特种陶瓷烧结工艺课件
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陶瓷烧结PPT课件
未来研究方向与展望
新材料与新工艺的开发
跨学科合作与技术融合
智能化与数字化技术的 应用
未来，研究者们将继续探索新型陶瓷 材料，研究新的烧结工艺和技术，以 满足各种应用需求。同时，如何实现 陶瓷材料的绿色生产和降低成本也是 未来的重要研究方向。
陶瓷烧结技术涉及到材料科学、物理 学、化学等多个学科领域，未来的研 究将更加注重跨学科的合作和技术融 合，以推动陶瓷材料的发展和应用。
还原气氛
可以还原杂质，提高陶瓷的纯度。
压力的影响
常压烧结
是最常见的烧结方式，适用于大多数 陶瓷材料。
加压烧结
在加压条件下，可以促进陶瓷的致密 化，提高其性能。
05
陶瓷烧结的质量控制与检测
质量控制方法
原料质量控制
对原料的化学成分、粒度、含水 率等指标进行严格检测和控制，
确保原料质量稳定。
工艺参数控制
在烧结过程中，对温度、压力、气 氛等工艺参数进行精确控制，以获 得最佳的烧结效果。
设备维护与校准
定期对烧结设备进行维护和校准， 确保设备运行稳定，提高产品的重 复性和可靠性。
性能检测与评价
物理性能检测
检测产品的密度、气孔率、热膨 胀系数等物理性能指标，确保产
品性能符合要求。
力学性能检测
通过抗弯强度、抗压强度等力学 性能试验，评估产品的机械性能
和可靠性。
耐腐蚀性能检测
对产品的耐酸、耐碱、耐热等性 能进行检测，以适应不同环境下
的使用要求。
缺陷分析与改进
缺陷识别
通过外观检查、无损检测等方法，识别产品中的 缺陷和问题。
原因分析
对缺陷产生的原因进行深入分析，找出根本原因 并制定相应的改进措施。
特种陶瓷工艺学PPT课件
① 一般造粒法
团粒质量较差，大小不一，体积密度小
② 加压造粒法
体积密度较大
③ 喷雾造粒法
质量好，产量大，可连续生产
④ 冻结造粒法
组成均匀，反应性与烧结性良好，主要用于实验
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特种陶瓷 成型
喷雾造粒
第9页/共43页
特种陶瓷 成型
喷雾造粒
第10页/共43页
特种陶瓷 成型
悬浮问题
为了方便注浆成型，对塑性差、不利于悬浮的瘠性物料， 一般通过表面改性，通常通过在表面吸附活性物质来实现悬浮 的目的。
第19页/共43页
特种陶瓷 成型
注浆成型 空心注浆
注浆过程操作实例
第20页/共43页
实心注浆
特种陶瓷 成型
离心注浆
压力注浆
① 缩短吸浆时间 ② 减少坯体干燥时的收缩量 ③ 降低坯体脱模后的残留水分
第21页/共43页
特种陶瓷 成型
热压铸成型
主要是利用石蜡料浆加热融化后具有流动性和可塑性，冷却 后能在金属模中凝固成一定形状这一特点来完成的。和注浆成 型相比，要多了排蜡这一工序。
第30页/共43页
第31页/共43页
特种陶瓷 成型
模压具内部后，通过单向或双向加 压，将粉料压制成所需形状。 工艺要求：
注意加压速度和保压时间
干压成型特点工艺简单，操作方便，周期短，效率高，便于实行 自动化生产。此外，坯体密度大，尺寸精确，收缩小，机械强度高， 电性能好。但生产大型坯体时有困难，而且模具磨损大、加工复杂、 成本高，其次加压只能上下加压，压力分布不均，致密度不均，收缩 不均，会产生开裂、分层等现象。
体中某些成分发生还原作用 对制品性能的影响：
塑化剂挥发时会产生一定的气泡，可能 影响坯体性质。
团粒质量较差，大小不一，体积密度小
② 加压造粒法
体积密度较大
③ 喷雾造粒法
质量好，产量大，可连续生产
④ 冻结造粒法
组成均匀，反应性与烧结性良好，主要用于实验
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特种陶瓷 成型
喷雾造粒
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特种陶瓷 成型
喷雾造粒
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特种陶瓷 成型
悬浮问题
为了方便注浆成型，对塑性差、不利于悬浮的瘠性物料， 一般通过表面改性，通常通过在表面吸附活性物质来实现悬浮 的目的。
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特种陶瓷 成型
注浆成型 空心注浆
注浆过程操作实例
第20页/共43页
实心注浆
特种陶瓷 成型
离心注浆
压力注浆
① 缩短吸浆时间 ② 减少坯体干燥时的收缩量 ③ 降低坯体脱模后的残留水分
第21页/共43页
特种陶瓷 成型
热压铸成型
