《陶瓷燒結(jié)技術(shù)》課件

《陶瓷燒結(jié)技術(shù)》本課件將深入探討陶瓷燒結(jié)技術(shù)，涵蓋定義、過程、類型、機(jī)理、控制、評價(jià)以及應(yīng)用等方面。一、什么是陶瓷燒結(jié)?定義陶瓷燒結(jié)是指將陶瓷粉末在高溫下進(jìn)行熱處理，使其顆粒相互結(jié)合，最終形成致密的固體材料的過程。概念燒結(jié)的核心是通過顆粒間的物質(zhì)遷移，消除粉末之間的孔隙，提高材料的強(qiáng)度和性能。1.定義及概念定義陶瓷燒結(jié)是指將陶瓷粉末在高溫下進(jìn)行熱處理，使其顆粒相互結(jié)合，最終形成致密的固體材料的過程。概念燒結(jié)的核心是通過顆粒間的物質(zhì)遷移，消除粉末之間的孔隙，提高材料的強(qiáng)度和性能。2.燒結(jié)的基本過程1粉末制備:確定粉末的粒徑、形貌和化學(xué)成分，以滿足燒結(jié)要求。2成型:將粉末成型為所需的形狀，如壓制、注塑或擠出。3干燥:移除成型過程中的水分，防止燒結(jié)過程中的氣孔產(chǎn)生。4燒結(jié):將坯體在高溫下加熱，使顆粒相互結(jié)合，形成致密的固體材料。5冷卻:緩慢冷卻燒結(jié)后的坯體，以減少內(nèi)部應(yīng)力，避免出現(xiàn)裂紋。3.影響燒結(jié)的因素粉末特性顆粒大小、形貌、化學(xué)成分和表面活性都會影響燒結(jié)過程。燒結(jié)溫度燒結(jié)溫度越高，顆粒的擴(kuò)散速度越快，燒結(jié)過程越容易進(jìn)行。燒結(jié)時間燒結(jié)時間越長，顆粒的擴(kuò)散程度越高，材料的致密度也越高。燒結(jié)氣氛燒結(jié)氣氛會影響燒結(jié)過程中的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而影響燒結(jié)結(jié)果。二、陶瓷燒結(jié)的類型固相燒結(jié)在固態(tài)下進(jìn)行的燒結(jié)過程，顆粒間的物質(zhì)遷移主要通過擴(kuò)散進(jìn)行。液相燒結(jié)在固相和液相共存的條件下進(jìn)行的燒結(jié)過程，液相的存在加速了顆粒間的物質(zhì)遷移。反應(yīng)燒結(jié)在燒結(jié)過程中，粉末顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成新的化合物，最終實(shí)現(xiàn)燒結(jié)。1.固相燒結(jié)原子擴(kuò)散原子在晶界或晶體內(nèi)部的擴(kuò)散，導(dǎo)致顆粒之間的物質(zhì)遷移。晶界遷移晶界處的原子遷移，導(dǎo)致晶界移動，顆粒之間的孔隙逐漸消失。2.液相燒結(jié)1液相形成2液相浸潤3毛細(xì)作用4擴(kuò)散和生長3.反應(yīng)燒結(jié)1化學(xué)反應(yīng)粉末顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成新的化合物。2新相形成反應(yīng)生成的化合物，通常具有不同的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)。3致密化新相的生長和相互結(jié)合，最終形成致密的固體材料。三、固相燒結(jié)的機(jī)理1晶界擴(kuò)散2體擴(kuò)散3氣相擴(kuò)散1.晶界擴(kuò)散原子在晶界處擴(kuò)散速度最快，因?yàn)榫Ы缣幍脑优帕胁灰?guī)則，結(jié)合力較弱。晶界擴(kuò)散是固相燒結(jié)中主要的物質(zhì)遷移方式，尤其是在燒結(jié)早期階段。隨著燒結(jié)的進(jìn)行，孔隙逐漸減少，晶界擴(kuò)散的貢獻(xiàn)逐漸降低。2.體擴(kuò)散體擴(kuò)散原子在晶體內(nèi)部的擴(kuò)散，需要克服晶格的阻力，因此速度較慢。體擴(kuò)散的貢獻(xiàn)體擴(kuò)散主要發(fā)生在燒結(jié)后期，當(dāng)晶界擴(kuò)散的貢獻(xiàn)降低后，體擴(kuò)散逐漸成為主要的物質(zhì)遷移方式。3.氣相擴(kuò)散四、液相燒結(jié)的機(jī)理液相形成:在燒結(jié)過程中，粉末顆粒發(fā)生熔化，形成液相。液相浸潤:液相浸潤固體顆粒，形成液相膜。毛細(xì)作用:液相膜的毛細(xì)作用，將固體顆粒拉近。液相擴(kuò)散:原子在液相膜中擴(kuò)散，導(dǎo)致顆粒之間的物質(zhì)遷移。擴(kuò)散通道:液相膜為物質(zhì)遷移提供了快速通道，加速了燒結(jié)過程。1.液相的形成1添加助熔劑助熔劑可以降低粉末的熔點(diǎn)，在燒結(jié)溫度下形成液相。2固相反應(yīng)粉末顆粒在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)的化合物，形成液相。2.液相浸潤和毛細(xì)作用液相浸潤液相能夠很好地浸潤固體顆粒，在顆粒表面形成一層薄膜。毛細(xì)作用液相膜的毛細(xì)作用，將固體顆粒拉近，促進(jìn)燒結(jié)過程的進(jìn)行。3.液相擴(kuò)散和擴(kuò)散通道液相擴(kuò)散液相的存在為原子擴(kuò)散提供了更快的通道，加速了物質(zhì)遷移。