陶瓷烧结过程
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。
陶瓷烧结的三个阶段
陶瓷烧结的三个阶段
陶瓷烧结是一种制造陶瓷制品的重要工艺，通常可以分为三个阶段。
第一阶段是加热阶段。
在这个阶段，原料陶瓷粉末被放置在热处理炉中，然后逐渐加热。
温度通常在700到900摄氏度之间，这样可以使陶瓷粉末中的有机物挥发出来，使其成为一个稳定的坚硬物质。
第二阶段是烧结阶段。
在这个阶段，温度逐渐升高到1200到1400摄氏度，这样可以使陶瓷颗粒之间发生化学反应，形成一种新的结晶物质，并且增加了材料的密度和重量。
最后，第三阶段是冷却阶段。
在这个阶段，烧结的陶瓷制品被逐渐冷却到室温。
在冷却的过程中，陶瓷制品中的结晶物质会逐渐形成更加稳定和坚固的结构。
总之，陶瓷烧结是一个非常重要的工艺，可以制造出高质量和坚固的陶瓷制品。
- 1 -。
第五章 烧结-1
2. 中温阶段（300～950℃）
• 任务：脱水、分解、氧化、晶型转变
• 结构水排除（高岭土） Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O
Al2O3 . 2SiO2＋2H2O
• 碳酸盐分解
✓由原料中带入
✓分解反应
500～850℃
MgCO3
MgO＋CO2
CaCO3 850～1050℃CaO＋CO2
MgCO3 . CaCO3 730～950℃ CaO＋MgO＋2CO2
研究表明，较小的颗粒尺寸分布范围是获取高烧结密度的必要条件。
二、影响陶瓷材料烧结的工艺参数
（1）烧成温度对产品性能的影响
烧成温度是指陶瓷坯体烧成时获得最优性质时的相应温度，即操作 时的止火温度。
烧成温度的高低直接影响晶粒尺寸和数量。对固相扩散或液相重结 晶来说，提高烧成温度是有益的。然而过高的烧成温度对特瓷来说，会因总 体晶粒过大或少数晶粒猛增，破坏组织结构的均匀性，因而产品的机电性能 变差。
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）
颗粒形状和液相体积含量对颗粒之间作用力的影响 只有在大量液相存在的情况下，才能使这些具有一定棱角形状 的陶瓷粉体之间形成较高的结合强度。
（4）颗粒尺寸分布对烧结的影响
颗粒尺寸分布对最终烧结样品密度的影响可以通过分析有关的动力学 过程来研究，即分析由不同尺寸分布的坯体内部，在烧结过程中“拉出气孔” （pore drag）和晶粒生长驱动力之间力的平衡作用。
《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
陶瓷材料的烧结与晶粒生长
陶瓷材料的烧结与晶粒生长烧结和晶粒生长是陶瓷材料制备过程中非常重要的步骤。
通过烧结和晶粒生长的控制，可以改善材料的性能、提高其致密性和强度。
本文将就陶瓷材料的烧结和晶粒生长进行探讨，并介绍一些常见的烧结方法和晶粒生长机制。
1. 烧结方法烧结是指将陶瓷粉末在一定的温度和压力下进行加热处理，使粒子间发生相互结合和扩散，形成致密的块体材料。
常见的烧结方法有以下几种：（1）热压烧结：将陶瓷粉末放入模具中，在高温和高压的条件下进行烧结。
热压烧结可以获得致密的陶瓷材料，具有较高的强度和硬度。
（2）微波烧结：通过微波加热的方式进行烧结。
微波烧结的优点是加热速度快，能够在较短的时间内完成烧结过程，适用于一些高温敏感的材料。
（3）等离子体烧结：通过等离子体的作用，加快粒子之间的扩散和结合，从而实现快速烧结。
等离子体烧结可以得到致密度较高的陶瓷材料，并能够控制晶粒尺寸和分布。
2. 晶粒生长机制晶粒生长是指陶瓷材料在烧结过程中晶粒尺寸的增大。
晶粒尺寸的大小和分布对陶瓷材料的性能有着重要的影响。
