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一、燒結(jie)的定義

    一(yi)種(zhong)或多種(zhong)固體（金(jin)屬、氧化(hua)物(wu)、氮化(hua)物(wu)、粘土等(deng)）粉(fen)末經(jing)過成(cheng)型，當加熱到一(yi)定溫(wen)度(du)后便開始(shi)收縮(suo)，在低于熔點溫(wen)度(du)下即變成(cheng)致密的(de)、堅硬(ying)的(de)燒結體，這種(zhong)過程稱為“燒結”。

燒結現象示(shi)意圖

二、燒結方法

1、常壓(ya)燒(shao)結

此法為(wei)常用(yong)燒結方(fang)法，無(wu)需特(te)殊的氣氛，在常壓下燒成，適用(yong)于(yu)無(wu)特(te)殊要求的新型陶(tao)瓷(ci)制(zhi)品的生產。為(wei)了(le)降低燒結溫度，縮短燒成時間，需引入添加劑和(he)使用(yong)易(yi)于(yu)燒結的粉料。

工藝特點：

工藝簡單，成(cheng)本低，但容易殘留氣孔，強(qiang)度較差。

2、熱壓燒結

熱壓(ya)燒(shao)結(jie)是(shi)對較難燒(shao)結(jie)的粉料或生(sheng)坯(pi)在模(mo)具內(nei)施加(jia)壓(ya)力(li)，同時(shi)升溫燒(shao)結(jie)的工藝。

熱(re)壓燒結(jie)的加熱(re)方(fang)式有電(dian)阻(zu)直接(jie)加熱(re)、電(dian)阻(zu)間(jian)接(jie)加熱(re)、感應(ying)間(jian)接(jie)加熱(re)、感應(ying)直接(jie)加熱(re)四種(zhong)。

熱壓燒結用(yong)的模具材料有石(shi)墨、氧化(hua)鋁和碳化(hua)硅等。石(shi)墨可承(cheng)受70MPa壓力，1500~2000℃的(de)溫度(du)；氧化鋁模可承受200MPa壓力。

工(gong)藝特點(dian)：

可降低(di)成型壓力、燒結溫(wen)度，無需加燒結促進(jin)劑，能改(gai)善制品的性能。但(dan)過程及設備復(fu)雜(za)，生產(chan)控制較嚴，模具材料(liao)要求高，能耗大。

3、反應熱壓燒(shao)結

高溫下粉(fen)料可能(neng)發生某種化(hua)(hua)學(xue)反應過程，利(li)用這一化(hua)(hua)學(xue)反應進行(xing)的熱壓(ya)燒(shao)結工(gong)藝稱為反應熱壓(ya)燒(shao)結。在燒(shao)結傳(chuan)質過程中，除利(li)用表面自由能(neng)下降和(he)機械(xie)作(zuo)用力推(tui)動外，再加上一種化(hua)(hua)學(xue)反應能(neng)作(zuo)為推(tui)動力或激化(hua)(hua)能(neng)，以降低燒(shao)結溫度(du)，而得到致密陶瓷(ci)。反應熱壓(ya)燒(shao)結有下列幾種類型(xing)：

（1）相(xiang)變熱(re)壓燒(shao)結

氧化(hua)鋯在相變溫度(du)和0.3MPa壓力(li)下進行熱(re)壓燒(shao)(shao)結可以在(zai)比(bi)正常燒(shao)(shao)結溫度低的情況下，幾十分(fen)鐘內燒(shao)(shao)結出高(gao)穩定、高(gao)強度、高(gao)透明度的細晶陶瓷。其相(xiang)變溫度在(zai)800~1200℃之間緩(huan)慢進行。

（2）分解熱壓燒(shao)結

利用與某一氧化(hua)物陶瓷相對應(ying)的(de)氫氧化(hua)物或水合(he)物作為(wei)原料，它們(men)在高溫過程中發生(sheng)脫水或釋氣分解時，出現活性極高的(de)介穩假晶結構。此時施加合(he)適的(de)機械力(li)(li)進行熱壓燒(shao)結，則可(ke)在較低溫度、壓力(li)(li)和短時間(jian)內(nei)獲(huo)得(de)高密(mi)度、高強(qiang)度的(de)優(you)質陶瓷。如用鎂或鋁的(de)氫氧化(hua)物（或其硫(liu)酸鹽）來燒(shao)制氧化(hua)鎂、氧化(hua)鋁瓷，只需加0.3~1MPa壓力，溫(wen)度在900~1200℃，加壓(ya)0.5h可獲得相對(dui)密度(du)為(wei)99%以上的制(zhi)品。