主要是利用石蜡料浆加热融化后具有流动性和可塑性，冷却 后能在金属模中凝固成一定形状这一特点来完成的。和注浆成 型相比，要多了排蜡这一工序。
第30页/共43页
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特种陶瓷 成型
模压具内部后，通过单向或双向加 压，将粉料压制成所需形状。 工艺要求：
注意加压速度和保压时间
干压成型特点工艺简单，操作方便，周期短，效率高，便于实行 自动化生产。此外，坯体密度大，尺寸精确，收缩小，机械强度高， 电性能好。但生产大型坯体时有困难，而且模具磨损大、加工复杂、 成本高，其次加压只能上下加压，压力分布不均，致密度不均，收缩 不均，会产生开裂、分层等现象。
体中某些成分发生还原作用 对制品性能的影响：
塑化剂挥发时会产生一定的气泡，可能 影响坯体性质。
特种陶瓷的烧结机理分析培训课件：烧结理论与烧结方法
r凸
P凸＞ 0， P凹 ＜0 P凸＞ P凹
工艺控制：温度（蒸气压）；粒度
2. 流动传质
在表面张力的作用下，通过变形、流动引起 的物质迁移。有粘性流动（主要发生在液相烧结） 和塑性流动（常出现在压力烧结中）。
粘性流动示意图
工艺控制：粘度；粒度
塑性流动示意图
3.扩散传质
质点（或空位）借助于浓度梯度的推动而实 现物质的迁移传递。分为体积扩散、界面扩散和 表面扩散。
第二节 特种陶瓷的烧结方法
一、 普通烧结
烧结坯体无外加压力、只在常压下，即自然大 气条件下，置于可加热的窑炉中，进行烧结的方法。
促进烧结措施：加烧结助剂 降低粉末粒度
二、 热压烧结
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。
1.热压烧结的致密化过程
密度迅速增大，大部分 气孔都在此阶段消失.
*推动力与颗粒细度的关系：
颗粒堆积后，有很多细小气孔弯曲表面由于表面 张力而产生压力差，
当为球形：P＝2/r 当非球形：P＝ ( 1 1 )
r1 r2
结论：粉料愈细，由曲率而引起的烧结 推动力愈大!!
三、烧结过程中的物质传递
1.蒸发－凝聚
r凹
原因：压力差ΔP
公式： P = 2 / r
特点：凸面蒸发－凹面 凝聚；发生在蒸气压大 的物质的烧结初期。
思考题
（1）粉体有哪些特性？
（2）给出采用碳酸盐、钛白粉原料制备0.5 摩尔(Ba0.5Sr0.5)TiO3陶瓷圆片的工艺流程。
第三章 特种陶瓷的烧结
第一节 陶瓷的烧结理论 第二节 陶瓷的烧结方法
第一节 陶瓷的烧结理论
一、烧结及烧结现象
说明：
收缩
第4次课特种陶瓷的烧结
HTF-300无压烧结碳化硅生产炉
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.2 特种陶瓷的烧结方法
2、低温烧结（p74) 低温烧结方法主要有以下几种：
1）引入添加剂；
① 使晶格空位增加，易于扩散； ② 使液相在较低的温度下生成，使晶体能粘性流动。
2）压力烧结（热压烧结）； 3）使用易于烧结的粉料（如超细粉）
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4 特种陶瓷的烧结
晶粒长大的几何情况： 晶界上有界面能作用，晶粒形成一个与肥皂泡沫相似
的三维阵列； 边界表面能相同，界面夹角呈1200夹角，晶粒呈正六边形；
实际表面能不同，晶界有一定曲率， 使晶界向曲率中心 移动。 晶界上杂质、气泡如果不与主晶相形成液相， 则阻碍晶界移动。
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.2 特种陶瓷的烧结方法
3、热压烧结 对于同一材料而言，压力烧结与常压烧结相比，烧
结温度低的多，烧结体中气孔率也低，所得的烧结体 致密。且较低的温度抑制了晶粒生长，具有较高的强 度。
① 一般热压法
② 高温等静压法
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.2 特种陶瓷的烧结方法
3、热压烧结 ① 一般热压法
1.4 特种陶瓷的烧结
如何改变材料性质：
1、 ＝f(G-12)
G 强度
断裂强度
晶粒尺寸
2、气孔 强度(应力集中点)； 透明度(散射)； 铁电性和磁性。
1.4 特种陶瓷的烧结
收缩
a
收缩
b
c
收缩
1.4 特种陶瓷的烧结
烧结：
陶瓷生坯在高温下的致密化过程和现象的总称;随着 温度的上升和时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒 长大，空隙（气孔）和晶界逐渐减少，通过物质的传 递，其总体积V 、气孔率 、强度 、致密度 ，成 为坚硬的具有某种显微结构的多晶烧结体的过程。
