陶瓷烧结原理工艺 ppt课件

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陶瓷工艺学第十四讲烧结2

3）表面张力γ：对于常见的硅酸盐玻璃其表面张力不会因组分变化而有很大的改变。
2 塑性流动
塑性流动：当坯体中液相含量很少时，高温下流动传质不能看成是纯牛顿型流动，而是同于塑性流动型。
max 1 exp(
2
fr
)
为了尽可能达到致密烧结，应选择最小的颗粒原始半径r，液体粘度η和较大的液-气表面张力γ。
问题二：液相为什么加强了致密化过程？
➢增强颗粒重排：摩擦力便小 ➢增强物质输运：对于固相烧结，Dgb和晶界宽度决定了物质输运的速率，而对于液相烧结，溶解度DL和液相桥的宽度决定了物质输运的速率。
问题三：液相的来源 ➢添加剂 ➢添加剂与固相颗粒形成低共熔相（相图）
问题四：液相量
➢一般为5Vol％，较少可以达到10Vol％，一般不可以充填满颗粒之间的空隙。而传统陶瓷可以达到25～35%，基本上可以填满空隙，这个烧结就类似于玻璃粉的烧结，直接玻璃化就可以了（Vitrifiaction）。
在固态烧结中也存在塑性流动。在烧结早期，表面张力较大，塑性流动可以靠位错的运动来实现；而烧结后期，在低应力作用下靠空位自扩散而形成粘性蠕变，高温下发生的蠕变是以位错的滑移或攀移来完成的、塑性流动机理目前应用在热压烧结的动力学过程是很成功的。
三、溶解-沉淀传质机理
1、溶解-沉淀传质概念
在有固液两相的烧结中，当固相在液相中有可溶性，这时烧结传质过程就由部分固相溶解而在另一部分固相上沉积．直至晶粒长大和获得致密的烧结体。
➢缺点：液相最后会在晶界上形成新相，劣化材料性能，如高温力学性能；尺寸控制较难；开裂和塌陷。
液态烧结特点
➢传质机理和液相量有关； ➢传质过程和液相的性质有关； ➢与固-液润湿性有关； ➢与固相在液相的溶解度有关。

陶瓷烧结

目前，微波烧结技术已经被广泛用于多种陶瓷复合材料的试验研究材料直接耦合导致整体加热。
（2）微波烧结升温速度快，烧结时间短。（3）安全无污染。（4）能实现空间选择性烧结。
材料与微波场的作用类型
材料与微波的作用方式示意图
微波烧结系统
5 ）反应烧结
反应烧结（reaction-bonded sintering）是让原料混合物发生固相反应或原料混合物与外加气（液）体发生围—气（液）反应，以合成材料，或者对反应后的反应体施加其它处理工艺以加工成所需材料的一种技术。
是将粉末压坯或装入包套的粉料装入高压容器中，使粉料经受高温和均衡压力的作用，被烧结成致密件。
其基本原理是：以气体作为压力介质，使材料（粉料、坯体或烧结体）在加热过程中经受各向均衡的压力，借助高温和高压的共同作用促进材料的致密化。目前，热等静压技术的主要应用有：金属和陶瓷的固结，金刚石刀具的烧结，铸件质量的修复和改善，高性能磁性材料及靶材的致密化。
（2）具备快熔快冷性，有利于保持粉末的优异特性；
（3）可以使 Si3N4，SiC 等非热熔性陶瓷在无需添加
烧结助剂的情况下发生烧结。
间接法爆炸烧结装置（a.单面飞片； b.单活塞；c.双活塞）
直接法爆炸烧结装置
谢谢大家！
1）热压烧结
热压烧结（hot pressing）是在烧结过程中同时对
坯料施加压力，加速了致密化的过程。所以热压烧结的温度更低，烧结时间更短。
热压技术已有70年历史，最早用于碳化钨和钨粉致密件的制备。现在已广泛应用于陶瓷、粉末冶金和复合材料的生产。
热压烧结的优点
（1）所需的成型压力仅为冷压法的1/10
烧结装置
烧结系统大致由四个部分组成：真空烧结腔（图中6），加压系统（图中3），测温系统（图中7）和控制反馈系统。图中1示意石墨模具，2 代表用于电流传导的石墨板，4是石墨模具中的压头，5是烧结样品。

