陶瓷工藝原理陶瓷的燒成

目的要求

解燒結的各種影響因素，分析燒結機理對于制備高性能的陶瓷材料格外必要。課 時：10學時重點和難點本章的重點在燒結機理、特色燒結方法和燒成制度確實定上，難點多，需要細心預備。教學方法用多媒體以講授為主，并對學生在學習中遇到的問題進展解答。講授重點內(nèi)容提要燒結機理通常，燒結過程可以分為固相燒結〔Solidstatesintering〕和液相燒結〔Liquidphasesintering〕同樣，粉末坯體在燒結過程中有液相存在的燒結過程稱為液相燒結。固相燒結1所示。在初始階段，顆粒外形轉變，相互之間形成了頸部連接，氣孔由原來的柱狀貫穿狀態(tài)漸漸過渡為連續(xù)貫穿狀態(tài)，其作用能夠將坯體的致密度提高1－3％；在中間階段，所穩(wěn)定而分解為封閉氣孔時，這—階段將完畢，這時，燒結樣品一般可以到達93％左右的相體，那么收縮時，內(nèi)部氣體壓力將上升并最終使收縮停頓，形成閉氣孔。燒結的每個階段所發(fā)生的物理化學變化過程都有所區(qū)分，一般利用簡潔的雙球模型〔two-particlemodel〕來解釋初始階段機理，用通路氣孔模型〔channelporemodel〕來解釋中間階段機理，而最終階段機理通常承受孤立氣孔模型〔isolatedporemodel〕分析。初始階段初始階段中間階段最終階段1不同燒結階段晶粒排列過程雙球模型假設燒結粉體的形貌假設都為規(guī)章的球形的話22(a)為未收縮的模型，顆粒之間的距離不發(fā)生變化，2(b)所示，頸部增大主要是顆粒接觸間物質(zhì)集中和坯體收縮造成的。圖2初始階段的雙球模型〕b〕收縮燒結的驅動力主要來源于由于顆粒外表曲率的變化而造成的體積壓力差蒸汽壓差。1燒結中的物質(zhì)傳輸機理物質(zhì)集中機理 材料部位 接觸部位 相關參數(shù)晶格集中 晶界 頸部

晶格集中率，Dl晶界集中 晶界 頸部

晶界集中率，Db粘性流淌 整體晶粒 頸部外表集中 晶粒外表 頸部

粘度，η外表集中率，Ds晶格集中 晶粒外表 頸部

晶格集中率，Dl氣相傳輸

蒸發(fā)－分散

晶粒外表 頸部 氣相集中率，氣相集中 晶粒外表 頸部Dg3燒結中物質(zhì)集中路徑顆粒間距離的縮進主要靠晶界處物質(zhì)的集中和原子運動及物質(zhì)的粘性流淌等作用來實所以，陶瓷坯體在致密化過程中，對致密化主要奉獻的物質(zhì)集中主要是在晶界處進展。具體的晶粒生長過程分為以下幾個過程：晶界處的晶格集中〔InterfacialLatticeDiffusion〕與Nabarro-Herring屈服理論中界面的作用相類似，在該理論中，認為原子的運動一般從壓鄰兩顆粒間距離的縮小〔收縮動力學方程分別為：頸部長大方程：收縮：

，依據(jù)圖2(b)的示意圖的各個幾何參數(shù)，m16DVatx4 l s m RT11l r x2 DV 211 l s m t 2l a 4a2 RTa3 其中，Dl為晶格集中系數(shù)，l為樣品尺寸。依據(jù)晶格集中機理，物質(zhì)既從晶界處向頸部集中又從顆粒外表對頸部集中。但是，從顆粒外表對頸部的集中對收縮沒有奉獻。晶界處的晶界集中〔InterfacialBoundaryDiffusion〕物質(zhì)通過晶界集中從晶界集中到頸部的機理與晶界的集中蠕變機理類似。頸部長大方程：dVx3dx

