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陶瓷材料燒結技術

時間:2021-10-28 15:49:57 作者:小編 點擊:

陶瓷材料以其優異的高強度、高硬度、耐高溫、抗腐蝕、耐磨等性能,廣泛應用于航空航天、電子、機械、生物醫學等領域。燒結作為制備陶瓷材料*后一道工序,是決定其*終結構與性能的關鍵技術。目前,隨著科技的發展,研究者對陶瓷燒結工藝進行了大量的探索與研究,發展了許多新型燒結技術。下面小編就陶瓷材料燒結技術進行簡要介紹。 

 


一、燒結概述 

燒結是一種利用熱能使粉末坯體致密化的技術。其具體的定義是指多孔狀陶瓷坯體在高溫條件下,表面積減小、孔隙率降低、機械性能提高的致密化過程。 

 

1、燒結驅動力 

燒結的驅動力就是總界面能的減少。燒結驅動力作用下燒結過程中主要表現為陶瓷材料內部組織致密化、晶粒長大。 

2、燒結參數
    

    3、燒結影響因素 

燒結影響因素主要有:原始粉料的粒度、外加劑的作用、燒結溫度和保溫時間、鹽類的選擇以及煅燒條件、氣氛的影響、成型壓力的影響。 

 

二、陶瓷材料燒結方法 

陶瓷材料燒結方法分為:常規燒結、反應燒結、氣氛壓力燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結、微波燒結、放電等離子燒結及高溫自蔓延燒結等。 

 

1、常規燒結 

常規燒結一般采用常規加熱方式,在傳統電爐中進行,是目前陶瓷材料生產中*常采用的燒結方法。 
    

 

2、反應燒結 

反應燒結僅局限于少量幾個體系:氮化硅、氧氮化硅、碳化硅等。

 

反應燒結優點是:不需添加額外的添加物;產品的外形和尺寸基本不變,可以制得形狀復雜尺寸**的制品;工藝簡單、經濟,適合大批量生產。 

缺點是:燒結坯密度低,材料力學性能不高。 

 

3、氣氛壓力燒結 

氣氛壓力燒結是采用專門的氣氛壓力燒結爐,在高溫燒結過程中設定的時間段內施加一定壓力的氣氛,以滿足部分特殊陶瓷材料的燒結要求。Si3N4有優異的綜合性能,但在高溫情況如不采用有效防護措施,Si3N4在燒結完成之前業已升華分解。*常用的方法是提高氮氣氣氛壓力,例如氮化硅的氣壓燒結。 

 

氣氛壓力燒結主要應用于部分特殊陶瓷材料的燒結,如防分解。同時在保溫階段后期,一定壓力的氣氛對燒結體產生一個類似于熱等靜壓過程的均向施壓過程,有利于燒結材料性能的進一步提高。目前,國內絕大多數氮化硅制品采用氣氛壓力燒結。 

另外,一些氧化物制品特別是某些半導體陶瓷燒結時,氣氛中的氧分壓十分重要。 

 

4、熱壓燒結 

熱壓燒結是采用專門的熱壓機,在高溫下單相或雙相施壓完成。溫度與壓力的交互作用使顆粒的粘性和塑性流動加強,有利于坯件的致密化,可獲得幾乎無孔隙的制品,因此熱壓燒結也被稱為“全致密工藝”。 

 

熱壓燒結優點是:制備的陶瓷材料致密度高,同時燒結時間短,溫度低,晶粒長大受到抑制,產品性能得到提高。 

 

缺點是:應用范圍有限,只能制造形狀簡單的制品,同時熱壓燒結后微觀結構具有各向異性,導致使用性能也具有各向異性,限制了其使用范圍。此外,由于硬度高,熱壓制品的后續加工特別困難。