陶瓷材料制备与烧结过程
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
各组成相的结构、 数量、形态、大小及分 布决定了陶瓷的性能。
第一节 粉体成型原理
第一节 粉体成型原理
一、 粉料的基本物理性能
1.粒度(Particle Size)和粒度分布(Particle Size Distribution)
粒度是指粉料的颗粒大小，通常以颗粒半径r 或直径d表示。粒度分布是指多分散体系中各种 不同大小颗粒所占的百分比。
第一节 粉体成型原理
4. 粉 料 的 堆 积 （ 填 充 ） 特 性 (Packing Property)
单一颗粒（即纯粗颗粒或细颗粒）堆积时的 空隙率约40%。若用二种粒度（如平均粒径比为 10:1）配合则其堆积密度增大；而采用三级粒度 的颗粒配合则可得到更大的堆积密度。
5. 粉料的流动性(Flowing Property)
第一节 粉体成型原理
3. 粉体的表面特性
（1）粉体颗粒的表面能(surface energy)和表面 状态
粉体颗粒表面的“过剩能量”称为粉体颗粒的表 面能。
表3-1是当粒径发生变化时，一般物质颗粒其原 子数与表面原子数之间的比例变化。
（2）粉体颗粒的吸附与凝聚(Coagulation) 一个颗粒依附于其它物体表面上的现象称之为附 着。而凝聚则是指颗粒间在各种引力作用下的团聚 。
第一节 粉体成型原理
3. 对可塑坯料的工艺性能要求
可塑性好，含水量适当，干燥强度高，收 缩率小，颗粒细度适当，空气含量低。
第一节 粉体成型原理
四、 泥浆/粉浆的成型原理
1. 泥浆的流变特性
（1）泥浆的流动曲线 图3-8为一些陶瓷原料泥浆的流动曲线。
（2）影响泥浆流变性能的因素 1）泥浆的浓度 图3-9为不同浓度的可塑泥浆的流动曲线。 2）固相的颗粒大小 一定浓度的泥浆中，固相颗粒越细、颗粒间平
均距离越小，吸引力增大，位移时所需克服的阻 力增大，流动性减少。
第一节 粉体成型原理
3）电解质的作用 向泥浆中加入电解质是改善其流动性和稳
定性的有效方法。 4）泥浆的pH值
pH值影响其解离程度，又会引起胶粒ζ电位发生变化，导致改变胶粒表面的吸力与 斥力的平衡，最终使这类氧化物胶溶或絮凝 。
第一节 粉体成型原理
第一节 粉体成型原理
三、 可塑泥团的成型原理
1. 可 塑 泥 团 的 流 变 特 性 (Rheological Behavior)
图3－5为粘土泥团的应力－应变曲线。 图3－6表示了粘土的含水量与其应力－应变 －曲线的关系。
第一节 粉体成型原理
2. 影响泥团可塑性的因素
（1）固相颗粒大小和形状 一般地说，泥团中固相颗粒愈粗，呈现最大
（1）密度的变化 （2）强度的变化 （3）坯体中压力的分布 图3-3为单面加压是坯体内部压力分布情况 。
第一节 粉体成型原理
2. 影响坯体密度(Density)的因素
（1）成型压力 压制过程中，施加于粉料上的压力主要消耗在以下二
方面： 1）克服粉料的阻力P1，称为净压力。 2）克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力P2，称为消
陶瓷制品的生产
陶瓷制品的生产都要经过三个阶段：坯料制 备、成型、烧结
❖ 坯料制备 通过机械或物理或化学方法制备粉料，在制备坯料时，
要控制坯料粉的粒度、形状、纯度及脱水脱气，以及配料比 例和混料均匀等质量要求。按不同的成型工艺要求，坯料可 以是粉料、浆料或可塑泥团。
❖ 成型
将坯料用一定工具或模具制成一定形状、 尺寸、密度和强度的制品坯型（亦称生坯）。
塑性时所需的水分愈少，最大可塑性愈低；颗 粒愈细则比表面愈大，每个颗粒表面形成水膜 所需的水分愈多，由细颗粒堆积而成的毛细管 半径越小，产生的毛细管力越大，Leabharlann Baidu塑性也高 。不同形状颗粒的比表面是不同的，因而对可 塑性的影响也有差异。 （2）液相的数量和性质
水分是泥团出现可塑性的必要条件。泥团中 水分适当时才能呈现最大的可塑性，如图3-7所 示。
2.注浆成型对泥浆的工艺性能的要求