常见的晶粒生长机制包括以下几种：（1）一维生长：晶粒沿着某个方向生长，呈现出棒状或柱状的形态。
一维生长机制适用于一些具有纤维状结构的陶瓷材料。
（2）表面扩散：晶粒表面发生扩散，并与周围的颗粒结合。
表面扩散是晶粒生长的主要机制之一，通过控制晶粒表面的扩散速率，可以调控晶粒尺寸和形态。
（3）体内扩散：晶粒内部的原子通过扩散运动，使晶粒尺寸增大。
体内扩散主要取决于材料的化学成分和温度条件。
3. 影响烧结和晶粒生长的因素烧结和晶粒生长受到多种因素的影响，下面介绍其中几个重要的因素：（1）温度：温度是烧结和晶粒生长的关键因素之一。
适当的温度可以促进晶粒的结合和生长，但过高的温度可能引起过烧，导致晶粒长大过快。
（2）压力：压力可以提高粒子的结合程度和致密性，对烧结效果有重要影响。
不同材料和形状的陶瓷，适宜的压力范围也有所不同。
（3）时间：烧结时间影响烧结程度和晶粒生长的速率。
陶瓷的烧结工艺流程
陶瓷的烧结工艺流程嘿，咱今儿来聊聊陶瓷的烧结工艺流程呀！你可别小瞧这陶瓷，那可是咱老祖宗留下来的宝贝呢！先来说说原料准备吧，这就好比是要做一顿大餐，得先把食材准备好呀！各种黏土、石英啥的，都得精挑细选，就跟咱买菜得挑新鲜的一样。
然后把它们按照一定的比例混合在一起，这可是个技术活，多一点少一点都可能影响最后的效果。
接下来就是成型啦！就像是捏泥巴，不过这可比咱小时候玩的高级多了。
可以用各种方法，什么拉坯呀、注浆呀，把那一堆原料变成各种各样好看的形状。
想象一下，一块泥巴在师傅的巧手下慢慢变成了一个精美的花瓶，是不是很神奇？然后呢，就该干燥啦！这就好比洗完衣服要晾干一样。
把成型的陶瓷放在合适的地方，让水分慢慢跑掉。
可不能着急哦，要是没干好，后面可就麻烦啦！终于到了最重要的烧结环节啦！这就像是陶瓷的一场大考。
把陶瓷放进高温的炉子里，那温度高得吓人，就像夏天里的大太阳。
在里面经过一番“烤验”，陶瓷才能变得坚硬、漂亮。
这过程可不简单，火候得掌握好，时间也得恰到好处，不然不是没烧好就是烧过头啦，那不就前功尽弃了嘛！你说这陶瓷的烧结工艺流程是不是很有意思？从一堆普通的原料，经过这么多道工序，最后变成了让人爱不释手的艺术品。
这就像我们的人生呀，要经过各种磨练才能变得更加精彩。
咱再想想，要是没有这精细的烧结工艺流程，哪来那些精美的陶瓷呢？那些摆在博物馆里的珍贵瓷器，可都是经过了无数人的心血和努力才诞生的呀！所以说呀，做什么事都得认真对待，就像对待陶瓷的烧结一样，不能马虎。
咱平时用的碗呀、杯子呀，看着普通，可背后都有着这么复杂的工艺呢！咱可得好好珍惜这些陶瓷制品，它们可都是来之不易的呀！你说是不是这个理儿？反正我觉得是这么回事儿！这陶瓷的烧结工艺流程，真的是充满了智慧和魅力，让人不得不佩服咱老祖宗的厉害呀！。
mlcc烧结工艺
mlcc烧结工艺MLCC（多层陶瓷电容器）烧结工艺多层陶瓷电容器（MLCC）是一种常见的电子元件，用于储存和释放电能。
它由一系列陶瓷层和金属电极组成，通过烧结工艺将它们牢固地结合在一起。
MLCC烧结工艺是生产高质量电容器的关键步骤之一，下面将介绍MLCC烧结工艺的过程和特点。
1. 烧结工艺概述烧结是将陶瓷层和金属电极在高温下热处理，使其结合成一体的工艺过程。
MLCC烧结工艺通常包括以下几个步骤：（1）混合和制备瓷浆：将陶瓷粉末与有机物混合，形成瓷浆，用于制备陶瓷层。
（2）制备电极浆料：将金属粉末与有机物混合，形成电极浆料，用于制备金属电极。
（3）涂覆：将瓷浆和电极浆料分别涂覆在基板上，形成多层结构。
（4）干燥：将涂覆的基板在低温下进行干燥，以去除有机物。
（5）烧结：将干燥后的基板在高温下进行烧结，使陶瓷层和金属电极结合成一体。
