陶瓷材料及制备工艺.ppt

第二章陶瓷材料及其制备工艺，2.1概述2.2粉体的制备和特点2.3原料和成型原理及工艺2.4烧结原理和工艺2.5陶瓷烧结后的处理和加工，2-1概述，陶瓷材料是离子键或共价键结合的含金属和非金属元素的复杂化合物和固溶体。 陶瓷材料是一种坚硬而脆的高熔点材料，具有较低的导电性和导热性，良好的化学稳定性和热稳定性，高压缩强度。 图2.1陶瓷的分类，表2.1特殊陶瓷和传统陶瓷的主要区别，表2.2陶瓷是化学成分的分类和代表性陶瓷材料，陶瓷材料的特性和化学键，陶瓷，其化学键是离子键和共价键。 这种化学键有很强的方向性和很高的结合能。 陶瓷材料不易发生塑性变形，脆性大，裂纹敏感性强，严重影响陶瓷(尤其是结构陶瓷)的应用。 陶瓷材料的制备工艺特点，陶瓷材料的制备采用粉末冶金技术，材料的制备与产品技术相结合。 2-2粉体的制备和特征，粉体质量对陶瓷性能的影响粉体是指大量固体粒子的集合体。 粉体的特性严重影响陶瓷材料的性能。 例如粉体的粒径、形状、凝聚状态、化学组成、结晶学的性质、表面状态等对制品的性能很重要。 粉末粒子的形状、尺寸分布及相结构对陶瓷性能有显着影响。 粉体的制造方法，1 .粉体的物理制造方法传统的陶瓷原料多采用机械粉碎方法制造。 粉碎设备有球磨机、振动磨机、搅拌磨机、行星磨机、气流磨机等机械。 物理气相沉积(PVD )法也是制粉的物理方法。 2 .粉体化学制造方法(1)液相法、a .化学共沉淀法b .溶胶凝胶法c .喷雾热分解法、图2.2CVD法的原理和气相堆积物的图像、粉体的粒子学特性、粉体的粒子学特性有粉体粒径、粒径分布、粒子形状、密度、细孔分布、流动性、堆积密度等. 1 .将粒径减少材料的熔点t降低到块状物质的熔点(T)与超微粒子的熔点之差的是固液界面的表面张力，密度L是块状物质的熔解潜热，d是粒径。 2 .如果减小粒径，则材料蒸气压为ln(P/P)=2M/(RTCD)P和P分别表示超微粒子和块状物质的蒸气压，m为摩尔质量； r是摩尔气常数Tc是热力学温度。 表2.3氧化锡粉体的表面能、比表面积、表面原子百分比与粒径的关系、q表示表面能Es与总能的比、粉体性能，1 .粉体的粒度2 .比表面积与等比表面积当量粒径DBETa为形状系数，粉体为等轴状时，a=6； 为粉体密度。 比表面积s、表2.4陶瓷粉体特征内容及使用机器、3 .粉体的粒度分布、图2.3粉体粒度频度分布图，式中，n为粒度间隔的数fDi，其粒度间隔中的粒子个数即di为该间隔内的平均粒径. 已知、2-3原料和成形的原理和工艺、处方的计算方法主要有两种： (1)化学计量的原料计算(2)化学成分的原料计算，例1中某个压电陶瓷的化学计量式为Pb0. 95 Sr0. 05 (Zr0. 50 ti0. 50 ) o3.5wt % Cr2o3.3wt % 由于铅在含铅压电陶瓷的制造过程中挥发，因此根据经验需要加入1.5wt%的铅。 采用的原料和纯度如表2.5所示，计算了该压电陶瓷原料的原料比。 表2.5中调制的某个压电陶瓷中采用的原料和纯度、表2.6中由规定的化学计量式算出的每1摩尔原料的各氧化物的重量和总量、表2.7中由规定的化学计量式和实际的原料纯度算出的各原料的称量率、增塑剂一般有两种。 一种是无机增塑剂，另一种是有机增塑剂。造粒是指在细原料中加入增塑剂，制成粒度粗、具有一定假粒度倾向、流动性好的粒子，造粒有时被称为团粒。 造粒方法分为一般造粒法、加压造粒法、喷雾造粒法、冷冻干燥法等。 成形、陶瓷粉末、坯料(泥料)再加工成坯料的过程叫做成形。 1 .干压成形、图2.4干压成形过程示意图1 .粉体造粒； 2 .模具填充3 .单轴加压4 .脱模、2 .等静压成形、图2.5等静压成形系统结构图、3 .热压铸成形4 .塑性成形、图2.6棒(a )和管材(b )的挤出成形模式图、图2.7轧制膜成形模式图、5 .流延法(带)成形、(a )刮刀工序、(b ) 带浅注工序图2.8流延法成形示意图(a )刮刀工序(b )带浇铸工序、2-4烧结原理和工序、烧结是陶瓷坯体在高温下致密化过程和现象的总称. 烧结过程分析，图2.9的陶瓷烧结模式图(a )的粒子间的松弛接触(b )粒子间形成颈部(c )晶界向小晶粒方向移动消失，晶粒生长的(d )粒子相互堆积形成多晶聚合物，陶瓷的烧结类型分为气相烧结、固相烧结、液相烧结3种。 陶瓷烧结过程一般分为5个阶段： (1)低温阶段(室温至300左右) (2)中温阶段(分解氧化阶段，300至950C)(3)高温阶段(950C至烧结温度) (4)保温阶段(5)冷却阶段，影响烧结的一些因素，烧结速度和烧结时间、粉体粒子半径等添加剂可分为烧结促进剂、烧结抑制剂、反应接触剂或矿化剂等几类。 烧结气氛可分为氧化性气氛、中性气氛、还原性气氛。 常压烧结、常压烧结是指在大气中烧结，不抽真空、不施加压力、不施加任何保护气氛而在电阻炉中烧结，常压烧结也称为无压烧结。 热压烧结、热压(HP )烧结是指在加热基质的同时加压，加大粉体粒子之间的接触应力，加大致密化动力，使粒子塑性流动重新排列，改善堆积状况。 热静压烧结、热静压(HIP )烧结工艺是将粉体坯料放入高压容器，在高温和平衡压力下烧结成致密的陶瓷体。 气氛烧结，防止产品烧结过程中氧化，保证产品的成分、结构和性能，炉膛内需要流动一定量的气体。 这种特定气氛下的烧结称为“气氛烧结”。 反应烧结、反应烧结是通过多孔质素体与气相或液相发生化学反应来增加素体质量，减少气孔，烧结成具有一定强度和尺寸精度的成品的烧结工艺。 2-5陶瓷烧结后的处理和加工，常见的后加工处理方式主要是表面上釉、机械加工和表面金属化。 陶瓷表面上釉根据功能的不同，可以分为装饰上釉、粘接上釉、光泽上釉等。 釉的功能较多，在直观效果的基础上，(1)提高瓷器的机械强度和耐热冲击性能；(2)防止工件表面的低压放电；(3)提高瓷器的防湿功能。 上釉技术包括上釉浆料的制造、上釉、上釉三个过程。 陶瓷烧结后的机械加工、陶瓷的机械加工目的，可以使陶瓷制品符合尺寸公差的要求，改善陶瓷制品的表面粗糙度，消除表面缺陷。 常用的加工手段有磨削加工、激光加工、超声波加工等。 物理加工方法有热锻、热挤压和热轧、离子束加工等。 学习化学蚀刻、放电加工等加工方法。 陶瓷的金属化和封接，为了满足电气性