（3）分解合成熱壓燒(shao)結

分解(jie)(jie)合(he)(he)成(cheng)(cheng)熱(re)(re)壓(ya)(ya)燒結(jie)是利用(yong)分解(jie)(jie)反(fan)應期的高度(du)活性，在壓(ya)(ya)力作用(yong)下與(yu)異類物質產(chan)生合(he)(he)成(cheng)(cheng)反(fan)應，然后(hou)再在壓(ya)(ya)力作用(yong)下燒結(jie)成(cheng)(cheng)致密(mi)陶瓷(ci)。為(wei)使合(he)(he)成(cheng)(cheng)反(fan)應能(neng)進(jin)行得比(bi)較均勻和徹底(di)，熱(re)(re)壓(ya)(ya)時間(jian)可以稍長些，但其燒成(cheng)(cheng)溫度(du)通常都(dou)比(bi)分解(jie)(jie)反(fan)應的熱(re)(re)壓(ya)(ya)燒結(jie)溫度(du)低(di)。

4、熱等靜(jing)壓燒結

熱等靜(jing)壓燒(shao)結工藝是將粉末壓坯(pi)或裝入包套的粉料放入高壓容(rong)器中(zhong)，在高溫和均衡(heng)壓力的作用下，將其燒(shao)結為致密(mi)體。

熱(re)(re)等(deng)(deng)靜(jing)壓(ya)(ya)燒結(jie)需要一個(ge)能夠(gou)承(cheng)受足夠(gou)壓(ya)(ya)力的(de)燒結(jie)室——高壓(ya)(ya)釜(fu)。小型(xing)(xing)熱(re)(re)等(deng)(deng)靜(jing)壓(ya)(ya)裝置(zhi)中，加熱(re)(re)體可置(zhi)于釜(fu)外，大型(xing)(xing)的(de)則(ze)置(zhi)于高壓(ya)(ya)釜(fu)之內，通常以(yi)鉬絲為發(fa)熱(re)(re)體，以(yi)氮(dan)、氬、氦等(deng)(deng)惰性氣體為傳壓(ya)(ya)介質。燒結(jie)溫度可高達2700℃之(zhi)多，高壓釜本身可采(cai)用(yong)循(xun)環(huan)水冷卻，以保持足(zu)夠(gou)的(de)強度和防(fang)止高溫腐蝕。

    熱等(deng)靜壓燒(shao)結(jie)可制造高質(zhi)量的(de)工件(jian)，其晶(jing)粒細勻、晶(jing)界致(zhi)密、各向(xiang)同性、氣孔(kong)率(lv)接(jie)近(jin)零，密度接(jie)近(jin)理(li)論密度。該(gai)法已用于介電、鐵電材(cai)料，氮化硅(gui)、碳化硅(gui)及(ji)復(fu)合材(cai)料致(zhi)密件(jian)等(deng)的(de)生產。

工(gong)藝特點：

能制造結構均勻的(de)高強度陶瓷制品；但需要產生高溫高壓氣(qi)體的(de)裝置和復雜的(de)模具，模具材(cai)料有純鐵、軟鋼(gang)、不銹鋼(gang)、鎳(nie)、鈦、鉬、鉑等。

5、無包套(tao)熱等靜壓燒結(jie)

無包套熱等靜(jing)壓燒結是80年代的(de)新技術。該項技術是將粉料成型和預燒封孔后，通入(ru)壓力為1~10MPa的氣體進行燒結(jie)，以獲得無(wu)孔致密燒結(jie)的氧化(hua)物(wu)、氮化(hua)硅等新型陶瓷制(zhi)品。

工藝特點：

與普通熱(re)(re)等(deng)靜壓燒結(jie)相比，無(wu)需投資大(da)的(de)熱(re)(re)等(deng)靜壓機，并取消了(le)包套和剝套工(gong)序，降(jiang)低(di)了(le)熱(re)(re)等(deng)靜壓成本；生產效率較高，可(ke)(ke)生產異形制(zhi)品，無(wu)需后加工(gong)；無(wu)包套熱(re)(re)等(deng)靜壓燒結(jie)法可(ke)(ke)生產無(wu)孔致密材(cai)料，大(da)大(da)提高了(le)制(zhi)品的(de)質量。

6、氣氛燒結

對于(yu)空氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)很難燒(shao)結(jie)的制品（如(ru)透光體或非氧化物），為防止其氧化，可在爐膛內通入(ru)一定量的某種(zhong)氣(qi)(qi)(qi)體，在這種(zhong)特定氣(qi)(qi)(qi)氛(fen)下進行燒(shao)結(jie)稱為“氣(qi)(qi)(qi)氛(fen)燒(shao)結(jie)”。此方法適(shi)用(yong)于(yu)：