（6）金属化：在烧结后的基板上进行金属化处理，形成电极的连接端子。
2. MLCC烧结工艺的特点MLCC烧结工艺具有以下几个特点：（1）高温烧结：MLCC烧结工艺需要在高温下进行，通常在1000摄氏度以上，以确保陶瓷层和金属电极能够充分结合。
高温烧结还有助于提高电容器的稳定性和可靠性。
（2）层与层之间的结合：烧结过程中，陶瓷层和金属电极之间会发生化学反应和物理结合，使它们紧密结合在一起。
这种结合力强大，能够确保电容器的结构稳定。
（3）均匀性和一致性：烧结过程中，需要保证瓷浆和电极浆料均匀涂覆在基板上，并且烧结温度和时间要控制得精确一致，以保证电容器的性能稳定。
（4）烧结气氛控制：烧结过程中需要控制烧结气氛，以防止陶瓷层和金属电极受到污染或氧化。
通常使用惰性气体或还原气氛来保护电容器。
3. MLCC烧结工艺的影响因素MLCC烧结工艺的质量和性能受到多种因素的影响，包括：（1）瓷浆和电极浆料的配方：瓷浆和电极浆料的成分和配比会影响烧结过程中的粘度、流动性和烧结性能。
（2）烧结温度和时间：烧结温度和时间的选择会影响陶瓷层和金属电极的结合程度和电容器的性能。
陶瓷烧结过程中的物理化学变化
陶瓷烧结过程中的物理化学变化陶瓷烧结过程和物理变化：随着温度升高，陶瓷坯体中具有比表面大，表面能较高的粉粒，力图回向降低表面能答的方向变化，不断进行物质迁移，晶界随之移动，气孔逐步排除，产生收缩，使坯体成为具有一定强度的致密的瓷体。
烧结的推动力为表面能。
烧结可分为有液相参加的烧结和纯固相烧结两类。
烧结过程对陶瓷生产具有很重要的意义。
为降低烧结温度，扩大烧成范围，通常加入一些添加物作助熔剂，形成少量液相，促进烧结。
如添加少量二氧化硅促进钛酸钡陶瓷烧结；又如添加少量氧化镁、氧化钙、二氧化硅促进氧化铝陶瓷烧结。
陶瓷烧结过程和化学变化：陶瓷的主要成分的化学式是SiO2 在高温下，陶瓷生坯固体颗粒的相互键联，晶粒长大，空隙(气孔)和晶界渐趋减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为具有某种显微结构的致密多晶烧结体，这种现象称为烧结。
这个过程中包含有物理变化和化学变化瓷是由粘土、石英及长石等天然矿物原料按不同配方配制，经加工、成型及烧成而得，其化学组成取决于所用天然原料及配方，不同地区不同窑口的古陶瓷由于所用原料的不同，配方的不同以及烧制工艺的不同，其胎釉化学组成、显微结构及物理性能就会有各自的特点。
如果收集不同窑口发掘时有可靠地层年代的陶瓷标本进行系统地研究，把积累的数据资料如化学组成数据(包括主次量元素含量以及微量元素含量)建立数据库，并用适当的处理方法，譬如多元统计分析等方法对数据进行处理，找出具有特征意义的规律。
对要鉴定的陶瓷的化学组成、显微结构、物理性能以及烧制工艺等方面进行研究，并将其化学组成数据与已知窑口和年代的古陶瓷的化学组成数据进行比较处理，再综合显微结构、物理性能以及烧制工艺等方面的信息就可能对陶瓷作出鉴定。
陶瓷是混合物，成分特别多而复杂，而且根据陶瓷的产地不同成分也不同。
其主要成分是二氧化硅和硅酸盐（硅酸铝，硅酸钙等）。
氧化锆陶瓷烧结工艺
氧化锆陶瓷烧结工艺一、前期准备1. 氧化锆粉末筛选：将氧化锆粉末进行筛选，去除大颗粒和杂质，确保烧结后陶瓷的致密度和均匀性。
2. 添加助剂：根据需要添加适量的助剂，如聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯等，以提高陶瓷的成型性能和烧结性能。
3. 搅拌混合：将氧化锆粉末和助剂进行搅拌混合，使其均匀分散。
4. 成型：采用注塑成型、压制成型等方法将混合物成型为所需形状的陶瓷坯体。
二、干燥处理1. 自然干燥：将成型后的陶瓷坯体放置在通风良好的环境中自然干燥，以去除水分和溶剂。
