特殊陶瓷的制备工艺主要有三个步骤:准备坯料,成型和烧结。工艺结束后,烧结法可以控制晶粒的长大,对材料的使用性能有重要影响。迄今为止,陶瓷烧结技术一直是人们不断突破的领域。
特殊陶瓷烧结原理。
烧成后坯体在高温下,经坯体之间微粒之间的粘结及物质转移,排出气孔,体积收缩,强度增加,逐渐转变为致密化过程,具有一定几何形貌、坚固烧结体。从宏观和微观两个角度观察,烧结现象表明,宏观上,烧结产物体积收缩,致密度增大,强度增大。显微观察,气孔形状改变,结晶长大,成分变化(掺杂元素)。根据烧结法的不同,烧结主要分为以下几个阶段:
1
烧成初期。
石蜡脱除:如石蜡在250~400℃时完全蒸发挥发。烧成温度升高;微粒之间由点接触变为面接触,空隙变小,连通孔隙变小,连通孔隙变得封闭,并且孤立分布。微粒首先形成晶界,晶界移动,晶粒增大。
2
烧成晚期。
空穴:在晶界上的物质持续向孔隙处扩散,使得孔隙逐渐消失。颗粒长大:晶界移动,颗粒长大。
陶粒烧结可分为固相烧结和液相烧结,它们各自具有不同的反应机理。液相烧成反应机理可简单归结为熔化.重排.溶沉淀.气孔排泄;根据烧结体的结构特点,将其机理分为三个阶段:初烧、中烧、后期烧结。
固相烧成图形。
烧结期:烧结初期颗粒彼此接近,不同颗粒通过物质扩散和坯体收缩间接接触形成颈部。这一阶段,颗粒内部没有改变,颗粒形状也基本保持不变。
在烧结中期,烧结颈开始长大,原子向结合面迁移,颗粒间距减小,形成一个连续的孔隙网。这一阶段烧结体密度增大,强度增大。
烧成后期:一般烧成密度达90%后,烧成后期进入烧结。在这个过程中,大部分的孔隙被隔开,晶界上的物质继续向气孔中扩散,充填后的晶粒继续长大。这一阶段烧结体主要是通过小孔消失,减少小孔隙而使收缩缓慢。
特殊陶瓷烧结法
对陶瓷烧结法的分类,人们根据不同的依据将其分类,其特点和适用范围如下:
简述陶瓷的烧结方法。
烧结率的影响因素
1
粉末颗粒度
微粒使烧结推动力增大,缩短了熔融距离,增加了熔融时间,使熔化速度加快,但过细颗粒易吸附大量气体,妨碍颗粒之间的接触,阻碍烧结,所以要根据烧结条件合理选择粒度。
2
掺合料的作用。
在固相烧结中,掺合料可以通过增加缺陷而促进烧结;在液相烧结时,外加剂可以通过改变液相的特性促进烧结。
3
烧成温度及时间
增加烧成温度有利于固相扩散等传质,但过高的温度将导致二次结晶,使材料性能恶化。在烧结过程中,低温阶段主要是表面扩散,高温阶段主要是体积扩散,低温烧结时间延长不利于致密化,材料性能下降,所以常采用高温短时间烧结来提高材料致密度。
4
烧结气氛
气体烧结时,晶体会产生空位,造成缺陷,所以烧结不同的基体材料要选择气氛。大气气氛对烧结过程的影响是复杂的。如TiO2、BeO、Al2O3等一般材料,在还原气氛下烧结时,能使氧从晶面逸出,形成缺陷结构;因此有利于烧结;非氧化物陶瓷,由于在高温下容易氧化,所以在氮气和惰性气体中烧结;PZT陶瓷,为了阻止Pb的挥发,需要在密闭烧结中加入气氛片或气体粉末。
5
成型压力
铸坯的成型压力对材料性能也有很大的影响。模压压力越大,颗粒在烧结过程中的接触越密切,扩散阻力越小;成型压力过高则会使粉末材料发生脆断,不利于烧结。