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陶瓷粉末烧结的全工艺讲解

来源: 天诗蜡粉更新日期:2022-05-19 联系电话: 025-58393758
  陶瓷粉末烧结的全工艺讲解,烧结是陶瓷坯体经过高温作用而使材料强度提高的过程和现象,通常也是使材料致密化的过程。烧结过程中,随着温度的升高和时间的延长,在颗粒表面能的作用下,固体颗粒之间的接触面积不断增大,接触的颗粒发生传质及晶界移动。
 
  随着晶体长大,空隙(气孔)和晶界逐渐减少,坯体的总体积收缩,密度增加,最后成为致密而坚硬的,具有一定显微结构的陶瓷材料。烧结后坯体的宏观变化为体积收缩,致密度提高,强度增加。因此常用坯体的收缩率、气孔率或体积密度与理论密度之比来反映烧结程度。
 

 
 
  (1)烧结方法:根据烧结时是否有外界加压可以将烧结方法分为常压烧结和压力烧结。压力烧结又可分为热压烧结和热等静压烧结。
 
  热压烧结是在对粉体加热的同时进行加压,以增大粉体颗粒间的接触面积,加大致密化的动力,使颗粒通过塑性流动进行重新排列,改善堆积状况。在热压烧结中,压力使致密化的能量增大20倍左右。热压一般是在材料的熔点温度(热力学温度,单位K)的1/2温度下进行,比常压烧结的温度要低,时间要短。因此得到的材料的晶粒比较小,改善了力学性能。
 
  在干压成型过程中,天诗陶瓷粘结剂主要起粘合作用,增大假颗粒粒径,增加颗粒强度。若添加不当,那么干压成型时将很难获得高致密度的坯体。
 
  天诗陶瓷成型粘结剂L466X在陶瓷成型中起着十分重要的作用,直接影响粉料的流变性,成型性,产品尺寸精度等。
 
型号外观粒径Dv50熔滴点 ℃优势添加量
L-466X白色微粉20-4065-751、有效防止粉末成分偏析,减少混粉现场扬尘;
2、能提高生坯强度,粘结能力优异;
3、烧结后无残留,工件表面无黑点;
添加量一般在0.3-1%之间
 
  常压烧结又称无压烧结,即在大气压状态下,坯体自由烧结。在没有外加动力作用下,材料开始烧结的温度通常需达到材料熔点的0. 5~0.8倍,常压烧结过程的关键是控制烧成制度。
 
  热等静压烧结工艺是将粉体压坯或将装入包套的粉料放入高压容器中,在高温和均衡的气体压力作用下,将其烧结为致密的陶瓷体。该法可以制造出高质量的工件,其晶粒均匀,各向同性,几乎不产生气孔,密度接近于理论密度。同时,热压法所受到的限制也得到解决,可得到零件的最终形状。由于热等静压工艺复杂、成本高,在应用上受到一定的限制。
 
  按烧结时是否有气氛可以分为普通烧结和气氛烧结,普通烧结有时也称为常压烧结。对于在空气中很难烧结的制品,如非氧化物陶瓷或透光陶瓷等,为保证制品的成分、结构及性能,必须使坯件在特殊的气氛下烧结,这就称为气氛烧结。常用的有真空、氢、氮和惰性气体(如氩)等各种气氛。
 
  按烧结时坯体内部的状态可以分为气相烧结、固相烧结、液相烧结、活化烧结和反应烧结等。此外还发展了一些烧结方法,如等离子体烧结、电火花烧结、电场烧结,高温自蔓延烧结、超高压烧结等。
 

 
  (2)烧结的过程:根据烧成过程中所发生的物理化学变化不同,陶瓷材料的烧结过程分为三个阶段:升温阶段、保温阶段和冷却阶段。
 
  升温阶段表现为坯体的水分排出、有机黏合剂等分解氧化、液相产生、晶粒重排等。宏观上,坯体收缩,密度增大,从而达到制品要求的性能。在该阶段,升温速度是重要的参数。
 
  保温阶段促进陶瓷材料扩散和重结晶的进行,使制品的温度和性能都保持均匀一致。保温时间根据陶瓷材料的规格尺寸等确定,不能过长,否则会使晶粒二次长大或发生重结晶现象。
 
  冷却阶段是陶瓷材料从最高温度降到室温的过程,冷却过程中伴有液相凝固、析晶、相变等物理化学变化。因此,冷却方式、冷却速度快慢对陶瓷材料最终相的组成、结构和性能等都有很大的影响。不同种类、不同规格尺寸、不同温度阶段等的陶瓷材料,其冷却速度不同。
 

 
  (3)影响烧结质量的因素:①物料的粒度物料的粒度越小,比表面积越大,其表面自由能也越大,即增加了烧结的推动力,提高了细颗粒在液相中溶解度,从而降低烧结温度,促进烧结过程进行。
 
  ②物料的结晶:化学特性物料的结晶化学特性是决定烧结难易的关键性的内在因素。晶格能大、键力强,则质点结合牢固,高温下质点移动困难,不利于烧结。因此,表征晶体键力大小的晶格能是决定物料烧结和再结晶难易的重要参数。
 
  不同的结构类型对烧结也有重要的影响。阳离子极性低,结构类型稳定,品格缺陷少,物料内的质点不易移动,烧结困难。
 
  ③添加物的作用:在烧结过程中,少量的添加物与烧结相可产生一系列反应、变化,从而促进烧结。添加物与烧结相形成固溶体,产生晶格缺陷,活化晶格。例如,在氧化铝中添加TiO2,形成少量的固溶体,晶格发生畸变,可降低烧结温度。添加物能促使液相形成,并改变液相的性质,促进烧结。另外,添加物还能抑制晶粒长大。
 
  ④烧结温度与保温时间:烧结温度与保温时间是影响烧结的重要的外部条件。在一定范围内,烧结温度升高,保温时间延长,均有利于烧结进行。下表为不同烧结温度下刚玉莫来石结合的刚玉制品的性能。
 
  ⑤烧结气氛:
 
  烧结气氛一般有氧化、还原和中性气氛。不同物料在不同的条件下,对气氛要求不同。
 
  ⑥物料颗粒的接触及压制情况压制成形时,通过外加压力,可以使粉末颗粒之间相互接触,减少孔隙,并使颗粒间相互接触点处产生并保留残余应力。这种残余应力在烧结过程中成为固相扩散物质迁移的驱动力。任何妨碍颗粒间接触的因素都不利于烧结,也不利于陶瓷材料的致密化。
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