第三章 陶瓷材料制备与烧结过程
陶瓷的冷压成型与烧结工艺
陶瓷的冷压成型与烧结工艺
陶瓷的冷压成型与烧结工艺是制备陶瓷材料的一种常见工艺。
下面是具体的工艺步骤：
1. 原料准备：首先需要准备陶瓷材料的原料，根据所需材料的成分配比，将相应的粉末混合均匀。
2. 冷压成型：将混合好的陶瓷粉末放入成型模具中，运用一定的压力将粉末压实成型。
冷压成型的优点是可以保持原有粉末颗粒的形态和大小，从而得到高密度、无缺陷的成型体。
3. 精密加工：将冷压成型得到的成型体进行必要的精密加工，例如修整边缘、加工孔等。
4. 烧结：将修整好的成型体放入炉中进行烧结处理。
烧结是指在高温下使陶瓷成型体中的粉末颗粒发生熔结，形成坚硬的陶瓷材料。
烧结温度一般根据所用材料的性质来确定，一般为其熔点的70%-80%。
5. 后续处理：烧结完成后，还可以对陶瓷材料进行后续处理，例如研磨、抛光、涂层等，以进一步提升其性能和外观。
陶瓷的冷压成型与烧结工艺具有简单、高效、成型精度高等优点，可用于制备各
种陶瓷制品，如陶瓷制品、陶瓷密封件、陶瓷电子元件等。
同时，该工艺还可以通过调整成型参数和烧结条件来控制材料的微观结构和性能，以满足不同需求。
陶瓷材料制备的工艺流程
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这通常涉及选择合适的粘土、矿物和添加剂，以及进行粉碎和筛分，确保原料的颗粒大小和成分符合制备要求。
烧结理论
烧结过程是一个粉状物料在高温作用下排除气孔、经历体积收缩而逐渐变成具有明 显机械强度的烧结体的过程。因此，从宏观物性角度分析，通常可用线收缩率、机械强 度、电阻率、容重、气孔率、吸水率、相对密度（烧结体密度与理论密度比值）以及晶 粒尺寸等宏观物理指标来衡量和分析粉料的烧结过程。这也是早期烧结理论研究的实验 观测指标和主要内容。但是这些宏观物理指标尚不能揭示烧结过程的本质。在后来的烧 结理论研究中，建立各种烧结的物理模型，利用物理学等基础学科的最新研究成果，对 颗粒表面的粘结发展过程、伴随的表面与内部发生的物质输运和迁移过程，发生的热力 学条件和动力学规律，以及烧结控制等进行了大量的研究，现代的烧结理论的研究也得 以不断向前发展。
计算机模拟技术研究烧结现象的研究最早可追溯到 1965 年，Nichols 用计算机模拟 技术对烧结颈演化过程进行了模拟研究。此后，1974 年 Ashby 将算机模拟用于压力-烧 结图的预报，但这一时期相关研究并不多，没有受到重视。直到八十年代后期多个研究 小组开始用计算机模拟了烧结过程中晶粒生长问题以后，计算机模拟烧结过程的相关研 究进入了快速发展的阶段，且计算机模拟烧结过程的对象经历了从简单烧结物理模型到 复杂的、接近实际过程的复杂烧结物理模型的变化。1990 年 Ku 等人针对经反应烧结制 备氮化硅陶瓷过程建立了晶粒模型（Grain Model）和尖锐界面模型（Sharp Interface Model）。计算机模拟技术在烧结理论和技术中的应用是一个前沿研究领域，期望可实现 对多因素、多过程和机理制约的复杂烧结过程的认识、预测和性能控制等目的。
《陶瓷材料的烧结》课件
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
电子陶瓷工艺原理
TEM SEM
Xu H R, et.al., J Am Ceram Soc,
2003, 86: 203-205
23
三 电子瓷料合成原理
2 液相法
水热法： 示例: 不同形貌纳米晶合成
200nm
羟基磷灰石纳米棒
100nm
La0.5Sr0.5MnO3纳米线
24
习题 2