（1）制備透光性陶瓷

以高壓(ya)鈉燈用氧化鋁透(tou)光燈管為(wei)例，為(wei)使(shi)燒(shao)結體(ti)(ti)具有(you)優異的透(tou)光性，必須使(shi)燒(shao)結體(ti)(ti)中(zhong)的氣(qi)體(ti)(ti)率盡量(liang)降低，只有(you)在真空(kong)或氫(qing)氣(qi)中(zhong)燒(shao)結，氣(qi)孔內的氣(qi)體(ti)(ti)才能很快地(di)進行擴(kuo)散而(er)消除。其它如MgO、Y2O3、BeO、ZrO2等(deng)透光陶瓷也都應采用氣氛燒結(jie)法。

（2）防止非氧化物(wu)陶瓷的氧化

氮化(hua)(hua)硅、碳化(hua)(hua)硅等(deng)非氧化(hua)(hua)物陶瓷也必須在(zai)氮及惰性氣(qi)體中進行燒結(jie)。對于(yu)在(zai)常壓下高溫易于(yu)氣(qi)化(hua)(hua)的材(cai)料(liao)，可使其在(zai)稍高壓力下燒結(jie)。

（3）對易(yi)揮發成分進行氣(qi)氛控制

在(zai)陶瓷的基本(ben)成分(fen)中，如含有(you)某種揮(hui)發性(xing)高的物質時(shi)，在(zai)燒結過程(cheng)中，它(ta)將不斷(duan)向大氣擴散，從而使基質中失去準確的化學計量比。因此，為了保(bao)持必要的成分(fen)比，除在(zai)配方(fang)中適當加重易(yi)揮(hui)發成分(fen)外，還(huan)應注(zhu)意燒成時(shi)的氣氛保(bao)護。

工藝特點：

可(ke)使燒(shao)結(jie)體具有(you)優(you)異的(de)透光性(xing)，但影響因素(su)多，工藝要求高。

7、反應燒(shao)結

反(fan)(fan)映(ying)燒結(jie)法(fa)是通過多孔坯(pi)體同氣相或(huo)液相發(fa)生化學(xue)反(fan)(fan)應(ying)，使坯(pi)體質(zhi)量增加、孔隙減小，并燒結(jie)成具有(you)一定(ding)強度(du)和尺寸精度(du)的成品的一種燒結(jie)工藝。

影(ying)響反應(ying)(ying)過程的(de)(de)因(yin)素有坯(pi)(pi)件(jian)原始(shi)密度(du)(du)、硅粉(fen)粒度(du)(du)和坯(pi)(pi)件(jian)厚度(du)(du)等。對于(yu)粗(cu)顆粒硅粉(fen)，氮(dan)氣的(de)(de)擴散(san)通(tong)道少，擴散(san)入硅顆粒中心部位需要的(de)(de)時(shi)間長，因(yin)此，反應(ying)(ying)增重少，反應(ying)(ying)的(de)(de)厚度(du)(du)薄。坯(pi)(pi)件(jian)原始(shi)密度(du)(du)大也(ye)不利(li)于(yu)反應(ying)(ying)。

工(gong)藝特點：

能制造(zao)形狀復(fu)雜、尺(chi)寸的產(chan)品(pin)(pin)，燒結后產(chan)品(pin)(pin)尺(chi)寸不變，有氣孔殘(can)留，制品(pin)(pin)強度(du)低。

8、化(hua)學氣(qi)相沉(chen)積法(fa)

化學氣相(xiang)沉積(ji)法(fa)簡稱CVD法(fa)，其方(fang)法(fa)是將準備在其表面(mian)沉(chen)積(ji)一層瓷(ci)質(zhi)的(de)物質(zhi)置于真空室中，加(jia)(jia)熱(re)至(zhi)一定溫度(du)(du)，然(ran)后(hou)將欲被覆瓷(ci)料的(de)氣態(tai)化合物通過加(jia)(jia)熱(re)載體(ti)的(de)表面(mian)。在某(mou)一特定的(de)溫度(du)(du)下(xia)，氣體(ti)與加(jia)(jia)熱(re)基(ji)體(ti)的(de)表面(mian)接觸后(hou)，氣相發生分解反應，并將瓷(ci)料沉(chen)積(ji)于基(ji)體(ti)表面(mian)。隨著分解產物的(de)不(bu)斷沉(chen)積(ji)，晶粒不(bu)斷長大(da)，直至(zhi)形成致密多晶的(de)結構。

工(gong)藝(yi)特點：

能(neng)獲得(de)高純度制品，但易(yi)殘留氣孔(kong)，不能(neng)制造(zao)大型或(huo)厚(hou)壁產品。