2. 烘干：采用低温或中温烘干方式加速去除水分和溶剂，以避免在高温下产生气泡或开裂。
三、预烧处理1. 加载：将已经干燥处理好的陶瓷坯体放置在预烧炉中。
2. 升温：将预烧炉加热至所需温度，进行升温处理。
3. 保温：将预烧炉保持在所需温度下，进行保温处理。
4. 冷却：将预烧后的陶瓷坯体从预烧炉中取出，进行自然冷却或快速冷却处理。
四、最终烧结1. 加载：将经过预烧处理的陶瓷坯体放置在最终烧结设备中。
2. 升温：将最终烧结设备加热至所需温度，进行升温处理。
3. 保温：将最终烧结设备保持在所需温度下，进行保温处理。
4. 冷却：将最终烧结后的陶瓷制品从设备中取出，进行自然冷却或快速冷却处理。
五、后期加工1. 精密加工：采用机械或化学方法对陶瓷制品进行精密加工，如切割、打孔、抛光等。
2. 表面涂层：根据需要对陶瓷制品表面进行涂层处理，以提高其耐磨性、耐腐蚀性等。
3. 检验：对加工后的陶瓷制品进行检验，以确保其质量符合要求。
六、总结氧化锆陶瓷烧结工艺是一项复杂的过程，需要经过前期准备、干燥处理、预烧处理、最终烧结和后期加工等多个步骤。
其中，掌握好各个步骤的操作技巧和注意事项，能够提高陶瓷制品的成型质量和性能表现。
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。
5-4_陶瓷材料的烧结
可广泛用于磁性材料、梯度功能材料、纳米陶瓷、纤维增强陶瓷和金 属间化合物等系列新型材料的烧结。
一、放电等离子体烧结的优点 ①烧结温度低（比HP和HIP低200-300℃）、烧结时间短（只需3-10min， 而HP和HIP需要120-300min）、单件能耗低； ②烧结机理特殊，赋予材料新的结构与性能；
2.2 烧结驱动力
烧结的驱动力就是总界面能的减少。粉末坯体的总界面能表示为 γA， 其中γ为界面能；A为总的比表面积。那么总界面能的减少为：
A A A
其中，界面能的变化（Δγ）是因为样品的致密化，比表面积的变化 是由于晶粒的长大。对于固相烧结，Δγ主要是固/固界面取代固/气界面。
（2）保温时间对产品性能的影响 在烧成的最高温度保持一定的时间，一方面使物理化学变化更趋完全，使 坯体具有足够液相量和适当的晶粒尺寸，另一方面组织结构亦趋均一。但保温 时间过长，则晶粒溶解，不利于在坯中形成坚强骨架，而降低机械性能。 （3）烧成气氛对产品性能的影响 ① 气氛对陶瓷坯体过烧膨胀的影响 ② 气氛对坯体的收缩和烧结的影响 ③ 气氛对坯的颜色和透光度以及釉层质量的影响 （4）升温与降温速度对产品性能的影响
（pore drag）和晶粒生长驱动力之间力的平衡作用。
研究表明，较小的颗粒尺寸分布范围是获取高烧结密度的必要条件。
二、影响陶瓷材料烧结的工艺参数 （1）烧成温度对产品性能的影响 烧成温度是指陶瓷坯体烧成时获得最优性质时的相应温度，即操作时的 止火温度。 烧成温度的高低直接影响晶粒尺寸和数量。对固相扩散或液相重结晶来 说，提高烧成温度是有益的。然而过高的烧成温度对特瓷来说，会因总体晶 粒过大或少数晶粒猛增，破坏组织结构的均匀性，因而产品的机电性能变差。
4.3 晶粒生长和粗化
陶瓷烧结原理
陶瓷烧结原理陶瓷烧结是指将陶瓷粉末在一定的温度下进行烧结，使其颗粒之间发生结合，形成致密的块状材料的过程。
烧结是陶瓷工艺中的重要环节，其原理和过程对最终产品的性能和质量具有重要影响。
下面将从烧结原理、影响因素和应用范围等方面进行详细介绍。
一、烧结原理。
陶瓷烧结的原理是在一定温度下，陶瓷粉末颗粒之间发生表面扩散和颗粒间扩散，使颗粒之间结合成块状材料。
在烧结过程中，首先是颗粒间扩散，即颗粒表面的原子或分子向颗粒内部扩散，使颗粒之间产生结合力。