1 天然原料石英的结构特点？ 2 简述行星球磨机的原理？ 3 名词解释：共沉淀法，溶胶－凝胶法，水热法 4 计算题：
工艺简单，成本低廉
缺点：
① 由于固相反应在粒子界 面上进行，常出现反应不完全 和成分不均匀的情况；
② 固相掺杂很难均匀一致， 尤其微量掺杂，不可能达到 完全均匀。
固相煅烧合成陶瓷粉体
5
三 电子瓷料合成原理
2 液相法
冷冻干燥法： 将金属盐水溶液滴入或喷入冷冻剂（低温有机或无机 液体，如，干冰和丙酮的冷冻槽－94.3 ℃）中，使液滴 瞬时冷冻结冰，然后在低温低压条件下干燥，使冰升华 脱水，得到疏松的、保持液滴形状的盐粒子，将其加热 分解可制得均匀的复合氧化物微粉。
共沉淀装置
10
三 电子瓷料合成原理
2 液相法
熔盐法：
将反应物与熔盐（KCl, NaCl等）按照一定的比例配置，混 合均匀后加热使之熔化，反应物在熔盐体系下进行反应生成产 物，冷却至室温后，以去离子水清洗除掉熔盐得到纯净的反应 产物。 原理：熔盐起熔剂和反应介质作用，反应成分在液相中以离子 形式存在，流动性强，扩散速率显著提高。 优点：方法简单，合成温度较固相法低 缺点：熔盐较难洗净
热分析仪
TG-DSC
16
三 电子瓷料合成原理
2 液相法
溶胶－凝胶法： 示例1: (K0.5Bi0.5)TiO3铁电陶瓷粉体合成
特种陶瓷烧结工艺课件
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
陶瓷材料的制备工艺
陶瓷材料的制备工艺陶瓷是一种非金属材料，通常由粘土、瓷石和石英等原料经过加工而成。
其制备工艺可以分为原料处理、成型、干燥、烧结和表面处理等环节。
以下将详细介绍陶瓷材料的制备工艺。
一、原料处理陶瓷材料的制备首先需要对原料进行处理，确保其质量和性能满足生产要求。
原料主要有粘土、瓷石和石英等。
粘土是制备陶瓷的主要原料，其含水量要合适，过高过低都会影响成型和烧结的效果。
瓷石和石英主要用于增加陶瓷的硬度和耐磨性。
二、成型成型是将原料加工成所需形状的过程。
常见的成型方法有浇铸、注塑、压制和手工成型等。
浇铸和注塑是利用液态陶瓷浆料借助模具制作成型，可以批量生产。
压制是将湿陶瓷坯料经过压力机进行成型，适用于生产复杂形状的陶瓷制品。
手工成型则是通过手工捏塑、切割等方式进行成型，适用于少量生产和个性化需求。
三、干燥成型后的湿陶瓷坯料需要进行干燥处理。
干燥的目的是去除水分，防止成型品在烧结过程中产生裂纹。
常用的干燥方法有自然干燥和热风干燥。
自然干燥是将湿陶瓷坯料放置在通风良好的环境下，让其自然风干，时间较长。
热风干燥则是利用热风对湿陶瓷坯料进行加热和干燥，时间较短。
四、烧结烧结是将干燥后的陶瓷坯料进行高温处理，使其质地致密，获得所需的物理和化学性能。
烧结温度和时间根据所制备的陶瓷种类和要求而定。
常见的烧结设备有电窑、煤气窑和气体窑等。
在烧结过程中，陶瓷坯料会发生物理和化学变化，最终形成成品陶瓷材料。
五、表面处理表面处理是对烧结后的陶瓷进行修整和装饰。
修整是指对陶瓷表面进行打磨、抛光等处理，使其光滑平整。
装饰则是通过上釉、绘画等方式增加陶瓷的装饰性和艺术性。
上釉是将特殊材料涂在陶瓷表面，经过再次烧结，形成釉面的一种处理方法。
综上所述，陶瓷材料的制备工艺包括原料处理、成型、干燥、烧结和表面处理等环节。
通过合理的工艺流程，可以制备出质量良好、性能稳定的陶瓷制品。
陶瓷在日常生活、建筑、工业和艺术等领域都有广泛的应用，其制备工艺的优化和创新对于提升陶瓷制品的质量和价值具有重要意义。
陶瓷烧结四个过程
陶瓷烧结四个过程陶瓷烧结是一种重要的陶瓷加工方法，通过高温下的压制和烧结将陶瓷原料转变为致密的陶瓷制品。
它主要包括四个过程：原料制备、成型、烧结和后处理。