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.2 特种陶瓷的烧结方法
2、低温烧结（p74) 低温烧结方法主要有以下几种：
1）引入添加剂；
① 使晶格空位增加，易于扩散； ② 使液相在较低的温度下生成，使晶体能粘性流动。
2）压力烧结（热压烧结）； 3）使用易于烧结的粉料（如超细粉）
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4 特种陶瓷的烧结
晶粒长大的几何情况： 晶界上有界面能作用，晶粒形成一个与肥皂泡沫相似
的三维阵列； 边界表面能相同，界面夹角呈1200夹角，晶粒呈正六边形；
实际表面能不同，晶界有一定曲率， 使晶界向曲率中心 移动。 晶界上杂质、气泡如果不与主晶相形成液相， 则阻碍晶界移动。
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.2 特种陶瓷的烧结方法
3、热压烧结 对于同一材料而言，压力烧结与常压烧结相比，烧
结温度低的多，烧结体中气孔率也低，所得的烧结体 致密。且较低的温度抑制了晶粒生长，具有较高的强 度。
① 一般热压法
② 高温等静压法
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.2 特种陶瓷的烧结方法
3、热压烧结 ① 一般热压法
1.4 特种陶瓷的烧结
如何改变材料性质：
1、 ＝f(G-12)
G 强度
断裂强度
晶粒尺寸
2、气孔 强度(应力集中点)； 透明度(散射)； 铁电性和磁性。
1.4 特种陶瓷的烧结
收缩
a
收缩
b
c
收缩
1.4 特种陶瓷的烧结
烧结：
陶瓷生坯在高温下的致密化过程和现象的总称;随着 温度的上升和时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒 长大，空隙（气孔）和晶界逐渐减少，通过物质的传 递，其总体积V 、气孔率 、强度 、致密度 ，成 为坚硬的具有某种显微结构的多晶烧结体的过程。
《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
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
陶瓷成型与烧结工艺.pptx
第4页/共28页
第二节 陶瓷的成形方法
模压成形
模压成形是将混合料加入到模具中，在压力机上压 成一定形状的坯体的方法。
➢ 手动压制
第5页/共28页
➢ 自动压制
第6页/共28页
冷等静压成形
利用液态、气体或橡胶等作为传压介质，在三维方 向对坯体进行压制的工艺。冷等静压可分为干式和湿式 两种形式。
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。
第17页/共28页
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）
1）无机塑化剂：粘土等 2）有机塑化剂：
有机塑化剂
粘结剂（如聚乙烯醇） 增塑剂（如甘油） 溶剂 （如无水乙醇）
第3页/共28页
➢ 塑化剂选用和加入的原则
1）在保证坯料一定可塑性的条件下，尽可能减少塑化 剂的用量。
2）选用塑化剂时，需考虑塑化剂在烧结时排除的难易 和排除温度等因素。
造粒
造粒就是加入塑性剂后，将细颗粒原料制备成粒度 较粗的混合料，以改善其流动性。
第18页/共28页
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）
第19页/共28页
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
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第四节 陶瓷的烧结方法
烧结分类
按压力分类
第二节 陶瓷的成形方法
模压成形
模压成形是将混合料加入到模具中，在压力机上压 成一定形状的坯体的方法。
➢ 手动压制
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➢ 自动压制
第6页/共28页
冷等静压成形
利用液态、气体或橡胶等作为传压介质，在三维方 向对坯体进行压制的工艺。冷等静压可分为干式和湿式 两种形式。
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。
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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）