擴(kuò)散通道液相膜充當(dāng)了快速擴(kuò)散通道，將顆粒連接起來，加速了燒結(jié)過程。五、反應(yīng)燒結(jié)的機(jī)理1粉末顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成新的化合物。2反應(yīng)生成的新相具有不同的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)。3新相的生長和相互結(jié)合，最終形成致密的固體材料。1.化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行1化學(xué)反應(yīng)在燒結(jié)過程中，粉末顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成新的化合物。2反應(yīng)條件反應(yīng)條件包括溫度、氣氛和粉末的化學(xué)組成。2.反應(yīng)生成新相新相的特性反應(yīng)生成的新相通常具有不同的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)。新相的應(yīng)用新相的特性決定了材料的性能，例如強(qiáng)度、硬度、電性能等。3.新相的生長和致密化新相的生長:反應(yīng)生成的化合物不斷生長，逐漸填充孔隙。致密化:隨著新相的生長，材料的致密度逐漸提高。六、燒結(jié)過程的控制溫度控制燒結(jié)溫度控制，影響顆粒間的擴(kuò)散速度和化學(xué)反應(yīng)速率。氣氛控制燒結(jié)氣氛會影響燒結(jié)過程中的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而影響燒結(jié)結(jié)果。時間控制燒結(jié)時間控制，影響顆粒間的擴(kuò)散程度和材料的致密度。1.溫度控制燒結(jié)溫度燒結(jié)溫度是影響燒結(jié)過程的關(guān)鍵因素，溫度過低，燒結(jié)難以進(jìn)行；溫度過高，可能導(dǎo)致材料變形或熔化。溫度曲線根據(jù)材料的特性，選擇合適的溫度曲線，保證燒結(jié)過程順利進(jìn)行。2.氣氛控制1氧化氣氛氧化氣氛可以防止材料在燒結(jié)過程中發(fā)生還原反應(yīng)，例如氧化氣氛可以防止陶瓷材料在高溫下發(fā)生還原導(dǎo)致顏色變化。2還原氣氛還原氣氛可以使材料在燒結(jié)過程中發(fā)生還原反應(yīng)，例如還原氣氛可以使氧化物陶瓷在高溫下發(fā)生還原，從而提高其導(dǎo)電性能。3惰性氣氛惰性氣氛可以防止材料在燒結(jié)過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，例如惰性氣氛可以防止陶瓷材料在高溫下發(fā)生氧化或還原，從而保持其化學(xué)穩(wěn)定性。3.燒結(jié)時間控制燒結(jié)時間燒結(jié)時間是影響材料致密度和性能的關(guān)鍵因素，燒結(jié)時間過短，材料的致密度不足；燒結(jié)時間過長，可能導(dǎo)致材料過燒或析出新相。時間控制根據(jù)材料的特性，選擇合適的燒結(jié)時間，以獲得理想的致密度和性能。七、燒結(jié)質(zhì)量的評價(jià)1致密度致密度是指材料的實(shí)心體積占總體積的比例，通常用百分率表示。2微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)是指材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，包括顆粒大小、形貌、分布和晶界等。3機(jī)械性能機(jī)械性能是指材料在外力作用下的抵抗變形和破壞的能力，包括強(qiáng)度、硬度、韌性等。1.致密度致密度是指材料的實(shí)心體積占總體積的比例，通常用百分率表示。致密度是評價(jià)燒結(jié)質(zhì)量的重要指標(biāo)，致密度越高，材料的強(qiáng)度和性能越好。致密度可以通過測量材料的密度和孔隙率來確定。2.微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)是指材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，包括顆粒大小、形貌、分布和晶界等。微觀結(jié)構(gòu)分析微觀結(jié)構(gòu)分析可以幫助我們了解燒結(jié)過程的細(xì)節(jié)，從而改進(jìn)燒結(jié)工藝，提高材料的性能。3.機(jī)械性能強(qiáng)度強(qiáng)度是指材料抵抗斷裂的能力，通常用抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度等指標(biāo)表示。硬度硬度是指材料抵抗壓入或刻劃的能力，通常用維氏硬度、洛氏硬度等指標(biāo)表示。韌性韌性是指材料抵抗斷裂的能力，通常用斷裂韌性指標(biāo)表示。八、燒結(jié)技術(shù)的應(yīng)用1.結(jié)構(gòu)陶瓷應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)構(gòu)陶瓷主要應(yīng)