一、原料制备陶瓷烧结的第一个过程是原料制备。
通常，陶瓷烧结所用的原料主要包括粉末、添加剂和溶剂。
粉末是陶瓷的主要成分，可以是氧化物、硝酸盐、碳酸盐等，根据不同的陶瓷材料选择合适的粉末。
添加剂用于改善陶瓷的性能，如增加强度、改善导电性等。
溶剂用于调节陶瓷糊料的流动性和粘度。
二、成型成型是陶瓷烧结的第二个过程，它将原料制备好的糊料通过成型工艺转变为成型体。
常见的成型方法有压制、注塑、挤出等。
其中，压制是最常用的方法之一，通过将糊料放入模具中，施加一定的压力使其成型。
注塑则是将糊料注入模具中，通过模具的空腔形状使其成型。
挤出则是将糊料通过挤出机挤出成型。
三、烧结烧结是陶瓷烧结的核心过程，通过高温下的加热和压制使成型体中的颗粒结合成致密的陶瓷制品。
烧结过程中需要控制温度、时间和压力等参数，以确保陶瓷制品的质量。
烧结温度一般高于原料的熔点，但低于熔融温度，使得陶瓷颗粒能够粘结在一起。
烧结压力可以提高陶瓷的致密度和强度，但过高的压力会导致产品变形或开裂。
四、后处理烧结后的陶瓷制品还需要进行后处理，以提高其性能和外观质量。
后处理的方法包括抛光、研磨、清洗等。
抛光和研磨可以去除陶瓷制品表面的粗糙度，使其更加光滑。
清洗则是去除烧结过程中产生的灰尘和残留物，以保证产品的纯净度。
陶瓷烧结的四个过程分别是原料制备、成型、烧结和后处理。
每个过程都起着重要的作用，相互关联，缺一不可。
只有在严格控制每个过程的参数和工艺条件下，才能生产出优质的陶瓷制品。
陶瓷烧结技术的不断发展和改进，使得陶瓷制品在各个领域得到了广泛的应用，如电子、化工、航空等。
陶瓷烧结过程【共23张PPT】
– 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。
材料科学基础2-第三章-烧结过程
通常可将烧结过程分成几步：
a.烧结前颗粒堆积：颗粒间彼此以点接触，有的相 互分开，有较多的空隙。
ab. T，t，产生颗粒间键合和重排，粒子相互 靠拢，a中的大孔隙逐渐消失，气孔总体积迅速减少， 但颗粒间仍以点接触为主，总表面积没有缩小
bc.有明显的传质过程，由点接触逐渐扩大为面接 触，粒界增加，固-气表面积相应减少，但空隙仍连 通。
➢无液相参与的烧结，即只在单纯固相颗粒之间进 行的烧结称为固相烧结
➢有部分液相参与的烧结称为液相烧结 ➢通过蒸发-凝聚机理进行传质的烧结称为气相烧结
3. 根据烧结体系的组元多少分类： ➢烧结可分为单组元系统烧结、二组元系统烧结和多 组元系统烧结。单组元系统烧结在烧结理论的研究中 非常有用。而实际的粉末材料烧结大都是二组元系统 或多组元系统的烧结。
❖在烧结过程中，坯体内部发生一系列物理变化过程：
（i）颗粒间首先在接触部分开始相互作用，颗粒接触 界面逐渐扩大并形成晶界（有效粘结，Bonding）
（ii）同时气孔形状逐渐发生变化、由连通气孔变成孤 立气孔并伴随体积的缩小，气孔率逐渐减少
（iii）发生数个晶粒相互结合，产生再结晶和晶粒长 大等现象
第三章
烧 结 过程
❖一种或多种固体（金属、氧化物、氮化物、 粘土等）粉末经压制成为坯体，坯体中含有大 量气孔，颗粒之间的接触面积较小，强度较低。
❖烧结---将坯体加热到一定温度后，坯体中颗 粒开始相互作用，气孔逐渐收缩，气孔率逐渐 减少，颗粒接触界面逐渐扩大为晶界，最后数 个晶粒相互结合，产生再结晶和晶粒长大，坯 体在低于熔点温度下变成致密，坚硬的烧结体
烧结过程有两个共性的基本特征：一是需要高温加热，第二是 烧结的目的是为了使粉体致密，产生相当强的机械强度
陶瓷烧结工艺
陶瓷烧结工艺
陶瓷烧结是一种将陶瓷粉末通过高温加热，使其颗粒之间发生结合并形成固体陶瓷体的工艺。
烧结的目的是消除粉末之间的孔隙，提高陶瓷的密实度、硬度、强度和耐磨性。
