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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 1 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 2 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 3 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 4 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 5 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 6 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 7 钟罩窑 梭式窑 8 辊道窑 推板窑 9 隧道窑 10 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 11 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 12 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 13 氮化硅的气压烧结 GasPressureSinteringGPS 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 14 热压烧结 HotPressing 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 15 热等静压 HotIsostaticPressing 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 16 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 17 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 18 材料与微波的相互作用 吸收功率 穿透深度 升温速率 19 放电等离子烧结 SparkPlasmaSintering 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 20