随着温度的升高，颗粒表面扩散加剧，颗粒间的结合力增强，最终形成致密的块状材料。
二、影响因素。
1. 温度，烧结温度是影响烧结效果的关键因素，过低的温度会导致颗粒间扩散不足，无法形成致密材料；过高的温度则可能导致材料烧结过度，出现变形或开裂的情况。
2. 时间，烧结时间也是影响烧结效果的重要因素，过短的时间会导致烧结不完全，材料性能不达标；过长的时间则可能造成能耗浪费和生产效率低下。
3. 压力，在烧结过程中施加一定的压力可以促进颗粒间的结合，提高烧结效率和材料密度。
4. 添加剂，适量的添加剂可以改善陶瓷粉末的流动性和烧结性能，提高最终产品的质量。
三、应用范围。
陶瓷烧结广泛应用于陶瓷制品的生产过程中，如陶瓷砖、陶瓷器皿、陶瓷瓷砖等。
通过烧结工艺，可以使陶瓷制品具有较高的强度、硬度和耐磨性，满足不同领域的需求。
总结，陶瓷烧结是一项重要的陶瓷加工工艺，其原理是在一定温度下实现颗粒间的结合，影响因素包括温度、时间、压力和添加剂等，应用范围广泛，可用于生产各种陶瓷制品。
掌握烧结原理和技术，对于提高陶瓷制品的质量和性能具有重要意义。
陶瓷烧成机理
1、概述 2、烧结定义 3、烧结的驱动力 4、烧结的机理 5、烧结的过程 6、陶瓷烧结方法
1、概述
烧结过程是一门古老的工艺。现在，烧 结过程在许多工业部门得到广泛应用，如 陶瓷、耐火材料、粉末冶金、超高温材料 等生产过程中都含有烧结过程。烧结的目 的是把粉状材料转变为致密体。 研究物质在烧结过程中的各种物理化学 变化。对指导生产、控制产品质量，研制 新型材料显得特别重要。
4.2.3蒸发-冷凝
由于颗粒表面各处的曲率不同，按开尔文公式: (8) 式中d为液体密度，M为摩尔质量，R为气体常数。 可知，各处相应的蒸气压大小也不同。故质点容易从高 能阶的凸处（如表面）蒸发，然后通过气相传递到低能 阶的凹处(如颈部）凝结，使颗粒的接触面增大，颗粒 和空隙形状改变而使成型体变成具有一定几何形状和性 能的烧结体。这一过程也称气相传质。
6、陶瓷烧结方法
陶瓷烧结方法很多，必须根据对材料烧结 的要求以及具体的实验条件和成本等来进行选 择，以下介绍其中的几种烧结方法。 6.1热压烧结法
将粉体置于压模中，加高温并单轴加压(10~50Mpa), 通过模具热辐射和加压形成塑性变形进行烧结。此法可 以得到高强度和低空隙率的产品，如切削工具等。但是 由于单轴向加压，因此难以进行形状复杂的陶瓷产品的 烧结。
烧结中期晶粒间的界面增大，晶粒开始长大，烧 结温度一般大于0.25Tm（Tm为熔点）。颈的生长以 扩散为主，此时气孔在表面和界面张力作用下达到平 衡并相互连通成连续网络，而颗粒间的界面互相孤立， 未形成连续网络。烧结中期占了整个烧结过程的大部 分时间，通常以烧结体的密度达到理论密度的90%时 标志烧结中期结束。
图1
因此，粘附作用是烧结初始阶段，导致粉体 颗粒间产生键合、靠拢和重排，并开始形成接触 区的一个原因。
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
氧化锆陶瓷烧结
氧化锆陶瓷烧结氧化锆陶瓷烧结是一种重要的陶瓷烧结技术，广泛应用于各个领域。
本文将介绍氧化锆陶瓷烧结的原理、工艺以及其在不同领域的应用。
一、氧化锆陶瓷烧结的原理氧化锆陶瓷烧结是指将氧化锆粉末在高温条件下烧结成致密的陶瓷材料的过程。
其原理是通过加热和压实使氧化锆粉末颗粒间的结合力增强，从而形成致密的结构。
在烧结过程中，氧化锆粉末会发生晶粒长大、颗粒间的扩散和结合以及气相的扩散等过程，最终形成高强度、高硬度、高耐磨和高温稳定性的陶瓷材料。
氧化锆陶瓷烧结的工艺主要包括四个步骤：粉末制备、成型、烧结和后处理。
首先，需要将氧化锆粉末经过粉末制备工艺，获得适合烧结的粉末。
