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陶瓷百科

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特種陶瓷:燒結(jié)技術(shù)大揭秘
來(lái)源:粉體網(wǎng)  發(fā)布時(shí)間:2018/7/20 10:16:24  點(diǎn)擊:1537

      特種陶瓷的主要制備工藝過(guò)程包括坯料制備、成型和燒結(jié)三步。在成型工藝完成后,燒結(jié)可以控制晶粒的生長(zhǎng),對(duì)材料的使用性能影響至關(guān)重大。到目前為止,陶瓷燒結(jié)技術(shù)一直是人們不斷突破的領(lǐng)域。

特種陶瓷燒結(jié)原理


      燒結(jié)是指成型后的坯體在高溫作用下、通過(guò)坯體間顆粒相互粘結(jié)和物質(zhì)傳遞,氣孔排除,體積收縮,強(qiáng)度提高、逐漸變成具有一定的幾何形狀和堅(jiān)固燒結(jié)體的致密化過(guò)程。在宏觀和微觀上對(duì)燒結(jié)現(xiàn)象進(jìn)行觀察,可以看到宏觀上,燒結(jié)后的產(chǎn)物體積收縮,致密度提高,強(qiáng)度增加。微觀上,氣孔形狀改變,晶體長(zhǎng)大,成份變化(摻雜元素)。按照燒結(jié)過(guò)程中的變化,主要將燒結(jié)分為以下階段:

1、燒結(jié)前期階段

      a.粘結(jié)劑等的脫除:如石蠟在250~400℃全部汽化揮發(fā)。

      b.隨著燒結(jié)溫度升高。原子擴(kuò)散加劇,空隙縮小,顆粒間由點(diǎn)接觸轉(zhuǎn)變?yōu)槊娼佑|,空隙縮小,連通孔隙變得封閉,并孤立分布。

      c.小顆粒率先出現(xiàn)晶界,晶界移動(dòng),晶粒變大。

2、燒結(jié)后期階段

      a、孔隙的消除:境界上的物質(zhì)不斷擴(kuò)散到孔隙處,使孔隙逐漸消除。

      b、晶粒長(zhǎng)大:晶界移動(dòng),晶粒長(zhǎng)大。

 

      陶瓷燒結(jié)主要可分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié),并分別對(duì)應(yīng)著不同的反應(yīng)機(jī)理。液相燒結(jié)的反應(yīng)機(jī)理可簡(jiǎn)單歸納為熔化、重排、溶解-沉淀、氣孔排除;按照燒結(jié)體的結(jié)構(gòu)特征,將固相燒結(jié)機(jī)理劃分為3個(gè)階段:燒結(jié)初期、燒結(jié)中期和燒結(jié)后期。


燒結(jié)前期:在燒結(jié)初期,顆粒相互靠近,不同顆粒間接觸點(diǎn)通過(guò)物質(zhì)擴(kuò)散和坯體收縮形成頸部。在這個(gè)階段,顆粒內(nèi)的晶粒不發(fā)生變化,顆粒的外形基本保持不變。 

燒結(jié)中期:燒結(jié)頸部開(kāi)始長(zhǎng)大,原子向顆粒結(jié)合面遷移,顆粒間距離縮小,形成連續(xù)的孔隙網(wǎng)絡(luò)。該階段燒結(jié)體的密度和強(qiáng)度都增加。 

燒結(jié)后期:一般當(dāng)燒結(jié)體密度達(dá)到90%,燒結(jié)就進(jìn)入燒結(jié)后期。此時(shí),大多數(shù)孔隙被分隔,晶界上的物質(zhì)繼續(xù)向氣孔擴(kuò)散、填充,隨著致密化繼續(xù)進(jìn)行,晶粒也繼續(xù)長(zhǎng)大。這個(gè)階段燒結(jié)體主要通過(guò)小孔隙的消失和孔隙數(shù)量的減少來(lái)實(shí)現(xiàn)收縮,收縮緩慢。

特種陶瓷燒結(jié)方法

    人們根據(jù)不同的依據(jù)分別對(duì)陶瓷的燒結(jié)方法進(jìn)行分類,其特點(diǎn)及適用范圍如下:



 

影響燒結(jié)的因素

粉末顆粒度

      細(xì)顆粒增加燒結(jié)推動(dòng)力,縮短原子擴(kuò)散距離,提高顆粒在液相中的溶解度,導(dǎo)致燒結(jié)過(guò)程加速,但是過(guò)細(xì)的顆粒容易吸附大量氣體,妨礙顆粒間的接觸,阻礙燒結(jié),因此必須根據(jù)燒結(jié)條件合理的選擇粒度。

外加劑的作用

      固相燒結(jié)中,外加劑可通過(guò)增加缺陷促進(jìn)燒結(jié);液相燒結(jié)中,外加劑可通過(guò)改變液相的性質(zhì)來(lái)促進(jìn)燒結(jié)。

燒結(jié)溫度和時(shí)間

      提高燒結(jié)溫度對(duì)固相擴(kuò)散等傳質(zhì)有利,但過(guò)高的溫度會(huì)促使二次結(jié)晶,使材料性能惡化。燒結(jié)的低溫階段以表面擴(kuò)散為主,高溫階段以體積擴(kuò)散為主,低溫?zé)Y(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)致密化不利,是材料的性能變壞,因此通常采用高溫短時(shí)燒結(jié)提高材料的致密度。

燒結(jié)氣氛

      在空氣中燒結(jié),會(huì)使晶體生成空位、造成缺陷,所以燒結(jié)不同的基體材料要對(duì)氣氛進(jìn)行選擇。而氣氛對(duì)燒結(jié)的影響又十分復(fù)雜。一般材料如TiO2BeOAl2O3等,在還原氣氛中燒結(jié),氧可以直接從晶體表面逸出,形成缺陷結(jié)構(gòu),從而利于燒結(jié);非氧化物陶瓷,由于在高溫下易被氧化,因而在氮?dú)饧岸栊詺怏w中進(jìn)行燒結(jié);PZT陶瓷,為防止Pb的揮發(fā),要求加氣氛片或氣氛粉體進(jìn)行密閉燒結(jié)

成型壓力

      坯體的成型壓力也對(duì)材料的性能影響至關(guān)重要。成型壓力越大,坯體中顆粒接觸的越緊密,燒結(jié)時(shí)擴(kuò)散阻力越小;過(guò)高的成型壓力又會(huì)是粉料發(fā)生脆性斷裂,不利于燒結(jié)。

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