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一、燒結(jié)的定義

    一種或多種固體（金屬、氧化物、氮化物、粘土等）粉末經(jīng)過(guò)成型，當(dāng)加熱到一定溫度后便開(kāi)始收縮，在低于熔點(diǎn)溫度下即變成致密的、堅(jiān)硬的燒結(jié)體，這種過(guò)程稱為“燒結(jié)”。

燒結(jié)現(xiàn)象示意圖

二、燒結(jié)方法

1、常壓燒結(jié)

此法為常用燒結(jié)方法，無(wú)需特殊的氣氛，在常壓下燒成，適用于無(wú)特殊要求的新型陶瓷制品的生產(chǎn)。為了降低燒結(jié)溫度，縮短燒成時(shí)間，需引入添加劑和使用易于燒結(jié)的粉料。

工藝特點(diǎn)：

工藝簡(jiǎn)單，成本低，但容易殘留氣孔，強(qiáng)度較差。

2、熱壓燒結(jié)

熱壓燒結(jié)是對(duì)較難燒結(jié)的粉料或生坯在模具內(nèi)施加壓力，同時(shí)升溫?zé)Y(jié)的工藝。

熱壓燒結(jié)的加熱方式有電阻直接加熱、電阻間接加熱、感應(yīng)間接加熱、感應(yīng)直接加熱四種。

熱壓燒結(jié)用的模具材料有石墨、氧化鋁和碳化硅等。石墨可承受70MPa壓力，1500~2000℃的溫度；氧化鋁模可承受200MPa壓力。

工藝特點(diǎn)：

可降低成型壓力、燒結(jié)溫度，無(wú)需加燒結(jié)促進(jìn)劑，能改善制品的性能。但過(guò)程及設(shè)備復(fù)雜，生產(chǎn)控制較嚴(yán)，模具材料要求高，能耗大。

3、反應(yīng)熱壓燒結(jié)

高溫下粉料可能發(fā)生某種化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，利用這一化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的熱壓燒結(jié)工藝稱為反應(yīng)熱壓燒結(jié)。在燒結(jié)傳質(zhì)過(guò)程中，除利用表面自由能下降和機(jī)械作用力推動(dòng)外，再加上一種化學(xué)反應(yīng)能作為推動(dòng)力或激化能，以降低燒結(jié)溫度，而得到致密陶瓷。反應(yīng)熱壓燒結(jié)有下列幾種類型：

（1）相變熱壓燒結(jié)

氧化鋯在相變溫度和0.3MPa壓力下進(jìn)行熱壓燒結(jié)可以在比正常燒結(jié)溫度低的情況下，幾十分鐘內(nèi)燒結(jié)出高穩(wěn)定、高強(qiáng)度、高透明度的細(xì)晶陶瓷。其相變溫度在800~1200℃之間緩慢進(jìn)行。

（2）分解熱壓燒結(jié)

利用與某一氧化物陶瓷相對(duì)應(yīng)的氫氧化物或水合物作為原料，它們?cè)诟邷剡^(guò)程中發(fā)生脫水或釋氣分解時(shí)，出現(xiàn)活性極高的介穩(wěn)假晶結(jié)構(gòu)。此時(shí)施加合適的機(jī)械力進(jìn)行熱壓燒結(jié)，則可在較低溫度、壓力和短時(shí)間內(nèi)獲得高密度、高強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)陶瓷。如用鎂或鋁的氫氧化物（或其硫酸鹽）來(lái)燒制氧化鎂、氧化鋁瓷，只需加0.3~1MPa壓力，溫度在900~1200℃，加壓0.5h可獲得相對(duì)密度為99%以上的制品。

（3）分解合成熱壓燒結(jié)

分解合成熱壓燒結(jié)是利用分解反應(yīng)期的高度活性，在壓力作用下與異類物質(zhì)產(chǎn)生合成反應(yīng)，然后再在壓力作用下燒結(jié)成致密陶瓷。為使合成反應(yīng)能進(jìn)行得比較均勻和徹底，熱壓時(shí)間可以稍長(zhǎng)些，但其燒成溫度通常都比分解反應(yīng)的熱壓燒結(jié)溫度低。

4、熱等靜壓燒結(jié)

熱等靜壓燒結(jié)工藝是將粉末壓坯或裝入包套的粉料放入高壓容器中，在高溫和均衡壓力的作用下，將其燒結(jié)為致密體。

熱等靜壓燒結(jié)需要一個(gè)能夠承受足夠壓力的燒結(jié)室——高壓釜。小型熱等靜壓裝置中，加熱體可置于釜外，大型的則置于高壓釜之內(nèi)，通常以鉬絲為發(fā)熱體，以氮、氬、氦等惰性氣體為傳壓介質(zhì)。燒結(jié)溫度可高達(dá)2700℃之多，高壓釜本身可采用循環(huán)水冷卻，以保持足夠的強(qiáng)度和防止高溫腐蝕。