《陶瓷材料的烧结》课件

资源循环利用
对废弃的陶瓷材料进行回收和再利用，实现资源的循环利用，降低对自然资源的依赖。
THANKS。
致密度、均匀性和性能。
烧结设备的改进
03
随着技术的进步，烧结设备的性能和效率也将得到提升，为陶
瓷材料的制备提供更好的设备支持。
环保和可持续发展在陶瓷烧结领域的应用
环保材料的研发
为了降低陶瓷产业对环境的影响，未来将大力研发环保型的陶瓷材料，如低毒陶瓷、可降解陶瓷等。
节能减排技术的应用
通过采用新型的节能技术，降低陶瓷烧结过程中的能耗和排放，实现低碳、环保的生产。
04
陶瓷材料的烧结性能
烧结密度和孔隙率
烧结密度
烧结后的陶瓷材料密度，影响材料的机械性能和热学性能。
孔隙率
陶瓷材料内部孔隙的多少，与材料的强度、热导率和绝缘性能有关。
烧结陶瓷的力学性能
01
硬度
烧结陶瓷的硬度取决于其成分和显微结构，硬度高的陶瓷耐磨、耐划痕。
02
03
抗弯强度
韧性
陶瓷抵抗弯曲应力的能力，与材料的成分、显微结构和制备工艺有关。
航天器结构材料
陶瓷材料具有轻质、高强度和耐高温的特性，适用于航天器结构材料，如卫星天线骨架、太阳能电池板支架等。
06
未来展望
新型陶瓷材料的开发
高性能陶瓷
随着科技的发展，对陶瓷材料性能的要求越来越高，未来将开发出具有更高强度、硬度、耐磨性、耐高温等高性能的新型陶瓷材料。
多功能陶瓷
除了传统的结构陶瓷外，未来还将开发出具有多种功能如导电、导热、压电、磁性等功能的新型陶瓷材料。
05
陶瓷材料的烧结应用
在电子行业的应用
电子封装

陶瓷烧结原理与技术

图 14-1 烧结现象示意图
2．烧结阶段

生胚: 陶瓷生坯颗粒之间呈点接触。烧结前期:高温时物质通过不同的扩散途径向颗粒间的颈部和气孔部位填充，使颈部渐渐长大，颗粒间接触界面扩大，使气孔缩小、致密化程度提高，孤立的气孔布于晶粒相交的位置上，坯体的密度超过理论密度的90%。
烧成与烧结的区别
烧成：除了包括烧结过程外，还包括其它物理化学过程。烧结：仅指陶瓷致密化过程，包括均匀细致的晶粒尺寸和低气孔率。

影响烧结的主要因素
1．粉料的粒度

粉料粒度愈细，活性愈高，增加了烧结推动力，缩短了原子扩散距离，提高了颗粒在液相中的溶解度。烧结温度可相应降低150～300℃。但是颗粒细，表面活性强，可吸附大量气体或离子，如CO32-等，这不利于颗粒间接触而起了阻碍烧结的作用。另外从防止二次重结晶来考虑也并非粒度愈细愈好。最适宜的烧结起始粒度为 0.05～0.5μm。
烧结后期

：随着晶界上的物质继续向气孔扩散填充，使致密化继续进行，晶粒继续均匀长大，气孔随晶界一起移动，直至获得致密化的陶瓷材料，。另外，不同形状的晶界，移动的情况也各不相同，弯曲的晶界总是向曲率中心移动。曲率半径愈小，移动就愈快。在烧结后期晶粒生长在过程中，出现气孔迁移速率显著低于晶界迁移速率的现象，这时气孔脱开晶界，被包裹到晶粒内。
6．烧结过程的物质传质机构有哪些？ 7．界面的形成？粒界移动与晶粒长大？平直晶界与120°角的诞生？ 8．固相反应和固相烧结的区别？ 9. 烧结与烧成的区别? 10.烧成制度曲线的制定? 11．何谓二次重结晶？是利是害？ 12. 各种烧成方法的特点与特色?
1．烧结的定义

