正確地選擇燒結(jié)方法是使特種陶瓷具有理想的結(jié)構(gòu)及預定的性能之關(guān)鍵。如在通常的大氣條件下(無特殊氣氛、常壓下)燒結(jié),無論怎樣選擇燒結(jié)條件,也很難獲得無氣孔或高強度制品。在傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)中經(jīng)常采用常壓燒結(jié)(pressureless sintering)方法。這種方法比特殊燒結(jié)方法生產(chǎn)成本低,是最普通的燒結(jié)方法,這里就不作詳細介紹。
一、低溫燒結(jié)
在盡可能低的溫度下制備陶瓷是人們早有的愿望,這種方法可以降低能耗,使產(chǎn)品價格降低。低溫燒結(jié)(low temperature sintering)方法主要有以下幾種:引入添加劑、壓力燒結(jié)、使用易于燒結(jié)的粉料等。
1.引入添加劑
這種方法根據(jù)添加劑作用機理可分如下兩類:添加劑的引入使晶格空位增加,易于擴散,燒結(jié)速度加快;添加劑的引入使液相在較低的溫度下生成,出現(xiàn)液相后晶體能作粘性流動,因而促進了燒結(jié)。
當不存在液相時,陶瓷粉料通常是通過擴散傳質(zhì)而燒結(jié)的。實際上,理想晶體是不存在的,晶體總是存在一定數(shù)量的空位,頸部的空位濃度高,其他部分的空位濃度低,空位濃度梯度的存在,導致空位濃度高的部分(通常是兩顆粒的接界處——頸部)向空位濃度低的部分擴散,而質(zhì)點(離子)向相反方向擴散,使物料燒結(jié)。添加劑的引入固溶于主晶相,空位就增加,促進了擴散,使物料易于嬈結(jié),如:A12 03添加Tioz、Mg0、Mn0等添加劑后,就顯著地促進了燒結(jié)。
當添加劑引入后可以在較低的溫度下生成液相,由于粘性流動(以顆粒為單位的遷移)導致燒結(jié),如Si3 N4中添加Mg0、Y2 03、A12 03等均可加快燒結(jié)速度。添加劑的作用前面已敘述過,這里不再贅述。總之,它能使材料顯示出新的功能,提高強度、抑制晶粒成長、促進燒結(jié)等。
2.壓力燒結(jié)(pressure sintering)
詳見“熱壓燒結(jié)”內(nèi)容。
3.使用易于燒結(jié)的粉料
易于燒結(jié)粉料制備方法大致分為如下兩類:(1)通用粉料制備工藝規(guī)程;(2)特殊粉料制備法。方法(2)之所以區(qū)別于方法(1),主要是考慮到方法(2)中制備工藝過程的變化,這是區(qū)分兩種方法的根據(jù)。這里所指的制備工藝過程是母鹽的化學組成,母鹽的制備條件、煅燒條件、粉碎條件等。由于這些工藝過程的變化,使所得的陶瓷粉料的燒結(jié)性能發(fā)生微妙的變化。如:用四異丙醇鈦為原料制得的Tioz粉體平均顆粒度為0.08 ym。燒結(jié)后材料密度達到理論密度的99%,燒成體的晶粒大小約為0.15 tim,燒結(jié)溫度為800℃,比用傳統(tǒng)工藝制備的Tioz粉料燒結(jié)溫度降低500~600℃(通常Ti02的嬈結(jié)溫度為1300—1400℃)。用四乙醇鈦為原料,合成的Ti02粉體的平均粒度約為0.3pm,燒結(jié)后材料密度為理論密度的99%,燒成體的晶粒大小約1.2肛m,燒結(jié)溫度為1050℃。總之,隨著粉末顆粒的微細化,粉體的顯微結(jié)構(gòu)和性能將會發(fā)生很大的變化,尤其是對亞微米一納米級的粉體來說,它在內(nèi)部壓力、表面活性、熔
點等方面都會有意想不到的性能,因此能加速粉料在燒結(jié)過程中動力學過程、降低燒結(jié)溫度和
縮短燒結(jié)時間。
一、低溫燒結(jié)
在盡可能低的溫度下制備陶瓷是人們早有的愿望,這種方法可以降低能耗,使產(chǎn)品價格降低。低溫燒結(jié)(low temperature sintering)方法主要有以下幾種:引入添加劑、壓力燒結(jié)、使用易于燒結(jié)的粉料等。
1.引入添加劑
這種方法根據(jù)添加劑作用機理可分如下兩類:添加劑的引入使晶格空位增加,易于擴散,燒結(jié)速度加快;添加劑的引入使液相在較低的溫度下生成,出現(xiàn)液相后晶體能作粘性流動,因而促進了燒結(jié)。
當不存在液相時,陶瓷粉料通常是通過擴散傳質(zhì)而燒結(jié)的。實際上,理想晶體是不存在的,晶體總是存在一定數(shù)量的空位,頸部的空位濃度高,其他部分的空位濃度低,空位濃度梯度的存在,導致空位濃度高的部分(通常是兩顆粒的接界處——頸部)向空位濃度低的部分擴散,而質(zhì)點(離子)向相反方向擴散,使物料燒結(jié)。添加劑的引入固溶于主晶相,空位就增加,促進了擴散,使物料易于嬈結(jié),如:A12 03添加Tioz、Mg0、Mn0等添加劑后,就顯著地促進了燒結(jié)。
當添加劑引入后可以在較低的溫度下生成液相,由于粘性流動(以顆粒為單位的遷移)導致燒結(jié),如Si3 N4中添加Mg0、Y2 03、A12 03等均可加快燒結(jié)速度。添加劑的作用前面已敘述過,這里不再贅述。總之,它能使材料顯示出新的功能,提高強度、抑制晶粒成長、促進燒結(jié)等。
2.壓力燒結(jié)(pressure sintering)
詳見“熱壓燒結(jié)”內(nèi)容。
3.使用易于燒結(jié)的粉料
易于燒結(jié)粉料制備方法大致分為如下兩類:(1)通用粉料制備工藝規(guī)程;(2)特殊粉料制備法。方法(2)之所以區(qū)別于方法(1),主要是考慮到方法(2)中制備工藝過程的變化,這是區(qū)分兩種方法的根據(jù)。這里所指的制備工藝過程是母鹽的化學組成,母鹽的制備條件、煅燒條件、粉碎條件等。由于這些工藝過程的變化,使所得的陶瓷粉料的燒結(jié)性能發(fā)生微妙的變化。如:用四異丙醇鈦為原料制得的Tioz粉體平均顆粒度為0.08 ym。燒結(jié)后材料密度達到理論密度的99%,燒成體的晶粒大小約為0.15 tim,燒結(jié)溫度為800℃,比用傳統(tǒng)工藝制備的Tioz粉料燒結(jié)溫度降低500~600℃(通常Ti02的嬈結(jié)溫度為1300—1400℃)。用四乙醇鈦為原料,合成的Ti02粉體的平均粒度約為0.3pm,燒結(jié)后材料密度為理論密度的99%,燒成體的晶粒大小約1.2肛m,燒結(jié)溫度為1050℃。總之,隨著粉末顆粒的微細化,粉體的顯微結(jié)構(gòu)和性能將會發(fā)生很大的變化,尤其是對亞微米一納米級的粉體來說,它在內(nèi)部壓力、表面活性、熔
點等方面都會有意想不到的性能,因此能加速粉料在燒結(jié)過程中動力學過程、降低燒結(jié)溫度和
縮短燒結(jié)時間。
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本文“特種陶瓷低溫燒結(jié)方法”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時間:2015-09-18 15:40:16
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