Dbs1

2xVdt a dt RT r x bmx6

48DbbsVma2tRT樣品收縮：l r

131313 b b s m l a 4RTa4 bb晶界集中的集中厚度。在晶界集中中，集中到頸部外表頸部長大的主要步驟。粘性流淌〔ViscousFlow〕首先提出粘性流淌理論的是Frenkel，他認為燒結過程中物質(zhì)會向玻璃態(tài)物質(zhì)一樣發(fā)生粘性流淌。假設物質(zhì)流淌特征遵循Newtonian液體流淌規(guī)律的話，則頸部長大和收縮動力學可以表示為：頸部長大方程：4ax2 s t收縮方程：l h stl a ao其中，η為物質(zhì)的粘度，h是一個顆粒鑲入另外一個顆粒的深度。顆粒外表的外表集中〔SurfaceDiffusion〕顆粒發(fā)生的外表集中從顆粒外表集中到頸部的外表。在這個過程中，假設在頸部外表，長度約為頸部曲率半徑大小的區(qū)域內(nèi)存在一應力梯度〔此假設中提高的應力梯度與晶格和晶界集中的應力梯度不同〕也就是說，在超是靠原子通過外表集中傳輸作用。此理論中談到的物質(zhì)傳輸對收縮沒有奉獻。頸部長大方程：56DVa3x7 s s s m tRT其中，Ds為外表集中系數(shù)，δs為外表集中的厚度。顆粒外表的晶格集中〔LatticeDiffusion〕顆粒外表發(fā)生的晶格集中對于收縮并沒有奉獻，只對頸部長大有奉獻。頸部長大方程：20D Va2x5 l s m tRT蒸發(fā)－分散〔Evaporation–Condensation〕反響速小于氣相的集中速率。氣相原子的平均自由程λ與系統(tǒng)中的蒸汽壓成反比，

2d2n1，n為單位體積內(nèi)原子的總數(shù)，d為原子半徑。由于實際燒結過程中，氣相也可能從顆粒燒結機理。由于物質(zhì)的蒸發(fā)和分散受外表原子間的相互作用掌握，因此，蒸發(fā)-分散理論涉及的燒結動力學同樣由蒸發(fā)或者分散的原子打算。頸部長大動力學分為兩階段：Langmuir方程和氣相吸取方程。Langmuir方程主要描述分散原子掌握頸部長大的動力學過程。Langmuir方程，單位面積和單位時間內(nèi)沉積的物質(zhì)重量為： M 12m p2RT 其中，為粘附系數(shù)，M為材料的總摩爾重量。假設沉積的原子不再蒸發(fā)，則＝1。所以dx m

V M 12dt d

p s m2RT d r RT 其中，d(=M/V)為材料密度。因此，mx3

318psd18psd2 M RT氣相集中〔VaporDiffusion〕半徑，則頸部長大方程為：x520pDg

VsmsRT

2a2tDg

為氣相原子的集中系數(shù)，p為固相的蒸汽壓。氣相原子的集中速率可以表示為：gD c/3其中，λ為氣相原子的平均自由程，c為平均速率。由于c為〔8RT/πM〕1/2，其gM為摩爾物質(zhì)，D與系統(tǒng)總氣壓成反比。g液相燒結液相燒結〔LiquidPhaseSintering，簡寫為LPS〕是指在燒結包含多種粉末的坯體中，燒結溫度至少高于其中的一種粉末的熔融溫度，從而在燒結過程中而消滅液相的燒結過程。雖然大多數(shù)陶器及瓷器等古代陶瓷也是承受簡單的LPS過程制造的，但都是以手工業(yè)方式進展的，目前承受LPS制造的技術陶瓷包括氧化鋁和A1N電子基片，氧化鋁和SiC機械密SiN電熱塞，氮化硅/sialon構造部件，ZnO壓敏電阻，BaTiO