特种陶瓷烧结工艺课件

隧变道成。孤立闭合气
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
?主晶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
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）、
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

第五章烧结ppt课件

T
Ta Tb
T
4. 冷却阶段（烧成温度 1350℃～400℃）
• 快冷区（烧成温度1350℃～750℃）
✓防止釉层因失透（析晶）而无光泽
✓防止莫来石晶体过分长大（一次莫来石～二次莫来石）而降低强度
• 慢冷区（750℃～400℃）
✓液相（50～60％）冷为玻璃相时，会有应力产生
✓石英转变时会有应力产生 α－石英
.
烧结过程的物质传递
烧结过程中的物质传递
气相传质（蒸发与凝聚为主）固相传质（扩散为主）液相传质（溶解和沉淀为主）
.
影响烧结的因素
影响因素
原料粉末的粒度烧结温度烧结时间烧结气氛
.
5.2 烧结参数及其对烧结性影响
5.2.1 烧结类型
液相烧结
（Liquid phase intering）
.
5.2.4 烧结参数对于烧结样品性能的影响
一、材料参数对烧结的影响（1）颗粒尺寸对烧结的影响
在一定温度下，半径为r1的一列球形颗粒所需要的烧结时间为t1，半径为 r2的另一列排列相同的球形颗粒烧结时间为t2，则：
颗粒间由点接触转变为面接触，孔隙缩小，连通孔隙变得封闭，并孤立分布。 ③ 小颗粒间率先出现晶界，晶界移动，晶粒长大。
.
2）烧结后期阶段 ① 孔隙的消除：晶界上的物质不断扩散到孔隙处，使孔隙逐渐消除。 ② 晶粒长大：晶界移动，晶粒长大。
➢ 烧结的分类：
烧结
固相烧结（只有固相传质）液相烧结（出现液相）气相烧结（蒸汽压较高）
.
• 石英的晶相转变
β－石英
573℃ α－石英
△V ±0.82％
气孔率高 25～40％，应力缓冲
3. 高温阶段（950℃～烧成温度）

陶瓷烧结过程【共23张PPT】

氧化锆，（<2000C）
– 钟罩窑、梭式窑室温就高吸收：CaCO3、Fe2O3、Cr2O3、SiC等
以高压气体作为压力介质作用于陶瓷材料（包封的粉体和素坯，或烧结体），使其在高温环境下受到等静压而达到高致密化氧化锆，（<2000C）
• 连续式：氮化硅无熔点、高温分解（1900C）
硅钼棒，MoSi2（<1700C）
• 整体均匀加热低温吸收小，高于某温度急剧增加：Al2O3、MgO、ZrO2、Si3N4等
利用微波与材料的相互作用，其介电损耗导致陶瓷坯体自身发热而烧结
• 无热惯性，烧成周期短埋粉（Si3N4：BN：MgO=5:4:1）抑制氮化硅分解
管式气氛炉：电热丝、硅碳、硅钼为了抑制氮化物分解，在N2气压力1-10MPa高压下烧成。
Al2O3-SiO2）
• 采用α氮化硅为原料，1420C相变为β相，有利烧结，且该β相为柱状晶，力学性能好。
• 埋粉（Si3N4：BN：MgO=5:4:1）抑制氮化硅分解
氮化硅的气压烧结（Gas Pressure Sintering GPS）
• 为了抑制氮化物分解，在N2气压力110MPa高压下烧成。
• 对于氮化硅常压烧成温度要低于1800C，而气压烧结温度可提高到2100-2390C。
热压烧结（Hot Pressing, HP）
• 加热的同时施加机械压力，增加烧结驱动力，促进烧结
– 粘性流动 – 塑性变形 – 晶界滑移 – 颗粒重排
• 一般采用石墨模具，表面涂覆氮化硼，防止反应
热等静压（Hot Isostatic Pressing, HIP）
陶瓷烧结过程
烧结的驱动力
• 粉体表面能与界面能的差 • 传质过程

