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陶瓷烧结过程

  陶瓷烧结过程_材料科学_工程科技_专业资料。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

  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 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 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 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 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 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 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) 钟罩窑、梭式窑 辊道窑、推板窑 隧道窑 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 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 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α氮化硅为原料,1420C相变为β相,有利烧 结,且该β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 氮化硅的气压烧结 (Gas Pressure Sintering GPS) ? 为了抑制氮化物分解,在N2气压力110MPa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。 热压烧结(Hot Pressing, 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 热等静压 (Hot Isostatic Pressing, 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 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 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 材料与微波的相互作用 ? 吸收功率: ? 穿透深度: ? 升温速率: P ? 2? f ?0?r? tan ? ? E 2 D? ?0 1 2? tan ? (? r? / ? 0 ) 2 dT ? ? P dt Cp ? 放电等离子烧结 (Spark Plasma Sintering, 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 放电等离子烧结原理 其他烧结方法 ? 自蔓延烧结:SHS合成+压力


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