陶瓷材料的烧结.ppt

1、2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，第五章陶瓷材料的烧结，5.1概述烧结是利用热致密化粉末坯料的技术。具体定义是多孔陶瓷坯在高温下减少表面积、减少孔间隙、提高机械性能的致密化过程。只有掌握高温燃烧过程中毛坯的变化规律，正确选择和设计窑炉，科学地制定和执行燃烧制度，严格执行燃烧操作程序，才能提高产品质量，减少燃料消耗，取得良好的经济效果。2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，5.2烧结参数及其对烧结的影响，5.2.1烧结类型，液相烧结固相烧结其中是介面。a是总郑智薰表面积。总介面能量的减少包括：这里介面能量的变化()是样品的致密化，表面积比表面积变化，是由于晶粒生长引起的。

2、对于固相烧结，主要使用固体/固体界面，而不是固体/气体介面。2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，烧结驱动力作用下烧结过程的基本现象，2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，5.2.3烧结参数，2020/8/12 (1)，2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，(2)粉末团和团聚对烧结的影响团聚描述了颗粒牢固结合或严重反应形成的粗颗粒。团块和团聚形成的粗颗粒都通过表面力结合。小颗粒在液体和固体介质中经受吸力和排斥力，形成块状和团聚的示意图，2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，(3)粒子形状对烧结的影响，粒子形状和液体体积含量对粒子间作用力的影响，只有存在大

3、量液体时，才能在这种成角度的陶瓷粉末之间形成，2020，2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，第二，影响陶瓷材料烧结的工艺参数，(1)塑料温度对产品性能的影响，燃烧温度是陶瓷坯燃烧时获得最佳特性时的相应温度，即运行时的停止温度。塑性温度的高低直接影响晶粒尺寸和数量。在固相扩散或液相再结晶方面，提高燃烧温度是有益的。但是过高的塑性温度对特殊者来说，整个粒子太大或太小，导致破坏组织结构的均匀性提高，可能会降低产品的传记机械性能。(大卫亚设，美国电视电视剧)，2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，(2)保温时间对产品性能的影响，但保温时间过长，粒子会熔化，不形成毛坯坚固的骨架，降

4、低机械性能。(3)燃烧气氛对产品性能的影响，气氛对陶瓷坯过热和膨胀的影响，气氛对坯的收缩和烧结的影响，气氛对坯的颜色和透光率，釉层质量的影响，(4)温度上升和冷却速度对产品性能的影响，2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺在最后阶段，主要表现为气孔尺寸减少。2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，5.3.1双球模型，图(a)为未收缩模型，粒子之间的距离不变，但随着烧结时间的增加，2020/8/对于图中的模型图，体积压力差P为：空空间浓度差：蒸气压差：其中S是固相表面能，Vm是空空间摩尔体积，Vm是固相摩尔体积。上述体积压力差、空位浓度差、蒸汽压差的存在促进了物质的扩散。、2020/

5、8/12、河南省精品课程陶瓷工艺原理、烧结过程中物质传输机制、2020/8/12、河南省精品课程陶瓷工艺原理、5.3.2粒子过渡增长现象、粒子异常增长、烧结过程中异常材料含有杂质或在第二相杂物中具有高各向异性介面能(例如固体/液体介面能、薄膜表面能等材料的高化学不均匀性)。2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，5.4液相烧结工艺和机理，液相烧结，优点：)提高烧结驱动力。)具有控制微结构和最优化性能的陶瓷复合材料，2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，5.4.1液相烧结阶段，(a)液相烧结阶段图表(O:熔融；回流：溶解-沉淀；并排除：气孔)。(b)在不同温度下，氧化铝-玻璃系

6、统中的实际致密化表现为烧结时间的函数，2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，三元相图，SSS，LPS，粘着上诉(VCS)和粘合，各种LPS阶段，2020IPS烧结区ABCS代表牙齿烧结机的不同阶段。重排，溶解-沉淀，排除气孔，2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，5.4.2液相烧结过程的致密化机理，1，粒子重排颗粒重排在减少气孔的方向上进行，同时减少系统表面自由能。随着毛坯密度的增加，与周围粒子的紧密接触，粒子进一步重排的阻力增加，直到形成坚硬的堆积结构。，2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，第二，溶出-沉淀(disolvation precipitation)