制备出的泥浆应能够满足下列基本要求 ：流动性好，稳定性好，适当的触变性， 含水量少，滤过性好，坯体强度高，脱模 容易，不含气泡。
第二节 粉体制备技术
粉料虽然由固体小颗粒组成，但由于其分散 度较高，具有一定的流动性。当堆积到一定高度 后，粉料会向四周流动，始终保持为圆锥体（图 3-2），其自然安息角（偏角）α保持不变。
第一节 粉体成型原理
二、 压制成型原理
压制成型是基于较大的压力，将粉状坯料在 模型中压成块状坯体的。
1. 压制成型过程中坯体的变化
❖ 烧结
生坯经初步干燥后，进行涂釉烧结或直接 烧结。高温烧结时，陶瓷内部会发生一系列物 理化学变化及相变，如体积减小，密度增加， 强度、硬度提高，晶粒发生相变等，使陶瓷制 品达到所要求的物理性能和力学性能。
二、陶瓷材料的结构与性能特点
陶瓷材料是多相多 晶材料，陶瓷结构中同 时存在 晶体相 玻璃相 气相
耗压力。 压制过程中的总压力P=P1+P2，即成型压力。
（2）加压方式 图3-4为加压方式和压力分布关系图。 （3）加压速度 （4）添加剂的选用
第一节 粉体成型原理
3. 对压制用粉料的工艺性能要求
由于压制成型时粉料颗粒必须能充满模 型的各个角落，因此要求粉料具有良好的 流动性。为了得到较高的素坯密度，粉料 中包含的气体越少越好，粉料的堆积密度 越高越好。
第一节 粉体成型原理
2. 颗粒的形态与拱桥效应
人们一般用针状、多面体状、柱状、球状等来 描述颗粒的形态。
粉料自由堆积的空隙率往往比理论计算值大得 多，就是因为实际粉料不是球形，加上表面粗糙 图表，以及附着和凝聚的作用，结果颗粒互相交 错咬合，形成拱桥型空间，增大了空隙率。这种 现象称为拱桥效应（见图3-1）。
第三章 陶瓷材料制备与烧结过程
粉末冶金（Powder Metallurgy）与陶瓷(Ceramic) 的主要制备工艺过程包括粉末制备、成型和烧结。其生产 工艺过程可简单地表示为：粉末制备坯料制备成型干燥烧 结后处理热压或热等静压烧结成品
粉末制备
坯料制备
成型
干燥
烧结
后处理
成品
热压或热等静压烧结
本章将讨论粉末冶金与陶瓷的成型原理、粉体制备技术 、粉末冶金的成型工艺和陶瓷材料的成型工艺，最后介绍 快速成型工艺。
第一节 粉体成型原理
第一节 粉体成型原理
一、 粉料的基本物理性能
1.粒度(Particle Size)和粒度分布(Particle Size Distribution)
粒度是指粉料的颗粒大小，通常以颗粒半径r 或直径d表示。粒度分布是指多分散体系中各种 不同大小颗粒所占的百分比。
第一节 粉体成型原理
4. 粉 料 的 堆 积 （ 填 充 ） 特 性 (Packing Property)
单一颗粒（即纯粗颗粒或细颗粒）堆积时的 空隙率约40%。若用二种粒度（如平均粒径比为 10:1）配合则其堆积密度增大；而采用三级粒度 的颗粒配合则可得到更大的堆积密度。
5. 粉料的流动性(Flowing Property)
第一节 粉体成型原理
3. 粉体的表面特性
（1）粉体颗粒的表面能(surface energy)和表面 状态
粉体颗粒表面的“过剩能量”称为粉体颗粒的表 面能。
表3-1是当粒径发生变化时，一般物质颗粒其原 子数与表面原子数之间的比例变化。
（2）粉体颗粒的吸附与凝聚(Coagulation) 一个颗粒依附于其它物体表面上的现象称之为附 着。而凝聚则是指颗粒间在各种引力作用下的团聚 。
第一节 粉体成型原理
3. 对可塑坯料的工艺性能要求
可塑性好，含水量适当，干燥强度高，收 缩率小，颗粒细度适当，空气含量低。
第一节 粉体成型原理
四、 泥浆/粉浆的成型原理
1. 泥浆的流变特性
（1）泥浆的流动曲线 图3-8为一些陶瓷原料泥浆的流动曲线。
（2）影响泥浆流变性能的因素 1）泥浆的浓度 图3-9为不同浓度的可塑泥浆的流动曲线。 2）固相的颗粒大小 一定浓度的泥浆中，固相颗粒越细、颗粒间平
均距离越小，吸引力增大，位移时所需克服的阻 力增大，流动性减少。
第一节 粉体成型原理
3）电解质的作用 向泥浆中加入电解质是改善其流动性和稳
定性的有效方法。 4）泥浆的pH值