電容器，3 4 3PLZT[(Pb，La)(Zr，Tt)—O

]壓電元件以及各種復合材料。LPS作為致密化過程的主要優(yōu)點3是提高燒結驅動力。承受比固態(tài)燒結〔SolidStateSintering，簡寫為SSS〕低的溫度，通常LPSSSS燒結的固體粉末。LPS的另一個主要優(yōu)點為：LPS是一種制備具有掌握的微觀構造和優(yōu)化性能的陶瓷復合材料的方法性的氮化硅復合材料。液相燒結過程的致密化機理顆粒重排〔ParticlesRe-arrangement〕在LPS燒結初期，會發(fā)生一些連續(xù)的、同時發(fā)生的過程，包括熔化、浸潤、鋪展和再分布。由于固相顆粒四周局部毛細管力呈隨機方向，固相和液相都會經(jīng)受顯著的重排過程。局部的重排由顆粒接觸方式和彎液面幾何外形所掌握，產(chǎn)生顆粒切向和旋轉運動。在LPS加，直至形成嚴密積存構造。重排的驅動力來自毛細管力〔capilarityforce〕的不平衡，這種不平衡來自顆粒和顆粒的隨機性導致顆粒的局部運動：推拉、滑動和轉動。如下式給出：0dt

lvra式中，ρ為相對密度，ρ0

為初始坯體密度，Δρ為密度差，t為時間，A(g)為幾何常數(shù)，它是V

，ρ和接觸幾何外形的函數(shù)，η是液相的粘度,r

是固相顆粒半徑。A(g)隨固相和液相1 s的體積分數(shù)增大而增大，隨相對密度增大而減小。對于經(jīng)壓制成型的陶瓷坯體，在約30—35vol％液相時，只通過重排可到達完全致密化。具有過量液相的顆粒重排行為與LPS過程中的行為差異很大。相反，在固態(tài)燒結中(SSS)，由于缺少液相毛細管作用和顆粒之間的潤滑膜，顆粒重排現(xiàn)象不明顯。溶解-沉淀〔disolvation–precipitation〕5.3所示，在顆粒重排階段的末期，與重排相比，由于溶解-沉淀使致密化速率變?yōu)楹茱@著。在晶粒接觸處溶解度增加值ΔC1

與法向力成正比，此力來自于使固相顆粒靠近的毛細管力〔拉普拉斯力。由于在顆粒接觸點的溶解-沉淀，這一階段的體積收縮主要來自于相鄰顆粒間的中心至中心的距離。對于多組分系統(tǒng)，如示意圖4，在受壓顆粒接觸區(qū)的高濃度溶解物，通過液相集中，向晶粒非受壓區(qū)遷移，然后在非受壓〔自由〕固相外表再沉淀。這一物質(zhì)遷移使接觸點變平，率降低。因此，當坯體密度增加時，致密化〔體積收縮〕速率減小。在溶解-沉淀的后期，相互連結的氣孔構造斷開，形成孤立〔封閉〕氣孔。濃度濃度4(a)LPS燒結溶解-1：溶質(zhì)的外集中(□)，24：溶解物組分(○和△)3：在接觸區(qū)域的溶解-再沉淀。(b)三個組分液相所對應濃度梯度作為r的函數(shù)，其中rc

是接觸半徑，h是液相膜厚度晶粒接觸點集中到氣孔處。在這一LPS燒結階段，假設晶粒生長很快，決速機理可能從界面反響變?yōu)榧姓莆铡τ贚PS燒結的溶解-沉淀階段掌握致密化的機理，幾乎沒有嚴格的爭論分析，這主要是由于早期過于簡化的模型以及對于抱負模型很難進展嚴密的試驗驗證。對于氧化鋁-玻璃體系，通過不同顆粒尺寸的氣流分級得到原始原料粉體，承受等溫LPS燒結實現(xiàn)致密化。-沉淀消滅的方法。為了檢測溶解-沉淀過程中微觀構造的變化，如圖5所示，氧化鋁MAS玻璃拋光斷面被深腐蝕，使晶粒構造顯露出來。如圖51A，在溶解-沉淀的初期，顆粒的接觸相對較窄。而在溶解-沉淀的后期，如5.23B，顆粒接觸顯著變平，說明廣泛的溶解-沉淀已起作用。5氧化鋁MAS玻璃深度腐蝕試樣的晶粒構造表示(A)初期溶解-沉淀(B)后期溶解-沉淀。留意隨著致密化晶粒接觸明顯變平氣孔排解在燒結中期，相互連續(xù)的氣孔通道開頭收縮，形成封閉的氣孔，依據(jù)材料體系的不同，密度范圍從0.9至0.9LPS燒結比SSS燒結可以在較低的密度發(fā)生這種氣孔封閉。氣孔封閉后，LPS物質(zhì)。氣孔封閉后，致密化的驅動力為2DS D p