陶瓷烧结工艺主要包括以下几个步骤：
1. 制备陶瓷粉末：选择合适的原料，经过研磨、筛分等处理，将原料粉末制备成所需的颗粒大小和形状。
2. 造型成型：将陶瓷粉末与所需的添加剂混合均匀，然后使用成型方法将混合物制备成所需形状的陶瓷坯体。
常用的成型方法包括注塑成型、压制成型、挤出成型等。
3. 烧结过程：将陶瓷坯体放入烧结炉中，通过高温加热使其逐渐烧结成固体陶瓷。
烧结温度和时间根据陶瓷材料的性质和要求进行调控。
在烧结过程中，陶瓷粉末颗粒之间发生结合，形成致密的陶瓷体，同时消除孔隙。
4. 冷却处理：烧结完成后，将烧结好的陶瓷体从炉中取出，并进行冷却处理。
冷却过程需要慢慢降温，以免陶瓷材料因快速冷却引起应力过大而破裂。
5. 后续处理：根据需要，可以对已烧结的陶瓷体进行后续处理，如磨削、抛光、涂层等，以改善陶瓷产品的表面光洁度、功能特性等。
陶瓷烧结工艺的选择和优化对于陶瓷制品的品质和性能至关重要。
通过合理的烧结工艺，可以获得具有优异力学性能、耐热性、耐腐蚀性和电性能等特点的陶瓷制品。
陶瓷的成型与烧结工艺ppt课件
第一节 混合料的制备 第二节 陶瓷的成形方法
第三节 陶瓷的烧结理论 第四节 陶瓷的烧结方法 第五节 陶瓷烧结后的处理
；.
1
第一节 混合料的制备 混合料的计算与称料
➢ 混合料配方的计算的两种基本形式： 1）已知的化学计量式的配料计算； 2）根据化学成分进行的配料计算。
➢ 称料时应注意的原则： 1）按组分含量由少到多的顺序称量。 2）采用累积称量法称量。
；.
2
混料
根据计算的结果称料，多种组分的原料经过一定的 方法混合均匀的过程称为混料。（在球磨机中的混料过 程可同时实现粉碎和混合的双重目的。）
➢ 混料的两种基本形式： 1）干混 2）湿混
；.
3
塑化
对于特种陶瓷，由于坯料中没有可塑性，在成形时 会出现裂纹，因此有必要在成形前进行塑化处理。
➢ 常用的塑化剂： 1）无机塑化剂：粘土等 2）有机塑化剂：
热压烧结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。
；.
24
➢ 热等静压烧结
将粉体压坯或装入包套的粉体放入高压容器中，在 高温和均衡的气体压力作用下，烧结成致密的陶瓷体。
➢ 真空烧结
将粉体压坯放入到真空炉中进行烧结。真空烧结有 利于粘结剂的脱除和坯体内气体的排除，有利于实现高 致密化。
；.
14
带式成形 一般用于制备厚度＜ 80μm的坯片。
；.
15
；.
16
第三节 陶瓷的烧结理论 概述
➢ 定 义： 烧结是指高温条件下，坯体表面积减小，孔隙率降
低、机械性能提高的致密化过程。
➢ 烧结驱动力： 粉体的表面能降低和系统自由能降低。
特种陶瓷成型与烧结方法PPT精选文档
2
2 原料的混合 对特种陶瓷来说，通常采用细粉来进行配料混
合，不需要再进行磨细。就均匀混合要求来说， 必须重视几点：
（1）加料的次序
➢ 微量的添加物主要用于材料的改性或促进烧结 ➢ 用量很少的原料就夹在两种用量较多的原料中间，
可以防止其粘在球磨筒的筒壁上，或粘在研磨体 上，造成坯料混合不均匀，以至于使制品性能受 到影响。
特种陶瓷成形方法、结合剂种类和用量
成型方法
结合剂
结合剂用量（wt%）
干压法
聚乙烯醇缩丁醛等 1-5
浇注法
丙烯基树脂类
1-3
挤压法
甲基纤维素等
5-15
注射法
聚丙烯等
10-25
等静压法
聚羧酸胺等
0-3
14
结合剂可分为润滑剂、增塑剂、分散剂、表面活 性剂等，为满足成形需要，通常采用多种有机材料 的组合。选择结合剂，要考虑以下因素： ➢结合剂能被粉料润湿是必要条件（考虑粉料的临 界表面张力或表面自由能与结合剂的表面张力）
5.