然后，将粉末进行成型，常见的成型方法有压制成型和注浆成型。
接下来，将成型体进行烧结，通常采用高温烧结炉，烧结温度一般在1300-1500摄氏度之间。
最后，对烧结后的陶瓷进行后处理，如抛光、研磨等，以达到所需的表面光洁度和精度。
三、氧化锆陶瓷烧结的应用氧化锆陶瓷由于其优异的性能，被广泛应用于多个领域。
以下是几个主要的应用领域：1. 医疗器械：氧化锆陶瓷可用于制作人工关节、牙科种植体和骨修复材料等。
由于其高强度和生物相容性，能够满足医疗器械对材料强度和安全性的要求。
2. 电子领域：氧化锆陶瓷在电子领域具有良好的绝缘性能和高温稳定性，可用于制作电容器、电阻器和电子陶瓷基板等。
3. 航空航天：氧化锆陶瓷具有高温稳定性和耐磨性，适用于航空航天领域的高温结构件、轴承和涡轮叶片等。
4. 化工领域：氧化锆陶瓷具有耐腐蚀性和耐磨性，可以用于制作化工设备的密封件、阀门和管道等。
5. 其他领域：氧化锆陶瓷还可以应用于光学领域，如制作高透明度的陶瓷窗口和透镜。
四、总结氧化锆陶瓷烧结是一种重要的烧结技术，通过高温和压实使氧化锆粉末形成致密的陶瓷材料。
该技术在医疗器械、电子、航空航天和化工等领域得到广泛应用。
随着科技的发展，氧化锆陶瓷烧结技术将进一步完善，为各个领域的发展提供更多的可能性。
陶瓷材料的烧结与原理
陶瓷材料的烧结与原理烧结是陶瓷材料加工的重要工艺之一，通过烧结可以使陶瓷材料的颗粒结合成坚实的整体，提高其物理和化学性能。
烧结的原理主要包括粒间结合、扩散和晶粒长大三个方面。
首先是粒间结合。
烧结陶瓷材料的第一步是颗粒的接触，在高温下颗粒接触面出现局部融化，形成粒间结合区。
当局部融化发生时，一些颗粒间的空隙被完全填满，使得颗粒间距变小。
局部熔融的液相材料充当粘结剂，促使颗粒互相结合，形成更加坚固的结构。
其次是扩散。
在烧结过程中，颗粒间的物质会发生扩散，使得局部结合区域的颗粒之间更加牢固地结合。
扩散过程受温度、时间和颗粒之间的距离等因素的影响。
一般来说，扩散速率随着温度的上升而增加，扩散距离也会增加，从而促进了材料的结合。
最后是晶粒长大。
在烧结过程中，由于颗粒间的扩散，晶粒之间的材料也发生了重排和扩散。
在高温下，晶粒会长大，晶界会消失或减少，从而提高陶瓷材料的致密性和力学性能。
晶粒长大的速率受到烧结温度、时间和材料颗粒的尺寸等因素的影响。
除了上述原理外，烧结还受到其他因素的影响，例如：1.烧结温度：烧结温度决定了材料的烧结速率和晶粒长大速率。
温度过高可能导致结构破坏或晶粒过大，温度过低则会导致烧结不完全。
2.烧结时间：烧结时间决定了物质的扩散程度和晶粒的长大程度。
时间过短会导致烧结不完全，时间过长则会导致结构破坏。
3.烧结气氛：烧结过程中的气氛对于陶瓷材料的烧结也有一定影响，不同的气氛可以影响材料的结构和性能。
4.材料的物理和化学性质：材料的物理和化学性质直接影响烧结的过程和结果。
例如，不同成分的材料具有不同的烧结性质。
总之，烧结是陶瓷材料加工过程中不可或缺的一环，通过粒间结合、扩散和晶粒长大等原理，可以实现颗粒间的结合，提高陶瓷材料的致密性和力学性能。
同时，烧结过程中的温度、时间、气氛等因素，以及材料的物理和化学性质，也对烧结的效果产生一定的影响。
以上就是关于陶瓷材料烧结与原理的简要介绍。
陶瓷烧成与烧结
陶瓷坯体在烧成过程中的物理化学变化陶瓷坯体在烧成过程中一般经过低温阶段、氧化分解阶段和高温阶段。
1.低温阶段(由室温～300℃)坯料在窑内进行烧成时，首先是排除在干燥过程中尚未除去的残余水分。
这些残余水分主要是吸附水和少量的游离水，其量约为2～5%。
随着水分排除固体颗粒紧密靠拢，发生少量的收缩。
但这种收缩并不能完全填补水分所遗留的空间，因此物料的强度和气孔率都相应的增加。
