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特種陶瓷:燒結技術大揭秘
來源:粉體網  發布時間:2018/7/20 10:16:24  點擊:1050

      特種陶瓷(ci)的(de)(de)主要(yao)制備(bei)工(gong)藝過程包括坯料(liao)制備(bei)、成型和燒結三步。在成型工(gong)藝完(wan)成后,燒結可(ke)以控(kong)制晶粒的(de)(de)生(sheng)長,對材料(liao)的(de)(de)使用性能(neng)影響至關重(zhong)大。到目前為止,陶瓷(ci)燒結技術一直(zhi)是人們不斷突破的(de)(de)領域。

特種陶瓷燒結原理


      燒結(jie)是指成(cheng)型后的(de)坯體在(zai)高溫作用下(xia)、通過坯體間顆粒(li)相互(hu)粘(zhan)結(jie)和物質(zhi)傳遞,氣孔(kong)排除,體積(ji)收縮(suo),強度(du)提高、逐漸(jian)變(bian)成(cheng)具有(you)一定的(de)幾何(he)形狀和堅固燒結(jie)體的(de)致密化(hua)過程。在(zai)宏(hong)觀(guan)和微觀(guan)上(shang)對燒結(jie)現象進行(xing)觀(guan)察,可以看到(dao)宏(hong)觀(guan)上(shang),燒結(jie)后的(de)產物體積(ji)收縮(suo),致密度(du)提高,強度(du)增加。微觀(guan)上(shang),氣孔(kong)形狀改變(bian),晶(jing)體長大,成(cheng)份變(bian)化(hua)(摻(chan)雜元素)。按照燒結(jie)過程中的(de)變(bian)化(hua),主要將(jiang)燒結(jie)分(fen)為以下(xia)階段:

1、燒結前期階(jie)段

      a.粘結劑等的脫除:如石蠟在250~400℃全部汽化揮發。

      b.隨著燒結溫度升高(gao)。原子擴散加劇(ju),空(kong)(kong)隙(xi)縮小(xiao),顆粒間由點(dian)接觸轉變為面接觸,空(kong)(kong)隙(xi)縮小(xiao),連通(tong)孔隙(xi)變得(de)封(feng)閉,并(bing)孤立(li)分(fen)布。

      c.小顆粒(li)率(lv)先出現晶(jing)界,晶(jing)界移(yi)動,晶(jing)粒(li)變大(da)。

2、燒結(jie)后期階段

      a、孔隙的消除:境界上的物質不斷擴散到孔隙處,使孔隙逐漸消除。

      b、晶粒長大:晶界移動,晶粒長大。

 

      陶瓷燒結主要可分為固相燒結和液相燒結,并分別對應著不同的反應機理。液相燒結的反應機理可簡單歸納為熔化、重排、溶解-沉淀、氣孔排除;按照燒結體的結構特征,將固相燒結機理劃分為3個階段:燒結初期、燒結中期和燒結后期。


燒結前期:在燒結初期,顆粒相互靠近,不同顆粒間接觸點通過物質擴散和坯體收縮形成頸部。在這個階段,顆粒內的晶粒不發生變化,顆粒的外形基本保持不變。 

燒結中期:燒結頸部開始長大,原子向顆粒結合面遷移,顆粒間距離縮小,形成連續的孔隙網絡。該階段燒結體的密度和強度都增加。 

燒結(jie)后(hou)期:一般當燒結體密度達到90%,燒結就進入燒結后期。此時,大多數孔隙被分隔,晶界上的物質繼續向氣孔擴散、填充,隨著致密化繼續進行,晶粒也繼續長大。這個階段燒結體主要通過小孔隙的消失和孔隙數量的減少來實現收縮,收縮緩慢。

特種陶(tao)瓷燒結方法

    人們根據不同的依據分(fen)別對陶瓷的燒結方法進行分(fen)類,其特點及適用范圍(wei)如下:



 

影響燒結的因素

粉末顆粒度

      細顆(ke)粒(li)增加燒結(jie)(jie)推(tui)動力,縮短(duan)原子(zi)擴散距離,提高(gao)顆(ke)粒(li)在液(ye)相中(zhong)的(de)(de)溶解(jie)度,導致燒結(jie)(jie)過(guo)程(cheng)加速,但是過(guo)細的(de)(de)顆(ke)粒(li)容(rong)易(yi)吸附大量氣體,妨礙(ai)顆(ke)粒(li)間的(de)(de)接(jie)觸,阻(zu)礙(ai)燒結(jie)(jie),因此必須根(gen)據(ju)燒結(jie)(jie)條件合理的(de)(de)選擇(ze)粒(li)度。

外加劑的(de)作用

      固相(xiang)燒結中,外加劑(ji)可通過(guo)增加缺陷促(cu)進燒結;液相(xiang)燒結中,外加劑(ji)可通過(guo)改變液相(xiang)的性質(zhi)來促(cu)進燒結。

燒(shao)結溫度和時間

      提(ti)高(gao)(gao)燒結(jie)(jie)溫度(du)對固(gu)相擴散等傳質(zhi)有利,但(dan)過高(gao)(gao)的溫度(du)會促使二(er)次結(jie)(jie)晶,使材料性能惡化。燒結(jie)(jie)的低溫階段(duan)以表面擴散為主,高(gao)(gao)溫階段(duan)以體積(ji)擴散為主,低溫燒結(jie)(jie)時(shi)間過長對致密化不利,是材料的性能變壞(huai),因此通常采(cai)用高(gao)(gao)溫短時(shi)燒結(jie)(jie)提(ti)高(gao)(gao)材料的致密度(du)。

燒(shao)結氣氛(fen)

      在空氣中燒結(jie),會(hui)使(shi)晶體生成空位(wei)、造成缺陷,所以燒結(jie)不同的(de)基體材料要對氣氛(fen)進行選擇。而氣氛(fen)對燒結(jie)的(de)影響又十(shi)分復雜。一般材料如TiO2BeOAl2O3等,在(zai)還原氣氛(fen)中燒(shao)結,氧可以直(zhi)接從晶體表面(mian)逸出,形成缺陷(xian)結構,從而利(li)于燒(shao)結;非(fei)氧化(hua)物(wu)陶瓷,由于在(zai)高溫下(xia)易(yi)被氧化(hua),因而在(zai)氮氣及惰(duo)性氣體中進行燒(shao)結;PZT陶瓷,為防止Pb的揮發,要求加氣氛片或氣氛粉體進行密閉燒結

成(cheng)型壓(ya)力(li)

      坯體的(de)成(cheng)(cheng)型壓(ya)力(li)也對材(cai)料的(de)性能影響(xiang)至(zhi)關(guan)重要。成(cheng)(cheng)型壓(ya)力(li)越大(da),坯體中顆粒(li)接觸的(de)越緊密,燒結時擴(kuo)散(san)阻力(li)越小(xiao);過(guo)高的(de)成(cheng)(cheng)型壓(ya)力(li)又會是粉(fen)料發生脆(cui)性斷(duan)裂(lie),不利(li)于燒結。

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