1）无机塑化剂：粘土等 2）有机塑化剂：
有机塑化剂
粘结剂（如聚乙烯醇） 增塑剂（如甘油） 溶剂 （如无水乙醇）
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➢ 塑化剂选用和加入的原则
1）在保证坯料一定可塑性的条件下，尽可能减少塑化 剂的用量。
2）选用塑化剂时，需考虑塑化剂在烧结时排除的难易 和排除温度等因素。
造粒
造粒就是加入塑性剂后，将细颗粒原料制备成粒度 较粗的混合料，以改善其流动性。
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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）
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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
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第四节 陶瓷的烧结方法
烧结分类
按压力分类
特种陶瓷烧结工艺课件
800 600 400 200
0
CONVENTIONAL HEATING MICROWAVE HEATING
100
200
300
400
500
600
TIME, MIN.
•特种陶瓷烧结工艺
•42
2 烧结工艺
•特种陶瓷烧结工艺
•43
2 烧结工艺
无添加剂 1700oC, 10 min in H2
添加氧化铬 1700oC, 10 min in H2
5）放电等离子体烧结（SPS）
2 烧结工艺
•特种陶瓷烧结工艺
•37
2 烧结工艺
•特种陶瓷烧结工艺
•38
2 烧结工艺
•特种陶瓷烧结工艺
•39
6）微波烧结
2 烧结工艺
•特种陶瓷烧结工艺
•40
2 烧结工艺
•特种陶瓷烧结工艺
•41
2 烧结工艺
TEMPERATURE, °C
1400 1200 1000
1 烧结理论
•特种陶瓷烧结工艺
•11
1.3 烧结影响因素
1 烧结理论
•特种陶瓷烧结工艺
•12
1.4 烧结阶段
1 烧结理论
•特种陶瓷烧结工艺
•13
1.4 烧结阶段
1 烧结理论
颗粒重排，接触处产生键合，
烧结初期
空隙变形缩小，但固-气总表面
积没有变化。
烧
结
的
传质开始，粒界增大，空隙进
三
烧结中期
一步变形缩小，但保持连同，
•特种陶瓷烧结工艺
•31
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。
0
CONVENTIONAL HEATING MICROWAVE HEATING
100
200
300
400
500
600
TIME, MIN.
•特种陶瓷烧结工艺
•42
2 烧结工艺
•特种陶瓷烧结工艺
•43
2 烧结工艺
无添加剂 1700oC, 10 min in H2
添加氧化铬 1700oC, 10 min in H2
5）放电等离子体烧结（SPS）
2 烧结工艺
•特种陶瓷烧结工艺
•37
2 烧结工艺
•特种陶瓷烧结工艺
•38
2 烧结工艺
•特种陶瓷烧结工艺
•39
6）微波烧结
2 烧结工艺
•特种陶瓷烧结工艺
•40
2 烧结工艺
•特种陶瓷烧结工艺
•41
2 烧结工艺
TEMPERATURE, °C
1400 1200 1000
1 烧结理论
•特种陶瓷烧结工艺
•11
1.3 烧结影响因素
1 烧结理论
•特种陶瓷烧结工艺
•12
1.4 烧结阶段
1 烧结理论
•特种陶瓷烧结工艺
•13
1.4 烧结阶段
1 烧结理论
颗粒重排，接触处产生键合，
烧结初期
空隙变形缩小，但固-气总表面
积没有变化。
烧
结
的
传质开始，粒界增大，空隙进
三
烧结中期
一步变形缩小，但保持连同，
•特种陶瓷烧结工艺
•31
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。
《陶瓷烧结方法》课件
2
在高温同时施加高电压脉冲电流，使粉
末快速烧结，常用于制作钢和超硬合金。
3
微波烧结法
通过粉末中所含的微波吸收剂，在微波 炉中快速烧结制造新材料和高性能金属 陶瓷复合材料。
激光烧结法
利用激光加热粉末，使其迅速熔融并结 合成材料。被广泛应用于制造新型复合 材料。
陶瓷烧结过程中的关键技术
烧结温度与时间控制
控制烧结温度和时间对陶瓷 组织和性能有着至关重要的 影响。
热压强度控制
热压强度对陶瓷烧结的瓷砖 干缩和密度均有着重要的影 响。
等温氧化控制
等温氧化是一种重要的表面 处理方法，它可以提高材料 的表面质量和性能。