在120～140℃之前，由于坯体内颗粒间尚有一定的孔隙，水分可以自由排出，可以迅速升温，随着温度进一步提高，坯体中毛细管逐渐变小，坯体内汽化加剧，使得开裂倾向增大。
例如，当加热至120℃时，一克水占有的水蒸气容积为：22.4×(1+120/273)/18=1.79(升)。
如果坯体中含有4～5%的游离水，则100克坯体的水蒸气体积达7.16--8.95升，相当于坯体体积的155倍。
这些水蒸气主要由坯体的边角部位排出。
为了保证水分排出不致使坯体开裂，在此阶段应注意均匀升温，速度要慢（大制品30℃/时，中小制品50～60℃/时），尤其是厚度和形状复杂的坯体更应注意。
此外，要求通风良好，以便使排出的水蒸气能迅速排出窑外，避免冷聚在坯体表面。
2.分解与氧化阶段(300～950℃)此阶段坯体内部发生了较复杂的物理化学变化，粘土和其它含水矿物排除结构水；碳酸盐分解；有机物、碳素和硫化物被氧化，石英晶型转化等。
这些变化与窑内温度气氛和升温速度等因素有关。
（1）粘土和其它含水矿物排除结构水粘土矿物因其类型不同、结晶完整程度不同、颗粒度不同、坯体厚度不同，脱水温度也有所差别，见表11-1。
Al2O3·2SiO2·2H2O 加热——→Al2O3·2SiO2＋2H2O↑(高岭土) （偏高岭土）（水蒸气）粘土矿物脱去结构水与升温速度有关。
升温速度加快，结构水的排除转向高温，且排出集中。
结晶不良的矿物脱水温度较低。
高岭石类矿物含结构水较多，在500～650℃之间集中排出，而蒙脱石和伊利石类粘土结构水量较少，脱水速度较为缓和。
陶瓷在烧结过程中的误差分析
陶瓷在烧结过程中的误差分析烧结是陶瓷烧成中重要的一环。
在高温下伴随烧结过程发生的主要变化是颗粒间接触界面扩大并逐渐形成晶界；连通的气孔逐渐变成孤立的气孔并缩小，最后大部分甚至全部从坯体中排除，使成型体的致密度和强度增加，成为具有一定性能和几何外形的整体。
因此，烧结总是意味着固体粉状成型体在低于其熔点温度下加热，使物质自发地充填颗粒间隙而致密化的过程。
烧结可以发生在单纯的固体之间，也可以在液相参与下进行。
前者称故相烧结；后者称液相烧结。
烧结过程可能包含某些化学反应的作用，但重要的是，烧结并不依赖于化学反应的作用。
它可以在不发生任何化学反应的情况下。
简单地将固体粉料加热，转变成坚实的致密烧结体，这是烧结区别于固相反应的一个重要方面。
因此烧结可代替液态成型方法，在远低于固体物料的熔点温度下，制成接近于理论密度的大件异型无机材料制品，并改善其物理性能。
一、烧结过程烧结前，成型体中有些颗粒彼此之间以点接触，有的则相互分开，保留着较多的空隙。
随着温度的升高和时间的延长，开始产生颗粒间的键合和重排过程，这时粒子因重排而相互靠拢，大空隙逐渐消失，气孔的总体积迅速减小，但颗粒之间仍以点接触为主，总表面积并没有缩小。
当颗粒间由点接触逐渐扩大为面接触，粒界面积增加，固气表面积相应减小，但空隙仍然是连通的，开始有明显的传质过程。
随着传质过程的继续进行，粒界进一步发育扩大，气孔则逐渐缩小和变形，最终转变成孤立的闭气孔。
与此同时颗粒粒界开始移动。
粒子长大，气孔逐渐迁移至Ⅱ粒界而消失，烧结体致密度增高。
二、影响烧结的因素影响烧结的因素很多，大致可归纳为三类，即前段因素(包括母盐的种类、制备条件、分解温度、预烧温度、预烧时间)、内因(晶体结构及变化、大小、分布、形状、表面状态、表面能大小、扩散系数、粘度和杂质的种类、数量、结构缺陷、结构位错变形、状态的安定程度)、外因(加人物的种类、加入量、粉碎处理、爆发冲击处理、高能照射处理、超音波处理、储藏影响、成型方法、成型压力、烧结温度、加热速度、烧结时间、烧结加压、烧结气氛)。
