尤玉飞—陶瓷的烧结.ppt

1、陶瓷的烧结,尤玉飞 201102104,概述,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。 通常用烧结收缩、强度、容重、气孔率等物理指标来衡量物料烧结质量的好坏。,烧结类型,液相烧结:烧结过程有液相存在的烧结。 固相烧结:坯体在固态情况下达到致密化的烧结过程。,(a)固相烧结和(b)液相烧结样品显微结构,烧结的驱动力,陶瓷烧结的驱动力主要来源于总表面积减小 而引起的自由能降低，有以下三方面： 烧结颗粒表面能 外力做的功 烧结过程中发生的化学反应,烧结过程的物质传递,影响烧结的因素

2、,烧结的方法：,热压烧结（hot pressing） 热等静压（Hot Isostatic Pressing） 放电等离子体烧结(Spark Plasma Sintering） 微波烧结（Microwave Sintering）,1 热压烧结,热压烧结（hot pressing）是在烧结过程中同时对坯料施加压力，加速了致密化的过程。所以热压烧结的温度更低，烧结时间更短 热压技术已有70年历史，最早用于碳化钨和钨粉致密件的制备。现在已广泛应用于陶瓷、粉末冶金和复合材料的生产。,热压烧结的特点,（1）所需的成型压力仅为冷压法的1/10 （2）降低烧结温度和缩短烧结时间，抑制了晶粒的长大。 （3）易

3、得到具有良好机械性能、电学性能的产品。 （4）能生产形状较复杂、尺寸较精确的产品。 热压法的缺点是生产率低、成本高。,热压装置和模具,（a）电阻间热式；（b）感应间热式； （c）电阻直热式；（d）感应直热式,2 热等静压,热等静压工艺（Hot Isostatic Pressing，简写为HIP）是将粉末压坯或装入包套的粉料装入高压容器中，使粉料经受高温和均衡压力的作用，被烧结成致密件。 其基本原理是：以气体作为压力介质，使材料（粉料、坯体或烧结体）在加热过程中经受各向均衡的压力，借助高温和高压的共同作用促进材料的致密化。 目前，热等静压技术的主要应用有：金属和陶瓷的固结，金刚石刀具的烧结，铸件

4、质量的修复和改善，高性能磁性材料及靶材的致密化。,热等静压装置,3 放电等离子体烧结,放电等离子体烧结工艺(Spark Plasma Sintering，简写为SPS)是近年来发展起来的一种新型材料制备工艺方法。又被称为脉冲电流烧结。该技术的主要特点是利用体加热和表面活化，实现材料的超快速致密化烧结。 可广泛用于磁性材料、梯度功能材料、纳米陶瓷、纤维增强陶瓷和金属间化合物等系列新型材料的烧结,放电等离子体烧结的优点,烧结温度低（比HP和HIP低200-300）、烧结时间短（只需3-10min，而HP和HIP需要120-300min）、单件能耗低； 烧结机理特殊，赋予材料新的结构与性能； 烧结体密度高，晶粒细小，是一种近净成形技术； 操作简单，不像热等静压那样需要十分熟练的操作人员和特别的模套技术,烧结装置,烧结系统大致由四个部分组成：真空烧结腔（图中6），加压系统（图中3），测温系统（图中7）和控制反馈系统。图中1示意石墨模具，2代表用于电流传导的石墨板，4是石墨模具中的压头，5是烧结样品。,4 微波烧结,微波烧结（Microwave Sintering）是利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料在电磁场中的介质损耗使材料整体加热至烧结温度而实现致密化的方法。 目前，微波烧结技术已经