瘠性物料的悬浮
特种陶瓷的坯料一般为瘠性物料，不易于悬浮。为
了达到悬浮和便于注浆成型，必须采取
一定的措施。特种陶瓷所用瘠性物料大
致可以分为两类：一类与酸不起作用，
另一类与酸起作用。因此，根据不同情
况采用不同方法。不溶于酸中的可以通
过有机表面活性物质的吸附，使其悬浮
。 12
用盐酸处理Al2O3后，在 Al2O3粒子表面生成AlCl3， AlCl3立即水解.
18
颗粒级配和造粒
➢ 坯料的颗粒级配和造粒恰当，堆集密度比较高 。随着压力增大，坯料将改变外形，相互滑动， 间隙被填充减少，逐步加大接触，相互贴紧。由 于颗粒之间进一步靠近，使胶体分子与颗粒之间 的作用力加强，因而坯体具有一定的机械强度。
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
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；
陶瓷的成型与烧结工艺
On the evening of July 24, 2021
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Courseware template
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第一节 混合料的制备
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混合料的计算与称料
6
➢ 混合料配方的计算的两种基本形式：
1）已知的化学计量式的配料计算；
2）根据化学成分进行的配料计算。
➢ 称料时应注意的原则：
1）按组分含量由少到多的顺序称量。 2）采用累积称量法称量。
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第四节 陶瓷的烧结方法
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烧结分类
按压力分类
常压烧结 压力烧结
按气氛分类
普通烧结 氢气烧结 真空烧结
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固相烧结
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液相烧结
按反应分类 气相烧结
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第五节 陶瓷烧结的后处理
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表面施釉
表面施釉是通过高温加热，在陶瓷表面烧附一层玻
璃状物质使其表面具有光亮、美观、绝缘、防水等优异
性能的工艺方法。
➢ 工艺过程
釉浆制备
涂釉
烧釉
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第一节 粉体成型原理
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 流动性好，稳定性好， 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， ，含水量少，滤过性好，坯体强度高， 脱 模容易，不含气泡。 模容易，不含气泡。
第二节 粉体制备技术
第二节 粉体制备技术
第三章 陶瓷材料制备与烧结过程
粉末冶金（ Metallurgy）与陶瓷(Ceramic) (Ceramic)的 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 主要制备工艺过程包括粉末制备、成型和烧结。 艺过程可简单地表示为： 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
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。 稳定性的有效方法。 4）泥浆的pH值 泥浆的pH值 pH pH 值影响其解离程度 ， 又会引起胶粒 电位发生变化， ζ- 电位发生变化 ， 导致改变胶粒表面的吸 力与斥力的平衡， 力与斥力的平衡，最终使这类氧化物胶溶或 絮凝。 絮凝。
粉料的流动性(Flowing 5. 粉料的流动性(Flowing Property)
粉料虽然由固体小颗粒组成， 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 度较高，具有一定的流动性。 粉料会向四周流动，始终保持为圆锥体（ 后，粉料会向四周流动，始终保持为圆锥体（图 其自然安息角（偏角） 保持不变。 3-2），其自然安息角（偏角）α保持不变。
第二节 粉体制备技术
合成法(Synthetic 二、 合成法(Synthetic)
1. 原料合成的目的和作用 2. 合成方法
（1）金属粉末的合成方法 还原法(Reduction 1）还原法(Reduction Method) 还原法的基本原理就是所使用的还原剂对氧的亲 和力比相应金属对氧的亲和力大， 和力比相应金属对氧的亲和力大，因而能够夺取金属 氧化物中的氧而使金属被还原出来。 氧化物中的氧而使金属被还原出来。 雾化法(Atomization 2）雾化法(Atomization Method) 雾化法生产金属和合金粉末就是利用高压气体（ 雾化法生产金属和合金粉末就是利用高压气体（ 空气、惰性气体）或高压液体（通常是水） 空气、惰性气体）或高压液体（通常是水）通过喷嘴 作用于金属液流使其迅速地碎化成粉末。 作用于金属液流使其迅速地碎化成粉末。 电解法(Electrolysis Method) 3）电解法(Electrolysis Method) 电解法既可以在水溶液中进行， 电解法既可以在水溶液中进行，也可以在熔盐状 态下进行。 态下进行。
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， 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， 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， 料中包含的气体越少越好 ， 粉料的堆积密 度越高越好。 度越高越好。
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， 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。 在模型中压成块状坯体的。
1. 压制成型过程中坯体的变化
（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