    熱等靜壓燒結(jié)可制造高質(zhì)量的工件，其晶粒細(xì)勻、晶界致密、各向同性、氣孔率接近零，密度接近理論密度。該法已用于介電、鐵電材料，氮化硅、碳化硅及復(fù)合材料致密件等的生產(chǎn)。

工藝特點(diǎn)：

能制造結(jié)構(gòu)均勻的高強(qiáng)度陶瓷制品；但需要產(chǎn)生高溫高壓氣體的裝置和復(fù)雜的模具，模具材料有純鐵、軟鋼、不銹鋼、鎳、鈦、鉬、鉑等。

5、無(wú)包套熱等靜壓燒結(jié)

無(wú)包套熱等靜壓燒結(jié)是80年代的新技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是將粉料成型和預(yù)燒封孔后，通入壓力為1~10MPa的氣體進(jìn)行燒結(jié)，以獲得無(wú)孔致密燒結(jié)的氧化物、氮化硅等新型陶瓷制品。

工藝特點(diǎn)：

與普通熱等靜壓燒結(jié)相比，無(wú)需投資大的熱等靜壓機(jī)，并取消了包套和剝套工序，降低了熱等靜壓成本；生產(chǎn)效率較高，可生產(chǎn)異形制品，無(wú)需后加工；無(wú)包套熱等靜壓燒結(jié)法可生產(chǎn)無(wú)孔致密材料，大大提高了制品的質(zhì)量。

6、氣氛燒結(jié)

對(duì)于空氣中很難燒結(jié)的制品（如透光體或非氧化物），為防止其氧化，可在爐膛內(nèi)通入一定量的某種氣體，在這種特定氣氛下進(jìn)行燒結(jié)稱為“氣氛燒結(jié)”。此方法適用于：

（1）制備透光性陶瓷

以高壓鈉燈用氧化鋁透光燈管為例，為使燒結(jié)體具有優(yōu)異的透光性，必須使燒結(jié)體中的氣體率盡量降低，只有在真空或氫氣中燒結(jié)，氣孔內(nèi)的氣體才能很快地進(jìn)行擴(kuò)散而消除。其它如MgO、Y2O3、BeO、ZrO2等透光陶瓷也都應(yīng)采用氣氛燒結(jié)法。

（2）防止非氧化物陶瓷的氧化

氮化硅、碳化硅等非氧化物陶瓷也必須在氮及惰性氣體中進(jìn)行燒結(jié)。對(duì)于在常壓下高溫易于氣化的材料，可使其在稍高壓力下燒結(jié)。

（3）對(duì)易揮發(fā)成分進(jìn)行氣氛控制

在陶瓷的基本成分中，如含有某種揮發(fā)性高的物質(zhì)時(shí)，在燒結(jié)過(guò)程中，它將不斷向大氣擴(kuò)散，從而使基質(zhì)中失去準(zhǔn)確的化學(xué)計(jì)量比。因此，為了保持必要的成分比，除在配方中適當(dāng)加重易揮發(fā)成分外，還應(yīng)注意燒成時(shí)的氣氛保護(hù)。

工藝特點(diǎn)：

可使燒結(jié)體具有優(yōu)異的透光性，但影響因素多，工藝要求高。

7、反應(yīng)燒結(jié)

反映燒結(jié)法是通過(guò)多孔坯體同氣相或液相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使坯體質(zhì)量增加、孔隙減小，并燒結(jié)成具有一定強(qiáng)度和尺寸精度的成品的一種燒結(jié)工藝。

影響反應(yīng)過(guò)程的因素有坯件原始密度、硅粉粒度和坯件厚度等。對(duì)于粗顆粒硅粉，氮?dú)獾臄U(kuò)散通道少，擴(kuò)散入硅顆粒中心部位需要的時(shí)間長(zhǎng)，因此，反應(yīng)增重少，反應(yīng)的厚度薄。坯件原始密度大也不利于反應(yīng)。

工藝特點(diǎn)：

能制造形狀復(fù)雜、尺寸的產(chǎn)品，燒結(jié)后產(chǎn)品尺寸不變，有氣孔殘留，制品強(qiáng)度低。

8、化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法簡(jiǎn)稱CVD法，其方法是將準(zhǔn)備在其表面沉積一層瓷質(zhì)的物質(zhì)置于真空室中，加熱至一定溫度，然后將欲被覆瓷料的氣態(tài)化合物通過(guò)加熱載體的表面。在某一特定的溫度下，氣體與加熱基體的表面接觸后，氣相發(fā)生分解反應(yīng)，并將瓷料沉積于基體表面。隨著分解產(chǎn)物的不斷沉積，晶粒不斷長(zhǎng)大，直至形成致密多晶的結(jié)構(gòu)。

工藝特點(diǎn)：

能獲得高純度制品，但易殘留氣孔，不能制造大型或厚壁產(chǎn)品。