特種陶瓷燒結(jié)工藝

1、特種陶瓷第三章 特種陶瓷燒結(jié)工藝1精選ppt內(nèi)容本講主要內(nèi)容2 燒結(jié)工藝1 燒結(jié)理論2精選ppt燒結(jié)：一種或多種固體粉末經(jīng)過成型，在加熱到一定溫度后開始收縮，在低于熔點(diǎn)溫度下變成致密、堅(jiān)硬的燒結(jié)體，這種過程稱為燒結(jié)。衡量標(biāo)準(zhǔn)衡量標(biāo)準(zhǔn)燒結(jié)收縮強(qiáng)度密度氣孔率1 燒結(jié)理論1.1 概念3精選ppt1 燒結(jié)理論1.1 概念燒結(jié)溫度對氣孔率（1）、密度（2）、電阻（3）、強(qiáng)度（4）、晶粒尺寸（5）的影響4精選ppt燒結(jié)與燒成燒成包括多種物理和化學(xué)變化，例如脫水、坯體內(nèi)氣體分解、多相反應(yīng)和熔融、溶解、燒結(jié)等。燒成燒結(jié)1 燒結(jié)理論1.1 概念5精選ppt燒結(jié)與固相反應(yīng)相同點(diǎn)兩者都是在低于材料熔點(diǎn)或者熔融溫度下

2、進(jìn)行，并且過程中始終至少有一相是固態(tài)的。不同點(diǎn)固相反應(yīng)必須至少有兩相參加(A+B)，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最后生成化合物(AB)。且AB的結(jié)構(gòu)和性能不同于A和B。燒結(jié)只有單組元或者多組元參加，但是組分并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。從結(jié)晶化學(xué)觀點(diǎn)看，燒結(jié)體的微觀晶相組成都未發(fā)生改變。1 燒結(jié)理論1.1 概念6精選ppt燒結(jié)和熔點(diǎn)的關(guān)系燒結(jié)溫度Ts熔點(diǎn)Tm金屬： Ts = (0.3 0.4) Tm無機(jī)鹽： Ts = 0.57 Tm硅酸鹽： Ts = (0.8 0.9) Tm1 燒結(jié)理論1.1 概念7精選ppt1 燒結(jié)理論1.2 燒結(jié)理論1.2.1 燒結(jié)現(xiàn)象8精選ppt1 燒結(jié)理論1.2 燒結(jié)理論1.2.1 燒結(jié)現(xiàn)象

3、燒結(jié)前SEM照片9精選ppt1.2 燒結(jié)理論1.2.1 燒結(jié)現(xiàn)象燒結(jié)后SEM照片10精選ppt顆粒尺寸小比表面積大表面能高 能量最低原則 趨向于使系統(tǒng)的表面能減少1 燒結(jié)理論1.2.2 燒結(jié)動(dòng)力11精選ppt1 燒結(jié)理論1.2.3 物質(zhì)傳遞12精選ppt1 燒結(jié)理論1.3 燒結(jié)影響因素13精選ppt1 燒結(jié)理論1.4 燒結(jié)階段14精選ppt燒結(jié)的三個(gè)階段燒結(jié)初期燒結(jié)中期燒結(jié)后期顆粒重排，接觸處產(chǎn)生鍵合，空隙變形縮小，但固-氣總表面積沒有變化。傳質(zhì)開始，粒界增大，空隙進(jìn)一步變形縮小，但保持連同，形如隧道。傳質(zhì)繼續(xù)進(jìn)行，粒子長大，氣孔變成孤立閉合氣孔，密堆達(dá)到90%以上，強(qiáng)度明顯提高。1 燒結(jié)理論

4、1.4 燒結(jié)階段15精選ppt1.4 燒結(jié)階段初期中期末期顆粒形狀球形，粘結(jié)成頸十四面體模型十四面體粘附，頸部粗大氣孔形狀無一定形狀圓柱形，并連通球形（封閉在頂點(diǎn)）燒結(jié)速度慢快快16精選ppt組織結(jié)構(gòu)：一般指陶瓷多晶體內(nèi)的晶相、玻璃相以及氣孔的分布情況（形狀、大小、數(shù)量），還包括晶粒取向，晶粒均勻度，晶界性質(zhì)，雜質(zhì)分布等 。1 燒結(jié)理論1.5 組織結(jié)構(gòu)17精選ppt主晶相的性能就是材料的性能，因此在電子陶瓷的組織結(jié)構(gòu)中，主晶相是最基本、最重要的組成。1 燒結(jié)理論1.5 組織結(jié)構(gòu)1.5.1 晶相18精選ppt1.5 組織結(jié)構(gòu)1.5.1 晶相19精選ppt1 燒結(jié)理論1.5 組織結(jié)構(gòu)1.5.2 晶

5、界20精選ppt1.5 組織結(jié)構(gòu)1.5.2 晶界1 燒結(jié)理論21精選ppt晶界曲率作為驅(qū)動(dòng)力晶界面總是向曲率中心方向移動(dòng)1 燒結(jié)理論1.5 組織結(jié)構(gòu)1.5.2 晶界22精選ppt晶界是無序的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，由于缺陷較多，所以晶界內(nèi)的擴(kuò)散要比晶粒內(nèi)大十幾萬倍。 晶界上出現(xiàn)的雜質(zhì)濃度差以及空位濃度差，在高溫的影響下通過擴(kuò)散會(huì)很快得到平衡。因而晶界就變成物質(zhì)遷移和空位遷移的重要通道好比城市交通中街道的作用一樣。可以用擴(kuò)散的方法把加入物中的離子或氣氛中的離子取道晶界而滲進(jìn)瓷坯中去，以獲得新的陶瓷材料或元件，如阻擋層電容器，晶界層電容器等等。1 燒結(jié)理論1.5 組織結(jié)構(gòu)1.5.2 晶界23精選ppt晶界的存