pH值影响其解离程度，又会引起胶粒ζ电位发生变化，导致改变胶粒表面的吸力与 斥力的平衡，最终使这类氧化物胶溶或絮凝 。
第一节 粉体成型原理
第一节 粉体成型原理
三、 可塑泥团的成型原理
1. 可 塑 泥 团 的 流 变 特 性 (Rheological Behavior)
图3－5为粘土泥团的应力－应变曲线。 图3－6表示了粘土的含水量与其应力－应变 －曲线的关系。
第一节 粉体成型原理
2. 影响泥团可塑性的因素
（1）固相颗粒大小和形状 一般地说，泥团中固相颗粒愈粗，呈现最大
（1）密度的变化 （2）强度的变化 （3）坯体中压力的分布 图3-3为单面加压是坯体内部压力分布情况 。
第一节 粉体成型原理
2. 影响坯体密度(Density)的因素
（1）成型压力 压制过程中，施加于粉料上的压力主要消耗在以下二
方面： 1）克服粉料的阻力P1，称为净压力。 2）克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力P2，称为消
陶瓷制品的生产
陶瓷制品的生产都要经过三个阶段：坯料制 备、成型、烧结
❖ 坯料制备 通过机械或物理或化学方法制备粉料，在制备坯料时，
要控制坯料粉的粒度、形状、纯度及脱水脱气，以及配料比 例和混料均匀等质量要求。按不同的成型工艺要求，坯料可 以是粉料、浆料或可塑泥团。
❖ 成型
将坯料用一定工具或模具制成一定形状、 尺寸、密度和强度的制品坯型（亦称生坯）。
塑性时所需的水分愈少，最大可塑性愈低；颗 粒愈细则比表面愈大，每个颗粒表面形成水膜 所需的水分愈多，由细颗粒堆积而成的毛细管 半径越小，产生的毛细管力越大，Leabharlann Baidu塑性也高 。不同形状颗粒的比表面是不同的，因而对可 塑性的影响也有差异。 （2）液相的数量和性质
水分是泥团出现可塑性的必要条件。泥团中 水分适当时才能呈现最大的可塑性，如图3-7所 示。
2.注浆成型对泥浆的工艺性能的要求
制备出的泥浆应能够满足下列基本要求 ：流动性好，稳定性好，适当的触变性， 含水量少，滤过性好，坯体强度高，脱模 容易，不含气泡。
第二节 粉体制备技术
粉料虽然由固体小颗粒组成，但由于其分散 度较高，具有一定的流动性。当堆积到一定高度 后，粉料会向四周流动，始终保持为圆锥体（图 3-2），其自然安息角（偏角）α保持不变。
第一节 粉体成型原理
二、 压制成型原理
压制成型是基于较大的压力，将粉状坯料在 模型中压成块状坯体的。
1. 压制成型过程中坯体的变化
❖ 烧结
生坯经初步干燥后，进行涂釉烧结或直接 烧结。高温烧结时，陶瓷内部会发生一系列物 理化学变化及相变，如体积减小，密度增加， 强度、硬度提高，晶粒发生相变等，使陶瓷制 品达到所要求的物理性能和力学性能。
二、陶瓷材料的结构与性能特点
陶瓷材料是多相多 晶材料，陶瓷结构中同 时存在 晶体相 玻璃相 气相
耗压力。 压制过程中的总压力P=P1+P2，即成型压力。
（2）加压方式 图3-4为加压方式和压力分布关系图。 （3）加压速度 （4）添加剂的选用
第一节 粉体成型原理
3. 对压制用粉料的工艺性能要求
由于压制成型时粉料颗粒必须能充满模 型的各个角落，因此要求粉料具有良好的 流动性。为了得到较高的素坯密度，粉料 中包含的气体越少越好，粉料的堆积密度 越高越好。
第一节 粉体成型原理
2. 颗粒的形态与拱桥效应
人们一般用针状、多面体状、柱状、球状等来 描述颗粒的形态。
粉料自由堆积的空隙率往往比理论计算值大得 多，就是因为实际粉料不是球形，加上表面粗糙 图表，以及附着和凝聚的作用，结果颗粒互相交 错咬合，形成拱桥型空间，增大了空隙率。这种 现象称为拱桥效应（见图3-1）。
第三章 陶瓷材料制备与烧结过程
粉末冶金（Powder Metallurgy）与陶瓷(Ceramic) 的主要制备工艺过程包括粉末制备、成型和烧结。其生产 工艺过程可简单地表示为：粉末制备坯料制备成型干燥烧 结后处理热压或热等静压烧结成品
粉末制备
坯料制备
成型
干燥
烧结
后处理
成品
热压或热等静压烧结
本章将讨论粉末冶金与陶瓷的成型原理、粉体制备技术 、粉末冶金的成型工艺和陶瓷材料的成型工艺，最后介绍 快速成型工艺。