p式中，σp

為氣孔內(nèi)部的氣壓，rp

為氣孔半徑。假設rσp p

保持很小〔即SD

0，致密化將進展。當固相顆粒間的接觸變尋常，溶解-沉淀過程打算的致密化速率將減小。但假設由于晶粒生長和/或氣孔粗化使rs

增大，以及由于內(nèi)部反響而引起氣體放出〔例如金屬氧化物復原核參與碳的氧化〕使σp

增大，致密化驅動力可以是負值，某些狀況下，引起反致密化。在LPS性試驗和模型，影響了LPS燒結末期致密化的推測，如最終密度和微觀構造。晶粒生長和粗化LPS燒結的晶粒生長與SSS燒結有很大不同。假設固相可被液相很好浸潤，晶粒間的物質(zhì)中遷移只通過液相發(fā)生。取決于系統(tǒng)的不同，液相可以促進，也可阻礙晶粒生長。在某些狀況下，由于通過液相具有較高的物質(zhì)遷移速率，LPS燒結晶粒生長速率要比SSS燒結快得多。在另一些狀況下，液相也能起晶粒生長抑制劑作用。一般在大量液相中，球形顆粒的晶粒生長由下式給出：rnr0 nkts s式中，rsss

為在時間tr00時的晶粒平均半徑，k為晶粒生長速率常數(shù)。半徑〔或晶料尺寸〕指數(shù)n取決于晶粒生長機理；n＝3和n＝2分別為集中掌握相界面反響掌握。當固相在液相的溶解促進致密化時，不同外形和尺寸顆粒的不同溶解度，將導致通過Qstwald熟化的晶粒生長。從顆粒尖角處溶解的溶質(zhì)趨向于在較粗大顆粒再沉淀。因此，當加物會極大地影響晶粒生長的動力學和形貌。例如，在燒結氧化鋁／玻璃時，當CaO作為燒結助劑同SiO2

MgO晶面。特色燒結方法熱壓燒結熱壓燒結〔hotpressing〕是在燒結過程中同時對坯料施加壓力，加速了致密化的過程。所以熱壓燒結的溫度更低，燒結時間更短。熱壓技術已有70年歷史，最早用于碳化鎢和鎢粉致密件的制備?，F(xiàn)在已廣泛應用于陶瓷、粉末冶金和復合材料的生產(chǎn)。熱壓燒結的優(yōu)點熱壓時，由于粉料處于熱塑性狀態(tài)，形變阻力小，易于塑性流淌和致密化，因此，所需的成型壓力僅為冷壓法的1/10，可以成型大尺寸的A1

