陶瓷烧结过程课件

陶瓷烧结过程1陶瓷的烧结过程 陶瓷成形体（素坯）是由陶瓷粉体聚合而成的多孔体，气孔率一般为35-60%。在高温条件下（熔点的0.5-0.7），由于物质迁移，素坯体积收缩，气孔排除，形成致密的多晶陶瓷体烧结 烧结伴随气孔形状变化、气孔率下降、密度提高（致密陶瓷相对密度98%）、晶粒长大陶瓷烧结过程2烧结的驱动力 粉体表面能与界面能的差 传质过程 扩散传质 溶解析出传质 蒸发凝聚传质 粘性流动陶瓷烧结过程3烧结过程 粉体颗粒间的粘接、致密化 晶粒长大 晶界相 影响烧结的因素 温度、气氛、压力 粉体活性 烧结助剂陶瓷烧结过程4烧结方法 常压烧结 热压烧结 热等静压烧结 电弧等离子放电烧结 微波烧结 自蔓延烧结陶瓷烧结过程5常压烧结 在大气环境下，仅通过加热使陶瓷烧结的方法。用于制备氧化物陶瓷 烧成制度：各阶段温度点、升温速度、保温时间、降温速度 裸烧、匣钵陶瓷烧结过程6窑炉类型 间歇式：箱式电炉 钟罩窑、梭式窑 连续式：推板窑、辊道窑 隧道窑陶瓷烧结过程7电炉发热体 马弗炉：金属合金丝（1100C）硅碳棒，SiC（1400C）硅钼棒，MoSi2（1700C）氧化锆，（2000C）陶瓷烧结过程8钟罩窑、梭式窑陶瓷烧结过程9辊道窑、推板窑陶瓷烧结过程10隧道窑陶瓷烧结过程11促进烧结的方法 高密度、高均匀性的成形体 烧结助剂 产生低温液相 形成固溶体 钉扎界面，抑制晶粒生长陶瓷烧结过程12真空烧结、气氛烧结 真空电阻炉：钨丝或石墨发热体（2000、2300C、可高真空、可通惰性保护气体N2、Ar）管式气氛炉：电热丝、硅碳、硅钼 非氧化物陶瓷烧结陶瓷烧结过程13氮化硅陶瓷的无压烧结 氮化硅无熔点、高温分解（1900C）能形成液相的氧化物烧结助剂（Y2O3-Al2O3,MgO-Al2O3-SiO2）采用氮化硅为原料，1420C相变为相，有利烧结，且该相为柱状晶，力学性能好。埋粉（Si3N4：BN：MgO=5:4:1）抑制氮化硅分解陶瓷烧结过程14氮化硅的气压烧结（Gas Pressure Sintering GPS）为了抑制氮化物分解，在N2气压力1-10MPa高压下烧成。对于氮化硅常压烧成温度要低于1800C，而气压烧结温度可提高到2100-2390C。陶瓷烧结过程15热压烧结（Hot Pressing,HP）加热的同时施加机械压力，增加烧结驱动力，促进烧结 粘性流动 塑性变形 晶界滑移 颗粒重排 一般采用石墨模具，表面涂覆氮化硼，防止反应陶瓷烧结过程16热等静压（Hot Isostatic Pressing,HIP）以高压气体作为压力介质作用于陶瓷材料（包封的粉体和素坯，或烧结体），使其在高温环境下受到等静压而达到高致密化 一般用玻璃封装 HIP的特点：降低烧成温度、缩短烧成时间 减少或不用烧结助剂 提高陶瓷性能及可靠性 便于制造复杂形状产品陶瓷烧结过程17微波烧结 利用微波与材料的相互作用，其介电损耗导致陶瓷坯体自身发热而烧结 加热快 整体均匀加热 无热惯性，烧成周期短 可实现局部加热修复等 能效高 无热源污染陶瓷烧结过程18材料与微波的相互作用 微波透过材料（无吸收）：石英玻璃、云母、聚四氟乙烯 微波反射材料：金属 微波吸收材料（损耗介质）：低温吸收小，高于某温度急剧增加：Al2O3、MgO、ZrO2、Si3N4等 室温就高吸收：CaCO3、Fe2O3、Cr2O3、SiC等陶瓷烧结过程19材料与微波的相互作用 吸收功率：穿透深度：升温速率：202tanrPfE 01202tan(/)rD pdTPdtC陶瓷烧结过程20放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering,SPS）对模具或样品直接施加大脉冲电流，通过热效应或其他场效应，使试样烧结 压力500t，脉冲电流25kA 数分钟完成陶瓷烧结陶瓷烧结过程21放电等离子烧结原理陶瓷烧结过程22其他烧结方法 自蔓延烧结：SHS合成+压力陶瓷烧结过程23