 轴 等 离 子 体 加 速 器 的 概 念 设 计 的 ， 装 置如 右 图 所 示 + _+ +_ _ 样品等 离 子 气 团抽 真 空外 电 极绝 缘 体 内 电 极开 关充 放 电 路RC 脉 冲 高 能 量 密 度 等 离 子 体同 轴 枪 原 理 图 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 （ 4） 脉 冲 高 能 量 密 度 等 离 子 体 表 面 改 性 脉 冲 高 能 量 密 度 等 离 子 体 技 术 用 于 陶 瓷 表 面 金 属 化 的 原 因 ：（ 1

60、） 通 常 用 铜 代 替 铝 作 为 集 成 电 路 的 金 属 材 料 ， 目 前 方 法 沉 积 得 到 的 铜 膜 由于 与 氧 化 铝 基 底 的 润 湿 性 很 差 ， 造 成 金 属 膜 与 基 底 结 合 不 牢 。（ 2） 脉 冲 高 能 量 密 度 等 离 子 体 在 处 理 材 料 时 ， 等 离 子 体 能 够 与 基 底 材 料 直 接发 生 反 应 ， 这 样 ， 制 备 薄 膜 及 膜 /基 混 合 可 同 步 实 现 ， 能 够 有 效 提 高 膜 /基 结 合力 。 脉 冲 高 能 量 密 度 等 离 子 体 技 术 用 于 刀 具 表 面 改 性 方 面 利

61、 用 脉 冲 高 能 量 密 度 等 离 子 体 技 术 在 Si3N4陶 瓷 刀 具 和 硬 质 合 金 刀 具 表 面沉 积 Ti(C,N)涂 层 后 ， 具 有 很 好 的 硬 度 效 果 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 三 、 激 光 技 术 （ laser spraying） 激 光 表 面 处 理 采 用 大 功 率 密 度 的 激 光 束 、 以 非 接 触 性 的 方 式 加 热 材 料 表 面 ，借 助 于 材 料 表 面 本 身 传 导 冷 却 ， 来 实 现 其 表 面 改 性 的 工 艺 方 法 。优 点 ： 能 量 传 递 方

62、便 ， 可 以 对 被 处 理 工 件 表 面 有 选 择 地 局 部 强 化 ； 能 量 作 用 集 中 ， 加 工 时 间 短 ， 热 影 响 区 小 ， 激 光 处 理 后 ， 工 件 变 形 小 ； 可 处 理 表 面 形 状 复 杂 的 工 件 ， 而 且 容 易 实 现 自 动 化 生 产 线 ； 激 光 表 面 改 性 的 效 果 比 普 通 方 法 更 显 著 ， 速 度 快 ， 效 率 高 ， 成 本 低 ； 通 常 只 能 处 理 一 些 薄 板 金 属 ， 不 适 宜 处 理 较 厚 的 板 材 ， 但 可 以 作 为 建 筑 卫 生 陶 瓷 的 表 面 修 补 ； 激

63、光 表 面 处 理 包 括 激 光 表 面 硬 化 、 激 光 冲 击 硬 化 、 激 光 表 面 熔 化 、 激 光 表面 合 金 化 和 激 光 表 面 涂 覆 等 （ 1） 激 光 表 面 处 理 技 术 的 原 理 及 特 点 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 （ 2） 激 光 表 面 喷 涂 右 图 为 激 光 表 面 喷 涂 喷 嘴 示 意图 。 该 装 置 有 激 光 发 生 器 、 喷 涂 材 料供 给 装 置 、 高 压 气 体 供 给 装 置 组 成 。该 方 法 属 于 同 步 吹 送 法 ， 它 的 特 点 是利 用 高 温 度 、

64、 高 能 量 密 度 的 激 光 作 为光 源 ， 使 喷 涂 材 料 和 喷 涂 气 氛 的 气 体反 应 来 制 作 非 金 属 涂 层 。 激 光 发 生 器光 轴 激 光 束喷 涂 用 喷 嘴透 镜 保 护 气 体粉 末高 压 气 体 高 压 气 体 喷 嘴 主 喷 嘴激 光 束 聚 焦 点 涂 层基 体 移 动 方 向 基 体 线 材 或 粉 末送 进 装 置激 光 喷 涂 喷 嘴 示 意 图 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 （ 3） 脉 冲 激 光 沉 积 镀 膜它 是 将 准 分 子 脉 冲 激 光 器 所 产 生 的 高 功 率 脉 冲激

65、 光 束 聚 焦 作 用 于 靶 材 料 表 面 ， 使 靶 材 料 表 面产 生 高 温 及 熔 蚀 ， 并 进 一 步 产 生 高 温 高 压 等 离子 体 （ T104K） ， 这 种 等 离 子 体 定 向 局 域 膨 胀发 射 并 在 衬 底 上 沉 积 而 形 成 薄 膜 。 典 型 的 PLD沉积 装 置 主 要 由 激 光 扫 描 系 统 、 真 空 室 制 膜 系 统 、监 测 系 统 组 成 （ 图 6.21） 。 准 分 子 激 光 器激 光 束聚 光 透 镜 真 空 室 靶 材等 离子 羽辉基 片脉 冲 激 光 沉 积 示 意 图脉 冲 激 光 沉 积 镀 膜 示意 图

66、优 点 ： 易 于 保 证 镀 膜 后 化 学 计 量 比 的 稳 定 反 应 迅 速 ， 生 长 快 。 定 向 性 强 、 薄 膜 分 辩 率 高 ， 能 实 现 微 区 沉 积 生 长 过 程 中 可 原 位 引 入 多 种 气 体 易 制 多 层 膜 和 异 质 膜 易 于 在 较 低 温 度 下 原 位 生 长 取 向 一 致 的 结 构 和 外 延 单 晶 膜 高 真 空 环 境 对 薄 膜 污 染 少 可 制 成 高 纯 薄 膜 可 制 膜 种 类 多 2021-4-22 河 南 省 精 品 课 程 陶 瓷 工 艺 原 理 四 、 爆 炸 喷 涂 （ explosion spraying） 喷 涂 时 ， 首 先 将 定 量 的 乙 炔 和氧 由 供 气 口 送 入 水 冷 喷 腔 的 内 腔 ，再 从 另 一 入 口 送 入 氮 气 ， 同 时 将 粉末 从 供 料 口 送 入 ， 这 些 粉 末 在 燃 烧气 体 中 浮 游 ， 火 花 塞 点 火 ， 气 体 爆炸 产 生 的 热 能 和 压 力 转 化 成 动 能 ，使 粉 末 达 到 熔 融 状 态 并 高 速