O、BeO、BN和TiO2 3

等產(chǎn)品。由于同時加溫、加壓，有助于粉末顆粒的接觸和集中、流淌等傳質(zhì)過程，降低燒結溫度和縮短燒結時間，因而抑制了晶粒的長大。熱壓法簡潔獲得接近理論密度、氣孔率接近于零的燒結體，簡潔得到細晶粒的組有良好機械性能、電學性能的產(chǎn)品。能生產(chǎn)外形較簡單、尺寸較準確的產(chǎn)品。熱壓法的缺點是生產(chǎn)率低、本錢高。熱壓裝置和模具6的保護氣氛條件。12001300〔常常到達2000℃左右模，可在模具內(nèi)壁涂上一層六方BN粉末。但石墨模具不能在氧化氣氛下使用。氧化鋁模具可在氧化氣氛下使用，氧化鋁?？沙惺?00MPa壓力。6熱壓的加熱方法〔a〕b〔〕〔〕感應直熱式熱等靜壓熱等靜壓工藝〔HotIsostaticPressing，簡寫為HIP〕是將粉末壓坯或裝入包套的粉料裝入1955年由美國BattelleColumbus材料〔粉料、坯體或燒結體〕在加熱過程中經(jīng)受各向均衡的壓力，借助高溫順高壓的共同作用促進材料的致密化。起初HIP工藝應用于硬質(zhì)合金的制備中，主要對鑄件進展處理。經(jīng)受了近五十年的進展，其在工業(yè)化生產(chǎn)上的應用范圍得到了不斷的拓展。在過去十年里，通過圍，并且其應用范圍的擴展仍有很大潛力。目前，熱等靜壓技術的主要應用有：金屬和陶瓷熱等靜壓的優(yōu)點承受HIP燒結，陶瓷材料的致密化可以在比無壓燒結或熱壓燒結低得多的溫度下分解等；通過HIP燒結工藝，能夠在削減甚至無燒結添加劑的條件下，制備出微觀構造均勻且?guī)缀醪缓瑲饪椎闹旅芴沾蔁Y體，顯著地改善材料的各種性能；通過HIP后處理工藝，可以削減乃至消退燒結體中的剩余氣孔，愈合外表裂紋，從而提高陶瓷材料的密度、強度；HIP抱負條件下產(chǎn)品無外形轉變。熱等靜壓裝置過濾器、止回閥、排氣閥和壓力表等；加熱爐主要包括發(fā)熱體、隔熱屏和熱電偶等；掌握系統(tǒng)由功率掌握、溫度掌握和壓力掌握等組成。圖7是熱等靜壓裝置的典型示意圖?，F(xiàn)在的HIP加熱爐主要承受輻射加熱、自然對流加熱和強制對流加熱等三種加熱方式，其發(fā)熱體材料主要是Ni-Cr、Fe-Cr-Al、Pt、Mo和C等。由于熱等靜壓有如此優(yōu)越的特性，熱等靜壓裝置逐年在快速增加，據(jù)資料報道，1983年全世界擁有熱等靜壓裝置3501984年約4501988年到達8001980年到198915190臺。我國在熱等靜壓方面的進展也較快。剖國外的同類設備，由冶金部北京鋼鐵爭論總院等靜壓工程技術中心成功開發(fā)了SIP300—SIP300—19965月通過技術鑒定。7熱等靜壓裝置示意圖熱等靜壓燒結工藝熱等靜壓工藝通常分為直接HIP和后HIP。直接HIP燒結8直接HIP工藝流程圖直接HIP8所示。直接HIP工藝制備陶瓷一般需先制備好燒結粉末，進展熱壓燒結。其直接HIP工藝的技術關鍵是：包套質(zhì)量。包套質(zhì)量對最終制品的性能影響較大，包套內(nèi)粉末的初始分布及密度削減燒結過程中的體積收縮。體均勻性以及陶瓷相配比也是影響最終燒結制品性能的主要因素。由于陶瓷相自身不同特性打算了其在熱等靜壓過程中的變形不同，因此，要想保證得到足夠致密的制品，必需保證陶瓷相分布均勻。升溫與升壓速率。由于陶瓷相間化學性質(zhì)的差異，從而使它們的性能隨著溫度和HIP圖做參考。經(jīng)過直接HIP工藝，也曾取得了很多優(yōu)異的成果，如：1180℃，100MPa，保溫保壓3h的HIP工藝條件下可以制備出99%理論密度的TiC和鐵合金的復合材料；H.V.AtkinsonHIP15Vol%SiCA357鋁合金復合材料，通過HIP可以顯著削減該類制品的氣孔率，同時其彎曲強度也得到提高。但承受直接HIP工藝制備金屬陶瓷同時也存在制約性，如：由于高性能、凈尺寸的制品受到限制；大比例陶瓷相的制品不簡潔制備等，因此承受直接HIP工藝制備陶瓷材料還需留意以下事項：制粉階段保證原料配比；要想保證由于塑性相的變形而充分填充陶瓷顆粒間的間隙，LANG曾依據(jù)分形理論計算出當復合材料的密度與增加顆粒的密度成線形關系的話，則陶瓷相不會影響復合材料的凝固過程，否則金屬相不能夠完全填充顆粒空隙。，必要時需參照HIP相圖來制定適宜的HIP工藝路線。后HIP處理〔postHIP〕9后HIP工藝流程圖HIP9，技術關鍵是：溫度的選擇原則上為金屬基體熔點或合金基體固熔線確定溫度值的0.6～0.9倍。不易產(chǎn)生蠕變流淌去填充各種缺陷；溫度過高，又會使坯體局部熔化而損壞制品。Q.F.Li制備AlO/Al復合材料的HIP200MPa2 3和蠕變強度及陶瓷相的強度。一般選擇100～200MPa；保溫保壓時間選擇應使坯體內(nèi)的蠕變充分進展，又不至于造成晶粒長大等不利現(xiàn)象消滅，一般選擇1～2小時。經(jīng)過HIP工藝對鑄件坯體進展熱處理之后，鑄件坯體的氣孔率將大大削減。HIPTiC/TiNi復合材料顯微構造有明顯差異，其大局部氣孔在經(jīng)受了HIP過程后閉合，大大提高了復合材料的致密度及機械性能，曾取得了很多優(yōu)異Q.F.LiAlO/AlAlO

