特种陶瓷烧结工艺PPT课件
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•最后，由于滑石瓷烧成时生成的玻璃相数量多，冷却时降温速度 要慢些，不然玻璃相中的残余应力不易消除，也会导致开裂。
2 烧结工艺
（2）变形
•引起变形的因素很多，如瓷坯烧成收缩过大，烧结范围很 狭以及液相数量较多等等。
2.3 烧结方法
1）普通烧结
2 烧结工艺
2）热压烧结
2 烧结工艺
•热压烧结促进致密化的 机理大概有以下几 种： (1)由于高温下的塑 性流动，(2)由于压力使颗 粒重排，使颗粒碎裂以及 晶界滑移而形成空位浓度 梯度，(3)由于空位浓度梯 度的存在而加速了空位的 扩散。
1.5 组织结构 1.5.3 气孔
1 烧结理论
•气孔的问题是一个重要的问题，它不仅影响材料的机械强度， 同时还影响材料的一系列性能，如热学性能、光学性能、介 电性能。
•对隔热材料，气孔是越多越好，而对透光材料，则希望气孔 越少越好，最好没有气孔。
•介电性能：气孔影响瓷坯绝缘强度。
1.5 组织结构 1.5.3 气孔
•可以用扩散的方法把加入物中的离子或气氛中的离子取道晶界而 渗进瓷坯中去，以获得新的陶瓷材料或元件，如阻挡层电容器，晶 界层电容器等等。
1.5 组织结构
1 烧结理论
1.5.2 晶界 •烧结时，瓷坯中的气孔常扩散至晶界而消失，如把气孔看成是
空位的“源”，则晶界就是空位的“沉没处”。
•烧结过程中由于晶体生长和重结晶的作用，而使许多不溶的杂 质析出并聚集于晶界，从这个意义上看，晶界又可理解为排纳 杂质的垃圾沟。 •晶界的存在往往对某些性能的传输或耦合产生阻力，例如对机电 耦合不利，对光波、声波的传播产生反射或散射，从而使材料的 应用受到限制。如微声技术中用压电陶瓷为基片时，由于严重的 晶界散射，使其应用频率限制到几十兆周而不能再高。
1.1 概念
烧结和熔点的关系
1 烧结理论
烧结温度Ts < 熔点Tm 金属： Ts = (0.3 ~ 0.4) Tm
无机盐： Ts = 0.57 Tm
1.2 烧结理论 1.2.1 烧结现象
1 烧结理论
1.2 烧结理论 1.2.1 烧结现象
1 烧结理论
烧结前SEM照片
1.2 烧结理论 1.2.1 烧结现象
1 烧结理论
晶间气孔
晶内气孔
1.5 组织结构 1.5.3 气孔
1 烧结理论
1.5 组织结构 1.5.3 气孔
1 烧结理论
2 烧结工艺
2.1 烧成制度的确 定 •烧成温度过高，容易使瓷坯变形，晶粒粗大，晶界间隙变宽。
•烧成温度过低，瓷坯又不够致密，晶粒发育不完整，性能达 不到要求。
•烧成温度，保温时间以及晶粒大小和机电性能之间是有一定 关系的。
•根据：相图、差热曲线、烧成收缩曲线、体积密度。
2 烧结工艺
2.2 烧成过程中出现的一些现象
（1）开裂
•开裂的问题对陶瓷来说，是经常碰到的问题。
•如果开裂发生在低温的话，可能是水分、有机粘结剂的排除过快， 只要低温时升温慢些即可解决。引起开裂的一个主要方面是多晶 转变，多晶转变的问题。
•在瓷坯中有玻璃相存在时，对阻止原顽辉石的晶粒长大和多晶转 变是有利的。 因为玻璃相有抑制品粒生长的作用，小的晶粒对大 晶粒来说由于晶界应力的存在总是较难发生多晶转变的。
1 烧结理论
晶界曲率作为驱动 力
晶界面总是向曲率 中心方向移动
1.5 组织结构
1 烧结理论
1.5.2 晶界 •晶界是无序的非晶态结构，由于缺陷较多，所以晶界内的扩散要 比晶粒内大十几万倍。
•晶界上出现的杂质浓度差以及空位浓度差，在高温的影响下通过 扩散会很快得到平衡。因而晶界就变成物质迁移和空位迁移的重要 通道——好比城市交通中街道的作用一样。
特种陶瓷
第三章 特种陶瓷烧结工艺
内容
本讲主要 内容
1 烧结理论 2 烧结工艺
1.1 概念
1 烧结理论
烧结：一种或多种固体粉末经过成型，在加热到一定 温度后开始收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬 的烧结体，这种过程称为烧结。
衡衡量量标标准准
烧结收缩 强度
密度 气孔率
1.1 概念
1 烧结理论
烧结温度对气孔率（1）、 密度（2）、电阻（3）、