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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
– 降低烧成温度、缩短烧成时间 – 减少或不用烧结助剂 – 提高陶瓷性能及可靠性 – 便于制造复杂形状产品
微波烧结
• 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
• 加热快 • 整体均匀加热 • 无热惯性，烧成周期短 • 可实现局部加热修复等 • 能效高 • 无热源污染
材料与微波的相互作用
– 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）
• 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
• 一般用玻璃封装 • HIP的特点：
氮化硅陶瓷的无压烧结
• 氮化硅无熔点、高温分解（1900C） • 能形成液相的氧化物烧结助剂（Y2O3-Al2O3,
MgO-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
钟罩窑、梭式窑
辊道窑、推板窑
隧道窑
促进烧结的方法
• 高密度、高均匀性的成形体 • 烧结助剂
– 产生低温液相 – 形成固溶体 – 钉扎界面，抑制晶粒生长
真空烧结、气氛烧结
• 真空电阻炉：钨丝或石墨发热体（<2000 、2300C、可高真空、可通惰性保护气体 N2、Ar）
• 管式气氛炉：电热丝、硅碳、硅钼 • 非氧化物陶瓷烧结
• 微波透过材料（无吸收）：石英玻璃、 云母、聚四氟乙烯
• 微波反射材料：金属 • 微波吸收材料（损耗介质）：
– 低温吸收小，高于某温度急剧增加：Al2O3 、MgO、ZrO2、Si3N4等
– 室温就高吸收：CaCO3、Fe2O3、Cr2O3、 SiC等
材料与微波的相互作用
• 吸收功率： • 穿透深度： • 升温速率：
• 粉体表面能与界面能的差 • 传质过程
– 扩散传质 – 溶解析出传质 – 蒸发凝聚传质 – 粘性流动
烧结过程
• 粉体颗粒间的粘接、致密化 • 晶粒长大 • 晶界相
• 影响烧结的因素
– 温度、气氛、压力 – 粉体活性 – 烧结助剂
烧结方法
• 常压烧结 • 热压烧结 • 热等静压烧结 • 电弧等离子放电烧结 • 微波烧结 • 自蔓延烧结
P 2 f 0r tan E 2
D
0
2 tan ( r / 0 ) 2
dT P dt Cp
放电等离子烧结 （Spark Plasma Sintering, SPS）
• 对模具或样品直接施加大 脉冲电流，通过热效应或 其他场效应，使试样烧结
• 压力500t，脉冲电流25kA • 数分钟完成陶瓷烧结
放电等离子烧结原理
其他烧结方法
• 自蔓延烧结：SHS合成+压力
陶瓷的烧结过程
• 陶瓷成形体（素坯）是由陶瓷粉体聚合 而成的多孔体，气孔率一般为35-60%。
• 在高温条件下（熔点的0.5-0.7），由于 物质迁移，素坯体积收缩，气孔排除， 形成致密的多晶陶瓷体——烧结
• 烧结伴随气孔形状变化、气孔率下降、 密度提高（致密陶瓷相对密度>98%）、 晶粒长大
烧结的驱动力
常压烧结
• 在大气环境下，仅通过加热使陶瓷烧结 的方法。
• 用于制备氧化物陶瓷 • 烧成制度：各阶段温度点、升温速度、
保温时间、降温速度 • 裸烧、匣钵
窑炉类型
• 间歇式：
– 箱式电炉 – 钟罩窑、梭式窑
• 连续式：
– 推板窑、辊道窑 – 隧道窑
电炉发热体
• 马弗炉：金属合金丝（<1100C） • 硅碳棒，SiC（<1400C） • 硅钼棒，MoSi2（<1700C） • 氧化锆，（<2000C）