7、，浓度，(a)LPS烧结溶出-沉淀阶段的两种粒子接触示意图物质迁移的三条茄子路线当气孔关闭时，LPS烧结进入最终阶段。封闭的气孔通常包含烧结气氛和液体蒸汽产生的气体物质。2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，5.4.3粒子增长和粗糙度，通常在大量液相中球形粒子的粒子增长提供如下：表达式中，RS取决于时间T处的粒子平均半径，时间0点的粒子平均半径，K是粒子增长率半径(或结晶尺寸)金志洙n取决于晶粒长大机制。N3和N2分别是扩散控制上的介面反应控制。2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，5.5特性烧结方法，)热压烧结)热等静压)放电等离子体烧结)微波烧结)反应烧结，2020/8

8、/12，河南省精品热压技术已有70年的时间，最先用于准备历史、碳化钨和钨粉的致密部件。目前广泛应用于陶瓷、粉末冶金、复合材料生产。2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，1，热压烧结的优点(1)所需整形压力降低烧结温度，缩短烧结时间，抑制晶粒生长。(3)容易获得机械性能、电气性能好的产品。(4)能生产更复杂、更尺寸的产品。热挤压法的缺点是生产率低，成本高。2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，第二，热压装置和模具，(A)电阻间热量，(b)柔道间热量；(c)电阻直接热；(D)传感直热式，2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，3，热压烧结的驱动力，假定热压烧结初期所有粉

9、末都堆积了规则的球形粒子立方体，作用于粒子接触区域的有效压力为3360。其中，假设A是粒子半径，在烧结的最后阶段，毛坯的气孔处于均匀分布状态，作用于粒子接触区域的有效压力为：其中是毛坯的相对密度。，2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，4，热压烧结的致密化过程，(1)微流阶段(2)塑料流阶段(3)扩散阶段，2020/、2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，(3)扩散机制，晶格扩散：晶界扩散：粒子尺寸扩散机制对致密化速度的影响如下：2020/8基本原理是气体对压力目前，劣等静压技术的主要应用包括金属和陶瓷的固化、金刚石工具的烧结、铸件质量的恢复和改善、高性能磁性材料及靶材的致

10、密化等。2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，(1)陶瓷材料的致密化可以在比无压烧结或热压烧结低得多的温度下进行，有效抑制高温下产生的许多不利反应或变化。(2)可以减少或不使用烧结添加剂，制造结构均匀、几乎没有气孔的致密陶瓷烧结体。(3)减少或消除烧结体的剩余气孔，治愈表面裂纹，提高陶瓷材料的密度和强度。(4)无需昂贵的钻石加工，可以精确控制产品的尺寸和形状，在理想条件下，产品不会改变形状。1，热等静压的优点，2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，2，热等静压设备，2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，3，热等静压烧结工艺，直接HIP放电等离子体也称为脉冲电流烧结

11、。牙齿技术的主要特点是利用筛板加热和表面活化实现材料的超高速致密化烧结。可广泛用于磁性材料、梯度功能材料、纳米陶瓷、纤维增强陶瓷、金属间化合物等新型材料的烧结。2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，1，放电等离子体烧结的优点，烧结温度低(比HP和HIP低200-300)，烧结时间缩短(需要3-10分钟，HP和HIP需要120的烧结机制特别烧结体密度大，颗粒小，是一种近纯整形技术。操作简单，不需要像热等静压那样熟练的操作员和特殊的制模技术。2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，2，烧结装置，烧结系统由真空烧结室(图6)、加压系统(图3)、温度测量系统(图7)和控制反馈系统四部分组成。图1是石墨模具，2是用于电流传导的石墨板块，4是石墨模具的压头，5是烧结样品。2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，5.5.4微波烧结，微波烧结目前，微波烧结技术已广泛应用于多种陶瓷复合材料实验研究。2020/8/12，河南省精品课程陶瓷工艺原理，1，微波烧结的优点，(1)微波和材质的直接结合导致了完全加热。(2)微