/Al520℃，2 3 2 3200MPa壓力下保溫保壓1h經(jīng)過HIP處理后得到的成品的0.2屈服強度提高了20的熊計等在制備超細TiC0N0 金屬陶瓷中將樣品經(jīng)HIP處理后，材料的密度、硬度、橫17 131350℃，1.5h，70MPaHIP0.5%，1.1%，而橫向斷裂強度則提高了將近1倍。雖然Post-HIP工藝在經(jīng)過了十幾年的爭論歷程后已經(jīng)取得了諸如以上突出的成績，但Post-HIP工藝制備陶瓷的工業(yè)化，必需留意以下事項：由于HIP處理鑄件坯體時一般不需要加包套，所以對于鑄件外表的氣孔等缺陷需做封閉處理必需保持高壓介質(zhì)干凈，否則會污染制品。選用的HIP工藝參數(shù)不適宜會引起不好結果。放電等離子體燒結(SparkPlasmaSinterinSPS是近年來進展起來的一種SPS203060年月末獲得專利，但沒有得到廣泛的應用，1988年，日本井上爭論所研制出第一臺SPS裝5t的最大燒結壓力，在材料爭論領域獲得應用、SPS90年月進展成熟，最近推出的SPS10－100t的最大燒結壓力，可用于工業(yè)生產(chǎn)，能夠實現(xiàn)快速、低溫、高效燒結，已引起各國材料科學與工程界的極大興趣。SPS工藝的特點SPS主要是利用外加脈沖強電流形成的電場清潔粉末顆粒外表氧化物和吸附的氣體粉體進展燒結致密。其消耗的電能僅為傳統(tǒng)燒結工藝〔無壓燒結PLS、熱壓燒結HP、熱等靜壓HIP〕1/5-1/3。因此，SPS技術具有熱壓、熱等靜壓技術無法比較的優(yōu)點：①燒結溫度低〔比HP和HIP低200-30℃、燒結時間短〔只需3-10mi，而HP和HIP需要120-300mi和特別的模套技術。SPS燒結裝置SPS燒結的根本構造類似于熱壓燒結，如圖10所示。SPS燒結系統(tǒng)大致由四個局部組成：真空燒結腔〔6〕，加壓系統(tǒng)〔3〕，測溫系統(tǒng)〔圖中7〕和掌握反響系統(tǒng)。圖中1示意石墨模具，2代表用于電流傳導的石墨板，4是石墨模具中的壓頭，5是燒結樣品。10SPS燒結裝置示意圖SPS的燒結機理導電與非導電粉料的SPS機制有很大的區(qū)分，有學者爭論認為導電性粉體中存在焦耳熱效應和脈沖放電效應，而非導電粉體的燒結主要源于模具的熱傳導。具體就導電粉體的SPS萬度的局部高溫，在晶粒外表引起蒸發(fā)和熔化，并在晶粒的接觸點形成“燒結頸卻，使得頸部的蒸氣壓低于其它部位，氣相物質(zhì)分散在頸部而達成物質(zhì)的蒸發(fā)-凝固傳遞。〔局部高溫〕均勻地發(fā)熱和節(jié)約能源。在SPS過程中，晶粒受脈沖電流加熱和壓力的作用，體集中、晶界集中都得到加強。加速了燒結致密化的過程。對于非導電性材料，在SPS燒結過程中，部高溫能對掌握燒結過程中長程集中及燒結熱效率有影響造成裂紋。11顯示了SPS燒結過程中直流開關電流對材料的具體影響。11SPS中直流開關脈沖電流的作用微波燒結微波燒結〔MicrowaveSintering〕是利用微波具有的特別波段與材料的根本微小構造耦合而產(chǎn)生熱量，材料在電磁場中的介質(zhì)損耗使材料整體加熱至燒結溫度而實現(xiàn)致密化的方0.3-300GHz。但在微波燒結技術中使用的頻率915MHz2.45GHz2060年月進展起來的一種的驗爭論。微波燒結的技術特點微波與材料直接耦合導致整體加熱。由于微波的體積加熱，得以實現(xiàn)材料中大區(qū)被材料直接吸取而轉化為熱能，所以能量利用率極高，比常規(guī)燒結節(jié)能80%以上。微波燒結升溫速度快，燒結時間短。