孔，密堆达到
1.4 烧结阶段
颗粒形状 气孔形状 烧结速度
初期 球形，粘结成颈
无一定形状 慢
中期 十四面体模型 圆柱形，并连通
快
末期
十四面体粘附， 颈部粗大 球形
（封闭在顶点）
快
1 烧结理论
1.5 组织结构 •组织结构：一般指陶瓷多晶体内的晶相、玻璃相以及气孔的 分布情况（形状、大小、数量），还包括晶粒取向，晶粒均 匀度，晶界性质，杂质分布等 。
1.5 组织结构
1 烧结理论
1.5.1 晶相
•主ຫໍສະໝຸດ Baidu相的性能就是材料的性能，因此在电子陶瓷的组 织结构中，主晶相是最基本、最重要的组成。
1.5 组织结构 1.5.1 晶相
1.5 组织结构 1.5.2 晶界
1 烧结理论
1.5 组织结构 1.5.2 晶界
1 烧结理论
1.5 组织结构 1.5.2 晶界
烧结后SEM照片
1.2.2 烧结动力
1 烧结理论
颗粒尺寸小 比表面积大 表面 能高
1.2.3 物质传递
1 烧结理论
1.3 烧结影响因素
1 烧结理论
1.4 烧结阶段
1 烧结理论
1.4 烧结阶段
烧结初期
烧
结
的
三
烧结中期
个
阶
段
烧结后期
颗粒重排，1 接烧结触理论
处产生键合，空
隙变形缩小，但 固 传-质气开总始表，面粒积界没 有 增变 大化，。空隙进一 步 传变 质形继缩续小进，行但， 保 粒持 子连长同大，，形气如孔 隧 变道 成。孤立闭合气
1.1 概念 烧结与烧成
1 烧结理论
烧成包括多种物理和化学变化，例如脱水、坯体内气 体分解、多相反应和熔融、溶解、烧结等。
烧成
>
烧结
1.1 概念
1 烧结理论
烧结与固相反应
相同 点
不同 点
两者都是在低于材料熔点或者 熔融温度下进行，并且过程中 始终至少有一相是固态的。
固相反应必须至少有两相参加 (A+B)，并发生化学反应，最 后生成化合物(AB)。且AB的结 构从和结性晶能化不学同观于点A看和，B烧。结体的 烧微结观只晶有相单组组成元都或未者发多生组改元变参。
2 烧结工艺
热压的作用
•热压压力提高烧结温度降低，对控制 易挥发组分和易重结晶有好处； •能够通过控制热压温度和热压时间控 制晶粒大小； •提高瓷坯的强度。
3）高温等静压烧结
2 烧结工艺
2 烧结工艺
（2）变形
•引起变形的因素很多，如瓷坯烧成收缩过大，烧结范围很 狭以及液相数量较多等等。
2.3 烧结方法
1）普通烧结
2 烧结工艺
2）热压烧结
2 烧结工艺
•热压烧结促进致密化的 机理大概有以下几 种： (1)由于高温下的塑 性流动，(2)由于压力使颗 粒重排，使颗粒碎裂以及 晶界滑移而形成空位浓度 梯度，(3)由于空位浓度梯 度的存在而加速了空位的 扩散。
1.5 组织结构 1.5.3 气孔
1 烧结理论
•气孔的问题是一个重要的问题，它不仅影响材料的机械强度， 同时还影响材料的一系列性能，如热学性能、光学性能、介 电性能。
•对隔热材料，气孔是越多越好，而对透光材料，则希望气孔 越少越好，最好没有气孔。
•介电性能：气孔影响瓷坯绝缘强度。
1.5 组织结构 1.5.3 气孔
•可以用扩散的方法把加入物中的离子或气氛中的离子取道晶界而 渗进瓷坯中去，以获得新的陶瓷材料或元件，如阻挡层电容器，晶 界层电容器等等。
1.5 组织结构
1 烧结理论
1.5.2 晶界 •烧结时，瓷坯中的气孔常扩散至晶界而消失，如把气孔看成是
空位的“源”，则晶界就是空位的“沉没处”。
•烧结过程中由于晶体生长和重结晶的作用，而使许多不溶的杂 质析出并聚集于晶界，从这个意义上看，晶界又可理解为排纳 杂质的垃圾沟。 •晶界的存在往往对某些性能的传输或耦合产生阻力，例如对机电 耦合不利，对光波、声波的传播产生反射或散射，从而使材料的 应用受到限制。如微声技术中用压电陶瓷为基片时，由于严重的 晶界散射，使其应用频率限制到几十兆周而不能再高。
1.1 概念
烧结和熔点的关系
1 烧结理论
烧结温度Ts < 熔点Tm 金属： Ts = (0.3 ~ 0.4) Tm
无机盐： Ts = 0.57 Tm
1.2 烧结理论 1.2.1 烧结现象
1 烧结理论
1.2 烧结理论 1.2.1 烧结现象
1 烧结理论
烧结前SEM照片