第三章陶瓷材料的烧结

d
dt
3 2r
1 1
fr
2
ln
1
1
d
其中：η是作用力超过屈服值f时液体的粘度，r为原始颗粒半径，γ液-气表面张力。f值愈大，烧结速率愈低。当屈服值f=0时，(d)式即变为(c)式，此时为粘性流动。r↓、η↓、γ↑→有利于烧结，t↑→易于烧结。
烧成的含义包括的范围广，一般发生在多相系统中，而烧结只是
烧成过程中的一个重要部分。
2、烧结和熔融
烧结是在远低于固态物质的熔融温度下进行的，泰曼烧结温度（TS）和熔融温度（TM）的关系规律： ✓ 金属粉末：TS =（0.3~0.4）TM ✓ 盐类： TS =0.5TM ✓ 硅酸盐： TS =（0.8~0.9）TM 熔融时全部组元都转变为液相，而烧结时至少有一组元处于固相。
液相烧结：烧结过程中出现液相。
Illustration of various types of sintering
§ 3.2 特种陶瓷烧结概论
一、特种陶瓷烧结原理
1、烧结过程和现象烧结过程中，主要发生晶粒和气孔尺寸及其形状变化：
烧结过程大致分为烧结前期、烧结中期和烧结后期三个阶段：
点接触
烧结前期烧结中期
3、烧结和固相反应
•相同之处：两个过程在低于材料熔点或熔融温度之下进行的，并且在过程中自始自终都至少有一相是固态。 •不同之处：固相反应必须至少有两组元参加，如A和B，发生化学反应，最后生成化合物C。而烧结可以只有单组元，或者两组元参加，且两组元并不一定发生化学反应。
4、固相烧结和液相烧结
固相烧结：整体上在固相情况下发生的致密化；
➢ 塑性流动
在高温下坯体中液相含量降低，而固相含量增加，这是烧结传质不能看成是牛顿型流体，而是属于塑性流动的流体，过程的推动力仍然是表面能。为了尽可能达到致密烧结，应选择尽可能小的颗粒、粘度和较大的表面能。

《陶瓷制作工艺》课件

环保陶瓷
环保陶瓷如生物陶瓷、可降解陶瓷等，符合绿色环保理念，具有可持续发展的潜力。
陶瓷与金属的结合可以发挥各自的优势，如金属的强度和耐腐蚀性与陶瓷的耐磨性和耐高温性相结合，广泛应用于刀具、发动机部件等领域。
陶瓷与金属的结合
陶瓷与玻璃的结合可以创造出独特的艺术效果和功能性，如玻璃陶瓷、微晶玻璃等，在建筑、装饰和光学领域有广泛的应用。
陶瓷与玻璃的结合
陶瓷与塑料的结合可以使产品具有轻便、不易碎等特点，如陶瓷涂层塑料餐具、陶瓷增强塑料等，在日常生活和工业生产中得到广泛应用。
陶瓷与塑料的结合
05
陶瓷制作工艺的传承与保护
在家族中，父母将陶瓷制作技术传授给子女，代代相传。
家庭传承
徒弟跟随师傅学习，通过实践掌握陶瓷制作技艺。
师徒传承
一些民间组织或协会组织陶瓷制作技艺的传承活动，吸引年轻人参与。
上釉方法有多种，如浸釉、喷釉、刷釉等。不同的上釉方法适用于不同的陶瓷制品和釉料。在上釉过程中，需要注意控制釉料的浓度、涂覆量和涂覆次数等参数，以确保陶瓷制品表面的美观性和耐久性。
总结词
详细描述
总结词
烧成是将上釉后的陶瓷坯体在高温下烧结成瓷的过程。
详细描述
烧成是陶瓷制作工艺中的重要环节，需要在高温下进行长时间烧结，使陶瓷坯体中的水分、有机物和挥发物等充分排出，同时使釉料与坯体紧密结合在一起形成致密的瓷器。在烧成过程中，需要注意控制烧成温度、烧成时间和气氛等因素，以确保陶瓷制品的质量和性能符合要求。
总结词
配料过程中需要根据陶瓷种类和性能要求，选择合适的原料和添加剂，并按照一定比例混合，以获得所需的陶瓷材料。配料过程中需要注意原料的湿度、温度、粒度等参数，以确保配料的准确性和均匀性。