某些材料在溫度高于臨界溫度后，其損耗因子快速增大，導致升溫極快。另外，微波的存在降低了活化能，加快了材料的燒結進程，縮短了燒結時間。短時間燒結晶粒不易長大，易得到均勻的細晶粒顯微構造，內(nèi)部孔隙很少，的降低。安全無污染。微波燒結的快速燒結特點使得在燒結過程中作為燒結氣氛的氣體的使用量大大降低，這不僅降低了本錢，也使燒結過程中廢氣、廢熱的排放量得到降低。能實現(xiàn)空間選擇性燒結。對于多相混合材料，由于不同材料的介電損耗不同，產(chǎn)材料產(chǎn)品和獲得更佳材料性能。微波燒結系統(tǒng)系統(tǒng)主要包括三局部：微波發(fā)生器〔microwavegenerato；微波傳輸系統(tǒng)〔waveguid；微波諧振腔〔Resonancechambe。其中包括幾個主要局部：微波發(fā)生器microwavegenerato，燒結諧振腔resonancecavit，測溫系統(tǒng)等。或微波加熱〔家用微波爐〕的微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波頻率只可能是兩種，即：915MHz或2450MHz。依據(jù)實際需要，微波源的功率大小不同。家用微波加熱爐的功率一般都小于1KW；而微波燒結試驗用微波源最大功率多為5KW，特別狀況下功率到達幾十甚至幾百千瓦。高電導率的金屬〔Cu〕板組成的密閉容器，微波經(jīng)波導傳輸進入諧振腔后，在三維空間內(nèi)〔諧振點，在駐點處電流密度高，場強高。這種諧振模式稱為多模諧振模式，因此，方形TEhkl表示，其中h、k、l分別表示沿長度、寬度、高度方向微波的諧振模數(shù)。如諧振模式TE3333個諧振駐點，即諧振腔的長度、寬度和高度大小都是微波波長的3/2，也就是3個半波長。腔相對較均勻，是用于燒結大尺寸〔大批量〕陶瓷樣品的主要構造。溫、抗熱沖擊等性能，同時，必需使微波有效透過，即應中選用微波透亮體。多孔構造的AlO是抱負的保溫構造材料。2 3使加熱效率降低，更主要的是可能造成微波源的老化破壞。因此，在燒結損耗介質(zhì)材料時，〔電導損耗〕結。SiC半導體發(fā)熱體通常被用作保溫構造中的關心加熱體。關心加熱體的性能、尺寸、數(shù)量、在保溫構造中的分布等都直接影響著微波燒結的加熱效果。微波燒結測溫系統(tǒng)中的溫度準確測定也是該領域爭論和解決的主要難點技術之一等都會對溫度的測定產(chǎn)生影響。反響燒結反響燒結〔reaction-bondedsintering〕是讓原料混合物發(fā)生固相反響或原料混合物與外加氣〔液〕體發(fā)生圍—氣〔液〕反響，以合成材料，或者對反響后的反響體施加其它處理工藝以加工成所需材料的一種技術。同其他燒結工藝比較，反響燒結有如下幾個特點。反響燒結時，質(zhì)量增加，一般燒結過程也可能發(fā)生化學反響，但質(zhì)量不增加。燒結坯件不收縮，尺寸不變，因此，可以制造尺寸準確的制品。一般燒結坯件發(fā)生體積收縮。一般燒結過程，物質(zhì)遷移發(fā)生在顆粒之間，在顆粒尺度范圍內(nèi)移過程發(fā)生在長距離范圍內(nèi)，反響速度取決于傳質(zhì)和傳熱過程。液相反響燒結工藝，在形式上，同粉末冶金中的熔浸法類似，但是，熔浸法中的液相和固相不發(fā)生化學反響，也不發(fā)生相互溶解，或只允許有稍微的溶解度。反響燒結技術的成功實例主要有反響燒結氮化硅〔Reaction-BondedSiliconNitride，RBSReaction-BondedSiliconCarbidRBSRBS〕Si的微細粉末的成型體在氮氣中加熱3Si+2N=SiNSiN