1.2 烧结理论 1.2.1 烧结现象
1 烧结理论
晶间气孔
晶内气孔
1.5 组织结构 1.5.3 气孔
1 烧结理论
1.5 组织结构 1.5.3 气孔
1 烧结理论
2 烧结工艺
2.1 烧成制度的确 定 •烧成温度过高，容易使瓷坯变形，晶粒粗大，晶界间隙变宽。
•烧成温度过低，瓷坯又不够致密，晶粒发育不完整，性能达 不到要求。
•烧成温度，保温时间以及晶粒大小和机电性能之间是有一定 关系的。
•根据：相图、差热曲线、烧成收缩曲线、体积密度。
2 烧结工艺
2.2 烧成过程中出现的一些现象
（1）开裂
•开裂的问题对陶瓷来说，是经常碰到的问题。
•如果开裂发生在低温的话，可能是水分、有机粘结剂的排除过快， 只要低温时升温慢些即可解决。引起开裂的一个主要方面是多晶 转变，多晶转变的问题。
•在瓷坯中有玻璃相存在时，对阻止原顽辉石的晶粒长大和多晶转 变是有利的。 因为玻璃相有抑制品粒生长的作用，小的晶粒对大 晶粒来说由于晶界应力的存在总是较难发生多晶转变的。
1 烧结理论
晶界曲率作为驱动 力
晶界面总是向曲率 中心方向移动
1.5 组织结构
1 烧结理论
1.5.2 晶界 •晶界是无序的非晶态结构，由于缺陷较多，所以晶界内的扩散要 比晶粒内大十几万倍。
•晶界上出现的杂质浓度差以及空位浓度差，在高温的影响下通过 扩散会很快得到平衡。因而晶界就变成物质迁移和空位迁移的重要 通道——好比城市交通中街道的作用一样。
特种陶瓷
第三章 特种陶瓷烧结工艺
内容
本讲主要 内容
1 烧结理论 2 烧结工艺
1.1 概念
1 烧结理论
烧结：一种或多种固体粉末经过成型，在加热到一定 温度后开始收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬 的烧结体，这种过程称为烧结。
衡衡量量标标准准
烧结收缩 强度
密度 气孔率
1.1 概念
1 烧结理论
烧结温度对气孔率（1）、 密度（2）、电阻（3）、
孔，密堆达到
1.4 烧结阶段
颗粒形状 气孔形状 烧结速度
初期 球形，粘结成颈
无一定形状 慢
中期 十四面体模型 圆柱形，并连通
快
末期
十四面体粘附， 颈部粗大 球形
（封闭在顶点）
快
1 烧结理论
1.5 组织结构 •组织结构：一般指陶瓷多晶体内的晶相、玻璃相以及气孔的 分布情况（形状、大小、数量），还包括晶粒取向，晶粒均 匀度，晶界性质，杂质分布等 。
1.5 组织结构
1 烧结理论
1.5.1 晶相
•主ຫໍສະໝຸດ Baidu相的性能就是材料的性能，因此在电子陶瓷的组 织结构中，主晶相是最基本、最重要的组成。
1.5 组织结构 1.5.1 晶相
1.5 组织结构 1.5.2 晶界
1 烧结理论
1.5 组织结构 1.5.2 晶界
1 烧结理论
1.5 组织结构 1.5.2 晶界
烧结后SEM照片
1.2.2 烧结动力
1 烧结理论
颗粒尺寸小 比表面积大 表面 能高
1.2.3 物质传递
1 烧结理论
1.3 烧结影响因素
1 烧结理论
1.4 烧结阶段
1 烧结理论
1.4 烧结阶段
烧结初期
烧
结
的
三
烧结中期
个
阶
段
烧结后期
颗粒重排，1 接烧结触理论
处产生键合，空
隙变形缩小，但 固 传-质气开总始表，面粒积界没 有 增变 大化，。空隙进一 步 传变 质形继缩续小进，行但， 保 粒持 子连长同大，，形气如孔 隧 变道 成。孤立闭合气
1.1 概念 烧结与烧成
1 烧结理论
烧成包括多种物理和化学变化，例如脱水、坯体内气 体分解、多相反应和熔融、溶解、烧结等。
烧成
>
烧结
1.1 概念
1 烧结理论
烧结与固相反应
相同 点
不同 点
两者都是在低于材料熔点或者 熔融温度下进行，并且过程中 始终至少有一相是固态的。
固相反应必须至少有两相参加 (A+B)，并发生化学反应，最 后生成化合物(AB)。且AB的结 构从和结性晶能化不学同观于点A看和，B烧。结体的 烧微结观只晶有相单组组成元都或未者发多生组改元变参。
2 烧结工艺
热压的作用
•热压压力提高烧结温度降低，对控制 易挥发组分和易重结晶有好处； •能够通过控制热压温度和热压时间控 制晶粒大小； •提高瓷坯的强度。
3）高温等静压烧结
2 烧结工艺