陶瓷材料及其制备烧结工艺培训课件：粉体的制备、烧结后处理与加工

物种类很多，部分以硅酸盐化合物的状态存在，构成各种矿物、岩石。另一部分则以独立状态存在，成为单独的矿物实体，其中结晶态二氧化硅统称为石英。
a.水晶
b.脉石英
c.砂岩
d.石英岩
e.石英砂
石英
水晶
3.长石类原料长石是陶瓷生产中的主要熔剂性原料，一般用作坯料、釉
料、色料熔剂等的基本成分，用量较大，是日用陶瓷的三大原料之一。自然界中长石的种类很多，归纳起来都是由以下四种长石组合而成：
３）放电等离子体烧结
４）微波烧结５）反应烧结６）爆炸烧结
帮助理解
常压烧结：常压热压烧结：加压热等静压烧结：高温恒压气氛烧结：防氧化、加气反应烧结：加入气相或者液相以获得一定强度和精度
热压烧结
2.热压烧结包括
热压烧（在１０～重排与致密设备与模具的烧制。
热等复杂制品生轴承、反射亦可采用此
五、烧结原理与工艺
(一) 概念
烧结是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。
陶瓷烧结示意图
(a)颗粒间的松散接触；(b)颗粒间形成颈部； (c)晶界向小晶粒方向移动并逐渐消失，晶粒逐渐长大； (d)颗粒互相堆积形成多晶聚合体
(一) 概念
陶瓷的烧结类型可以分固相烧结、液相烧结。
2. 陶瓷的分类 (1) 按陶瓷概念和用途来分类：
陶瓷
普通陶瓷
特种陶瓷
日用陶瓷
(包括艺术陈列陶瓷)
建筑卫生陶瓷
化工陶瓷
电瓷化学瓷及其它结构陶瓷功能陶瓷
工业用陶瓷
结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、硬质、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料；

烧结基础知识PPT课件

如果表面张力足以使晶体产生位错，这
时质点通过整排原子的运动或晶面的滑移来实
现物质传递，这种过程称塑性流动。可见塑性
流动是位错运动的结果。与粘性流动不同，塑
性流动只有当作用力超过固体屈服点时才能产
生，其流动服从宾汉 (Bingham) 型物体的流
动规律即， F v
S
x
（3-3-9）
3
e KT
1
3
C0
KT
；
C1 C0
C03 KT
自颈部到接触点浓度差
C1 C2 23 C0 KT
；
C1
C2
2C0 3 KT
自颈部到内部浓度差
结论： ①由于应力的分布不均匀造成空位浓度梯度，空位将主要从颈部表面扩散到
颈部中心两颗粒接触处；
②空位也从颈部表面扩散到颗粒内无应力区，但其量比前一种扩散量少一半；
物理性质变化：V 、气孔率、强度、致密度……
缺点：只描述宏观变化，未揭示本质。
3
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定义2:在表面张力作用下的扩散蠕变。
优点：揭示了本质。缺点：未描述宏观物理性质变化。
4
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烧结的指标
➢烧结收缩率 ➢强度 ➢实际密度/理论密度 ➢吸水率 ➢气孔率等
5
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③空位扩散即原子或离子的反向扩散。这就造成了物质的迁移。而随着这种物质迁移，空隙被填充，致密度提高。
与此同时，颗粒间的接触界面增加，机械强度增加。
28
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⑶扩散途径 ( 结论： C1>C0>C2 空位扩散：优先由颈表面) 接触点；
1C> 2C