的燒結體。2 3 4 3 4假設在預成型體中引人其它相，就可獲得各種復合材料。如在Si預型體中加人C或SiC，氮化后即獲得SiN-SiC復合材料。反響燒結碳化硅〔RBSC〕C粉和SiC粉的成型3 4Si氣相或液相在高溫下反響得到SiCC與外部來的Si面生成SiC，一方面引起致密化：反響燒結后燒結體的氣孔進一步由Si填充，所以可以得到致密且收縮微小的燒結體，可應用于各個領域。爆炸粉末燒結爆炸粉末燒結〔explosionsintering〕是利用炸藥爆轟產(chǎn)生的能量，以沖擊波的形式作用為一種高能量加工的技術，爆炸粉末燒結具有燒結時間短〔一般為幾十微秒左右〕壓力大〔0.1GPa-100GPa〕的特征。爆炸粉末燒結的優(yōu)點具備高壓性，可以燒結出近乎密實的材料。具備快熔快冷性，有利于保持粉末的優(yōu)異特性。由于激波加載的瞬時性，爆炸燒部仍保持低溫，形成“燒結”后將對界面起冷卻“淬火”作用，這種機制可以防止常規(guī)燒結〔學性能和抗腐蝕性降低。因此，爆炸燒結迄今被認為是燒結微晶、非晶材料最有期望的途徑之一。可以使SiN，SiC等非熱熔性陶瓷在無需添加燒結助劑的狀況下發(fā)生燒結。在3 4外，與一般爆炸加工技術一樣，爆炸粉末燒結還具備經(jīng)濟、設備簡潔的特點。爆炸燒結裝置及方法依據(jù)炸藥與粉末的相對位置，爆炸燒結可分為間接法和直接法。間接法面飛片，單活塞和雙活塞裝置，其裝置如圖14所示。14間接法爆炸燒結裝置〔a.單面飛片；b.單活塞；c.雙活塞〕直接法直接法中的炸藥與粉末不用硬質(zhì)模具隔開15所示，盛裝粉末的容器四周被炸藥掩蓋，在圓柱頂端是錐形物，本錢較低，可產(chǎn)生大于2.2kN的力，且圓柱筒可無限加長，所以足以產(chǎn)生尺寸較大的試樣。最正確燒成制度確實定

15直接法爆炸燒結裝置制度是保證窯爐依據(jù)要求的溫度制度與氣氛制度進展燒成。制定燒成制度的依據(jù)：以坯釉的化學組成及其在燒成過程中的物理化學變化為依據(jù)。如氧化鐵和氧化鈦變化等打算承受不同的燒成制度。以坯件的種類、大小、外形和薄厚為依據(jù)。以窯爐的構造、類型、燃料種類以