6、在往往對某些性能的傳輸或耦合產(chǎn)生阻力，例如對機(jī)電耦合不利，對光波、聲波的傳播產(chǎn)生反射或散射，從而使材料的應(yīng)用受到限制。如微聲技術(shù)中用壓電陶瓷為基片時(shí)，由于嚴(yán)重的晶界散射，使其應(yīng)用頻率限制到幾十兆周而不能再高。1 燒結(jié)理論1.5 組織結(jié)構(gòu)1.5.2 晶界燒結(jié)時(shí)，瓷坯中的氣孔常擴(kuò)散至晶界而消失，如把氣孔看成是空位的“源”，則晶界就是空位的“沉沒處”。 燒結(jié)過程中由于晶體生長和重結(jié)晶的作用，而使許多不溶的雜質(zhì)析出并聚集于晶界，從這個(gè)意義上看，晶界又可理解為排納雜質(zhì)的垃圾溝。24精選ppt氣孔的問題是一個(gè)重要的問題，它不僅影響材料的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)還影響材料的一系列性能，如熱學(xué)性能、光學(xué)性能、介電性能。

7、對隔熱材料，氣孔是越多越好，而對透光材料，則希望氣孔越少越好，最好沒有氣孔。介電性能：氣孔影響瓷坯絕緣強(qiáng)度。1 燒結(jié)理論1.5 組織結(jié)構(gòu)1.5.3 氣孔25精選ppt1 燒結(jié)理論1.5 組織結(jié)構(gòu)1.5.3 氣孔晶間氣孔 晶內(nèi)氣孔26精選ppt1 燒結(jié)理論1.5 組織結(jié)構(gòu)1.5.3 氣孔27精選ppt1 燒結(jié)理論1.5 組織結(jié)構(gòu)1.5.3 氣孔28精選ppt2.1 燒成制度的確定燒成溫度過高，容易使瓷坯變形，晶粒粗大，晶界間隙變寬。燒成溫度過低，瓷坯又不夠致密，晶粒發(fā)育不完整，性能達(dá)不到要求。燒成溫度，保溫時(shí)間以及晶粒大小和機(jī)電性能之間是有一定關(guān)系的。根據(jù)：相圖、差熱曲線、燒成收縮曲線、體積密度

8、。2 燒結(jié)工藝29精選ppt2.2 燒成過程中出現(xiàn)的一些現(xiàn)象（1）開裂 開裂的問題對陶瓷來說，是經(jīng)常碰到的問題。如果開裂發(fā)生在低溫的話，可能是水分、有機(jī)粘結(jié)劑的排除過快，只要低溫時(shí)升溫慢些即可解決。引起開裂的一個(gè)主要方面是多晶轉(zhuǎn)變，多晶轉(zhuǎn)變的問題。在瓷坯中有玻璃相存在時(shí)，對阻止原頑輝石的晶粒長大和多晶轉(zhuǎn)變是有利的。 因?yàn)椴Ａ嘤幸种破妨ＩL的作用，小的晶粒對大晶粒來說由于晶界應(yīng)力的存在總是較難發(fā)生多晶轉(zhuǎn)變的。最后，由于滑石瓷燒成時(shí)生成的玻璃相數(shù)量多，冷卻時(shí)降溫速度要慢些，不然玻璃相中的殘余應(yīng)力不易消除，也會(huì)導(dǎo)致開裂。2 燒結(jié)工藝30精選ppt（2）變形引起變形的因素很多，如瓷坯燒成收縮過大，燒

9、結(jié)范圍很狹以及液相數(shù)量較多等等。2 燒結(jié)工藝31精選ppt2.3 燒結(jié)方法1）普通燒結(jié)2 燒結(jié)工藝32精選ppt2）熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)促進(jìn)致密化的機(jī)理大概有以下幾種： (1)由于高溫下的塑性流動(dòng)，(2)由于壓力使顆粒重排，使顆粒碎裂以及晶界滑移而形成空位濃度梯度，(3)由于空位濃度梯度的存在而加速了空位的擴(kuò)散。2 燒結(jié)工藝33精選ppt熱壓的作用熱壓壓力提高燒結(jié)溫度降低，對控制易揮發(fā)組分和易重結(jié)晶有好處；能夠通過控制熱壓溫度和熱壓時(shí)間控制晶粒大?。惶岣叽膳鞯膹?qiáng)度。2 燒結(jié)工藝34精選ppt3）高溫等靜壓燒結(jié)2 燒結(jié)工藝35精選ppt2 燒結(jié)工藝36精選ppt4）電場燒結(jié)2 燒結(jié)工藝37精選ppt5）放電等離子體燒結(jié)（SPS）2 燒結(jié)工藝38精選ppt2 燒結(jié)工藝39精選ppt2 燒結(jié)工藝40精選ppt6）微波燒結(jié)2 燒結(jié)工藝41精選ppt2 燒結(jié)工藝42精選pptCONVENTIONAL HEATINGMICROWAVE HEATING0140012001000800600400200TEMPERATURE, C T