陶瓷的烧结工艺与设备_升级版.ppt

第九章陶瓷的烧结原理与工艺 一 烧结原理1 烧结 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 通常指在高温下 粉粒复合体 坯体 面积减少 气孔率降低 致密度提高 颗粒间接触面积加大 机械强度提高的过程 1 2 3 4倍 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 烧结现象 宏观上 体积收缩 致密度提高 强度增加 微观上 气孔形状改变 晶体长大 成份变化 掺杂元素 表征 收缩率 气孔率 相对密度 0 5 0 7Tm 烧结温度 2 驱动力 是表面能降低和系统自由能降低的过程 蒸发与凝聚 气相烧结 画图表示P Poexp 当为凸面时 r为正 P Po 蒸气压高 蒸发 为凹面时 r为负 P Po 蒸气压低 沉淀 扩散 流动 固相烧结 除气相扩散外 还包括表面扩散 晶格扩散和晶界扩散 3 烧结过程中的物质传递 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 溶解与沉淀机理 液相烧结 由于加入掺杂相 产生液相 在毛细管力的作用下 颗粒间相互靠近 小颗粒溶解 大颗粒表面沉淀长大 传质容易 烧结速度快 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 二 影响烧结的因素 烧结温度 时间和颗粒的大小 添加剂 促进烧结 阻滞剂 阻碍晶粒长大 控制烧结速度 烧结气氛 压力 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 三 陶瓷的烧结方法 普通烧结 常压烧结 又称无压烧结 属于在大气压条件下坯体自由烧结的过程 在无外加动力下材料开始烧结 温度一般达到材料的熔点 即可 在此温度下固相烧结能引起足够原子扩散 液相烧结可促使液相形成或由化学反应产生液相促进扩散和粘滞流动的发生 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 高温隧道窑 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 实验用电炉 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 最高使用温度2500 专门用于高新材料的烧结 如常压烧结碳化硅 氮化硅 其他复合材料的烧结 HTF 300无压烧结碳化硅生产炉 2 热压烧结 包括一般热压烧结和等静压烧结 热压烧结指在烧成过程中施加一定的压力 在 促使材料加速流动 重排与致密化 连续热压烧结生产效率高 但设备与模具费用较高 又不利于过高过厚制品的烧制 热等静压烧结可克服上述弊缺 适合形状复杂制品生产 目前一些高科技制品 如陶瓷轴承 反射镜及军工需用的核燃料 枪管等 亦可采用此种烧结工艺 优点 压力有助于致密化 降低烧结温度 缩短烧结时间 烧成的陶瓷晶粒度小 力学性质好 气孔率接近于零 密度接近于理论密度 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 ZRYS 真空热压烧结炉系列 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 主要技术数据 specification 最高温度 maxtemp 2000 容量 capacity 15 180kg 极限真空度 ultinmatepressure 2 10 3Pa 压升率 pressurerisingrate 0 67Pa h 热区温度均匀性 Tempuniformity 5 最高充气压力 Maxgaspressure 0 18Mpa 液压机压力 Loadofhydraulicpress 500T VHPSF真空热压烧结炉 真空热压烧结炉 主要技术参数 1 最高温度 2000 也可做2300 2 工作区尺寸 160 160mm3 额定功率 40KW4 极限真空度 6 67 10 3Pa5 液压系统压强 16MPa6 压力输入 电动压力线性可调7 压头直径 80 120mm 由用户选择 8 显示方式 位移 压力数字显示 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 气氛烧结 透明Al2O3 高纯 无气孔 真空或氢气中烧结 非氧化物陶瓷 Si3N4 SiC氮气或惰性气体中烧结 含低熔点成份的陶瓷的烧结 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 型号 FPW180 250 2200 100 SP生产厂家 德国KCE公司经费来源 世行贷款使用日期 1995 5常用工作温度 2000 C最高工作温度 2200 C最高工作压力 100bar 最高真空度 10 2 mbar 工作气体 Ar N2 ZKL系列真空氮气氛烧结炉 气氛压力烧结炉 4 反应烧结 这是通过气相或液相与基体材料相互反应而导致材料烧结的方法 最典型的代表性产品是反应烧结碳化硅和反应烧结氮化硅制品 此种烧结优点是工艺简单 制品可稍微加工或不加工 也可制备形状复杂制品 缺点是制品中最终有残余未反应产物 结构不易控制 太厚制品不易完全反应烧结 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 用途 该设备利用高放热反应自身放出的热合成材料 用于陶冶材料合成 金属间化合物复合材料及梯度功能材料的合成等 主要技术参数 1 冷态极限真空 6 67 10 2Pa2 炉膛容积 100 100mm3 测量精度 2 4 压力 6 4MPa 全自动高压自蔓延反应烧结炉 5 液相烧结 许多氧化物陶瓷采用低熔点助剂促进材料烧结 助剂的加入一般不会影响材料的性能或反而为某种功能产生良好影响 作为高温结构使用的添加剂 要注意到晶界玻璃是造成高温力学性能下降的主要因素 如果通过选择使液相有很高的熔点或高粘度 或者选择合适的液相组成 然后作高温热处理 使某些晶相在晶界上析出 以提高材料的抗蠕变能力 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 6 其它的烧结方法 微波烧结法电弧等离子烧结法自蔓延烧结法气相沉积法 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 型号 FPW180 250 2200 100 SP生产厂家 德国KCE公司经费来源 世行贷款使用日期 1995 5常用工作温度 2000 C最高工作温度 2200 C最高工作压力 100bar 最高真空度 10 2 mbar 工作气体 Ar N2炉子有效空间 f150 180mm炉子有效体积 约3 2dm3发热体内径 180mm发热体高度 约450mm炉体高度 约1000mm功率 3相50KW电源 380V 50Hz冷却水量 约70l min 气氛压力烧结炉是德国KCE公司制造的设备 采用计算机控制控制温度 气体压力 最高使用温度为2200 最高使用气体压力为100atm 广泛用于陶瓷及粉末冶金制品的烧结 尤其是复杂形状的制品 材料烧结后的相对密度可达99 以上 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 型号 HIGH MULIT5000厂商 日本富士电波株拭会社主要技术参数 最高使用温度 2300 压力 热压 5吨 最大气体压力 10atm 真空度 5 10 5 真空及气压烧结坩埚尺寸 110 120mm2 多功能烧结炉是由日本富士电波公司生产的烧结陶瓷 烧结粉末冶金等先进的烧结工艺设备 主要用于结构陶瓷 粉末冶金的烧结以及金属的热处理 该设备热压烧结 压强为25MPa 气压烧结 10atm 真空烧结 5 10 5乇 该设备采用计算机空温 测温 最高使用温度为2200 1 5小时温度可从室温到2200 使用气氛 Ar N2 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 放电等离子加热烧结炉 SPS 放电等离子烧结 SPS 技术是90年代发展起来的材料制备新技术 它具有烧结时间短 烧结密度高等特点 如 Al2O3 纯度为99 99 6分钟升到1350 并恒温3分钟 其相对密度可大于99 由于上述特点 它越来越受到广大材料研究人员的重视 该设备由日本住友石炭矿业株式会社 主要陶瓷材料 金属材料 梯度材料的烧结等 型号 SPS 1050厂商 日本住友石炭矿业株式会社主要技术参数 加热电流5000A 加热电压15V 真空度4 5 10 2乇 加热温度2200 可烧结最大尺寸 50mm 烧结原理 普通烧结 气氛烧结 反应烧结 影响因素 烧结方法 液相烧结 其它方法 热压烧结 160 160mm真空碳管烧结炉上海晨华