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。 为粘土泥团的应力－应变曲线。 表示了粘土的含水量与其应力－ 图 3 － 6 表示了粘土的含水量与其应力 － 应 曲线的关系。 变－曲线的关系。
第一节 粉体成型原理
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 ， 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。 收缩率小，颗粒细度适当，空气含量低。
第一节 粉体成型原理
泥浆/ 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 为一些陶瓷原料泥浆的流动曲线。 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 为不同浓度的可塑泥浆的流动曲线。 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、 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， 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。 阻力增大，流动性减少。
第二节 粉体制备技术
<2> 溶 剂 蒸 发 法 (Solvent Vaporization Process) a.冰冻干燥法 a.冰冻干燥法 b.喷雾干燥法 b.喷雾干燥法 c.喷雾热分解法 c.喷雾热分解法 ② 熔液法 <1>等离子体喷射法 典型的等离子喷管如图 11所示 典型的等离子喷管如图3-11所示 <2>激光法 图3-12为激光法制超微粉工艺原理图。 12为激光法制超微粉工艺原理图。 为激光法制超微粉工艺原理图 3）气相法制备粉末 蒸发－ ① 蒸发－凝聚法 ② 气相化学反应法
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、 本章将讨论粉末冶金与陶瓷的成型原理、粉体制备技 粉末冶金的成型工艺和陶瓷材料的成型工艺， 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。 绍快速成型工艺。
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 陶瓷制品的生产都要经过三个阶段： 成型、 备、成型、烧结
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、 人们一般用针状、多面体状、柱状、球状等 来描述颗粒的形态。 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， 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， 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。 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（ 种现象称为拱桥效应（见图3-1）。
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） 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 空隙率约40% 若用二种粒度（ 40 10: 配合则其堆积密度增大； 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的结构与性能特点 陶瓷材料是多相多 晶材料， 晶材料 ， 陶瓷结构中同 时存在 晶体相 玻璃相 气相 各组成相的结构、 各组成相的结构 、 数量、 形态、 数量 、 形态 、 大小及分 布决定了陶瓷的性能。 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， 粒度是指粉料的颗粒大小 ， 通常以颗粒半 或直径d 表示。 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。 各种不同大小颗粒所占的百分比。
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）。 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。
粉碎(Porphyrization) (Porphyrization)与机械合金化 一 、 粉碎 (Porphyrization) 与机械合金化 Alloying)方法 (Mechanical Alloying)方法
粉碎的过程是由机械能转变为粉料表面能的能量转 化过程。 机械粉碎法因其设备定型化， 产量大， 化过程 。 机械粉碎法因其设备定型化 ， 产量大 ， 容易 操作等特点，被广泛地应用于粉末生产中。 操作等特点，被广泛地应用于粉末生产中。 在相同的工艺条件下， 在相同的工艺条件下 ， 添加少量的助磨剂往往可 10） 使粉碎效率成倍地提高（ 使粉碎效率成倍地提高（图3-10）。
第二节 粉体制备技术
（2）化合物粉末的合成方法 固相法(Solid Process)制备 1）固相法(Solid Reaction Process)制备 粉末 固相法就是以固态物质为初始原料来制备 粉末的方法。 粉末的方法。 ① 化合反应法 ② 热分解反应法 ③ 氧化物还原法 2）液相法制备粉末 液相法分为溶液法和熔液法两大类。 液相法分为溶液法和熔液法两大类。 ① 溶液法 生成沉淀法(Precipitation <1>生成沉淀法(Precipitation Method) a. 直接沉淀法 b. 均匀沉淀法 c. 共沉淀法
影响坯体密度(Density) (Density)的因素 2. 影响坯体密度(Density)的因素
（1）成型压力 压制过程中， 压制过程中，施加于粉料上的压力主要消耗在以下 二方面： 二方面： 克服粉料的阻力P 称为净压力。 1）克服粉料的阻力P1，称为净压力。 克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力P 2 ） 克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力 P2 ， 称为 消耗压力。 消耗压力。 压制过程中的总压力P=P +P2 即成型压力。 P=P1 压制过程中的总压力P=P1+P2，即成型压力。 为加压方式和压力分布关系图。 （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