陶瓷烧结的应用领域
电子领域
陶瓷烧结技术被广泛用于制造电 路板和其他电子元器件，其特性 适合各种高频应用。
传统烧结方法
短时高温烧结法
在高温下以较短时间使粉末结合 成实体，常用于制造建筑材料和 骨科植入物。
长时间低温烧结法
在较低的温度下以较长时间使粉 末结合成实体，常用于制作砖、 陶器等。
合成烧结法
先将粉末中的化学物质反应生成 所需物质，再进行高温烧结，常 用于制造高性能功能材料。
现代烧结方法
1
脉冲电流烧结法
陶瓷烧结方法
在制造陶瓷制品时，陶瓷烧结方法是其中至关重要的一环。本课程将介绍传 统和现代烧结方法，以及烧结过程中的关键技术和应用领域。
概述
陶瓷烧结是一种用高温使粉末结合成坚硬材料的方法。它主要用于制造各种陶瓷制品。传统烧结方法主要有三 种：短时高温、长时间低温和合成烧结法。现代烧结方法则主要有微波烧结造关节、种植义齿 和其它骨科植入物，因其生物相 容性和高强度而广泛应用。
环保领域
3章 特种陶瓷烧结工艺
2.2.2液相烧结： 凡有液相参加的烧结都叫液相烧结。 液相烧结的驱动力除了表面能的降低以外，细小 固体颗粒之间液相毛细管压力也具有驱动力的作用。 同时传质可以在两个颗粒之间的液相中进行，流动传 质比扩散传质的速度要快得多，因而烧结速率比较高。 液相烧结一般具有以下几个条件：固相在液相中 具有一定的溶解度；液相具有合适的粘度；具有一定 数量的液相。
（2）扩散过程 颗粒接触的颈部区域和颗粒表面之间的自由能或化学势之 差可以提供固态传质的驱动力。可能的固态传质过程可以通过 表面扩散、晶格扩散、和晶界扩散从颗粒表面、颗粒内部、或 晶界向颈部传输粒子。 陶瓷烧结过程中，晶界结构、成分和静电荷对温度和杂 质比较敏感，一般来说，提高晶界扩散和体扩散系数的杂质能 够提高固态烧结的速度。晶界扩散和体扩散系数与温度有密切 关系，温度的高低对烧结速度的影响特别重要。 扩散过程中，不同元素扩散速率存在一定差别，扩散速 度决定于扩散最慢的元素。 以上讨论主要为烧结初期阶段，气孔之间一般为连通状态， 随着烧结的进行，气孔会被相互隔开、孤立。
2.2.3热压烧结致密化 认为热压致密化有三个连续过渡阶段： （A）微流动阶段： 热压初期颗粒发生相对滑移、破碎和塑性变形， 进行颗粒重排。 （B）塑性流动阶段： 类似烧结后期闭孔收缩阶段，以塑性流动为 主，致密化速率减慢。 （C）扩散阶段 趋近终点密实度，以扩散有关的一些概念 A．烧结与烧成: 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。而烧结：仅仅指 粉料经加热而致密化的简单物理过程，烧结仅仅是烧成过 程的一个重要部分。 B．烧结和熔融： 烧结是在远低于固态物质的熔融温度进行的。烧结和熔融 这两个过程都是由原子热振动而引起的，但熔融时全部组 元都为液相，而烧结时至少有一组元是处于固态控制表面 扩散、晶界扩散和晶格扩散而充填气孔，用改变显微结构 方法使材料性能改善。因此，当配方、原料粒度、成型等 工序完成以后，烧结是使材料获得预期的显微结构以使材 料性能充分发挥的关键工序。
精选特种陶瓷工艺学1PPT47页
*
特种陶瓷 粉体制备
*
特种陶瓷 粉体制备
（2）PVD（蒸发－凝聚法）
① 激光加热法
粉体填充特性
特种陶瓷 粉体性能
*
特种陶瓷 粉体制备
机械粉碎法
物理化学法
应用机械力将粗颗粒粉碎获得细粉，不易获得粒径在1μm以下的超细颗粒，且容易引入杂质
在离子、原子、分子水平上通过反应、成核和生长制成粒子的方法，纯度、粒度可以控制，均匀性好，颗粒微细，并可以实现在分子级水平上的复合，均化。
粉体填充特性是粉末成型的基础
*
等大球的不规则填充 实际填充中，很难达到完全致密。在可能获得最密填充中，孔隙率0.363即36.3％，致密度为63.7％。
粉体填充特性
特种陶瓷 粉体性能
异直径球的填充 在等大球填充所生成的空隙中，进一步再填充小球，可以获得更加紧密的填充。
70℃
*
*
特种陶瓷 粉体制备
（3）醇盐水解法
以金红石TiO2为例
（4）溶胶－凝胶法
将金属、有机或者无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理得到氧化物和其他化合物固体的办法。它具有纯度高、化学均匀性好、可容纳不溶性或者不沉淀性组分、掺杂分布均匀等诸多优点。
*
醇盐水解法
溶胶－凝胶法
*
球磨方式
球磨方式有湿法和干法两种。
*
特种陶瓷 粉体制备
(2) 振动球磨
*
煅烧氧化铝瓷料
加入适量的液体介质和助磨剂可大大提高粉碎效率
*
特种陶瓷 粉体制备
(3) 搅动球磨
助磨剂可减轻更细粒子的团聚现象
*
特种陶瓷 粉体制备
(4) 气流球磨
污染小，但粉末使用前要排除吸附的气体
