特种陶瓷 课件 3章 特种陶瓷烧结工艺（2009.11.13）.pptVIP

第3章 特种陶瓷的烧结工艺 烧结（sintering）是一种利用热能使粉末坯体致密化的技术。其具体 的定义是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。 陶瓷坯体烧结后在宏观上的变化是：体积收缩、致密度提高、强度增加。因此烧结程度可以用坯体的收缩率、气孔率或体积密度与理论密度之比等指标来衡量。 陶瓷的烧结，可以分为固相烧结和液相烧结。高纯物质在烧结温度下通常无液相出现，属固相烧结，如高纯氧化物等结构陶瓷大多是通过固相烧结成瓷的。而有些在烧结时常有液相出现，属液相烧结，如滑石瓷。另外，根据有无外加压力，把烧结分为无压力烧结（常压烧结）和加压烧结（热压烧结）两大类。 一、低温烧结（low temperature sintering） 1、引入添加剂 其机理可分为两类：一是添加剂的引入使晶格空位增加，易于扩散，烧结速度加快；二是添加剂的引入使液相在较低的温度下生成，出现液相后晶体能作粘性流动，因而促进了烧结。例如：Al2O3中添加TiO2、MgO、MnO等添加剂后，就显著促进了烧结。在Si3N4中添加MgO、Y2O3、Al2O3等均可加快烧结速度。 2、压力烧结（pressure sintering） 3、使用易于烧结的粉料：使粉末颗粒微细化。随着粉末颗粒的微细化，粉体的显微结构和相关性能等将会发生变化，能加速粉料在烧结过程中动力学过程、降低烧结温度和缩短烧结时间。 二、热压烧结（hot pressed sintering） 热压法的优点： ①降低坯件的成形压力：为冷法干压成型的1/10左右。 ②降低产品的烧成温度，缩短烧成时间并提高坯体致密度。如用普通方法烧BeO陶瓷，1800℃保温15分钟只能达到90%的理论密度，用热压法，则在1600℃就可达98%理论密度。 ③能有效控制制品的显微结构，晶粒不易长大；气孔的分布比较均匀且气孔率低，甚至接近于零。 热压法的缺点是加热、冷却时间长，而且必须进行后加工，生产效率低，成本高。 三、高温等静压法（high isostatic pressing） 四、气氛烧结（atmosphere sintering） 对于空气中很难烧结的制品，为防止其氧化等，研究了气氛烧结方法。即在炉膛内通入一定气体，形成所要求的气氛，在此气氛下进行烧结。 3、引入气氛片(atmospheric pellet)的烧结 锆钛酸铅压电陶瓷等含有在高温下易挥发成分的材料，在密闭烧结时，为抑制低熔点物质的挥发，常在密闭容器内放入一定量的与瓷料组成相近的坯体即气氛片，也可使用与瓷料组成相近的粉料。（目的是形成较高易挥发成分的分压，以保证材料组成的稳定。） 五、其他烧结方法 1、电场烧结（sintering in electric field） 2、超高压烧结（ultra-high pressure sintering） 3、活化烧结（activated sintering）[又称为反应烧结（reactive sintering）或强化烧结(intensified sintering)] 4、活化热压烧结（activated hot pressing sintering） 5、放电等离子体烧结(Spark Plasma Sintering，简写为SPS) 6、爆炸烧结（explosion sintering） 7、微波烧结（microwave sintering） 1、电场烧结（sintering in electric field） 某些高居里点的铁电陶瓷，在其烧结温度下对坯体的两端施加直流电场，待冷却至居里点以下撤去电场，即可得到有压电性的陶瓷样品。 铁电陶瓷在高温下失去自发极化性能，在低温时具有自发极化性能而成为铁电相。此相变温度称为居里温度（curie temperature）或居里点（curie point)。 2、超高压烧结（ultra-high pressure sintering） 即在几十万大气压以上的压力下进行烧结。 烧结特点：不仅能够使材料迅速达到高密度，具有细晶粒（小于1um），而且使晶体结构甚至原子、电子状态发生变化，从而赋予材料在通常烧结或热压烧结工艺下所达不到的性能。 3、活化烧结（activated sintering） 其原理是在烧结前或者在烧结过程中，采用某些物理的或化学的方法，使反应物的原子或分子处于高能状态，利用这种高能状态的不稳定性，容易释放出能量而变成低能态，作为强化烧结的新工艺，所以又称为反应烧结（reactive sintering）或强化烧结(intensified sintering)。 其优点是可降低烧结温度、缩短烧结时间、改善烧结效果等 。 4、活化热压烧结（activated