特种陶瓷 粉体制备
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特种陶瓷 粉体制备
（2）PVD（蒸发－凝聚法）
① 激光加热法
粉体填充特性
特种陶瓷 粉体性能
*
特种陶瓷 粉体制备
机械粉碎法
物理化学法
应用机械力将粗颗粒粉碎获得细粉，不易获得粒径在1μm以下的超细颗粒，且容易引入杂质
在离子、原子、分子水平上通过反应、成核和生长制成粒子的方法，纯度、粒度可以控制，均匀性好，颗粒微细，并可以实现在分子级水平上的复合，均化。
粉体填充特性是粉末成型的基础
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等大球的不规则填充 实际填充中，很难达到完全致密。在可能获得最密填充中，孔隙率0.363即36.3％，致密度为63.7％。
粉体填充特性
特种陶瓷 粉体性能
异直径球的填充 在等大球填充所生成的空隙中，进一步再填充小球，可以获得更加紧密的填充。
70℃
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特种陶瓷 粉体制备
（3）醇盐水解法
以金红石TiO2为例
（4）溶胶－凝胶法
将金属、有机或者无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理得到氧化物和其他化合物固体的办法。它具有纯度高、化学均匀性好、可容纳不溶性或者不沉淀性组分、掺杂分布均匀等诸多优点。
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醇盐水解法
溶胶－凝胶法
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球磨方式
球磨方式有湿法和干法两种。
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特种陶瓷 粉体制备
(2) 振动球磨
*
煅烧氧化铝瓷料
加入适量的液体介质和助磨剂可大大提高粉碎效率
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特种陶瓷 粉体制备
(3) 搅动球磨
助磨剂可减轻更细粒子的团聚现象
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特种陶瓷 粉体制备
(4) 气流球磨
污染小，但粉末使用前要排除吸附的气体
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
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；
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；
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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 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
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
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 。
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 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。
?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
1.1 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看A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。
?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。 ?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。
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。
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