陶瓷的烧结过程
烧制陶瓷的化学反应方程式
烧制陶瓷的化学反应方程式陶瓷是一种由非金属材料烧制而成的材料，其主要成分是氧化物。
烧制陶瓷的过程中涉及到多个化学反应方程式。
陶瓷的原料主要包括粘土、石英、长石等。
在烧制过程中，这些原料会发生化学反应，形成陶瓷的主要成分。
1. 粘土的化学反应方程式：粘土的主要成分是硅酸盐矿物，其中包含氧化硅、氧化铝等成分。
在高温下，粘土中的硅酸盐矿物会发生热分解反应，生成二氧化硅和氧化铝：2Al2Si2O5(OH)4 → Al2O3 + 2SiO2 + 4H2O2. 石英的化学反应方程式：石英是一种含有高纯度二氧化硅的矿石。
在高温下，石英会发生热分解反应，生成二氧化硅：SiO2 → SiO23. 长石的化学反应方程式：长石是一种含有铝、钠、钾等元素的矿石。
在高温下，长石会发生热分解反应，生成氧化铝和氧化钠或氧化钾：3KAlSi3O8 → 3Al2O3 + 3SiO2 + 3K2O以上是陶瓷原料中的主要成分的化学反应方程式。
在烧制陶瓷的过程中，这些原料经过混合、成型和烧结等步骤，最终形成陶瓷制品。
烧制陶瓷的过程中，主要涉及以下几个化学反应：1. 陶瓷的成型：在成型过程中，原料经过混合后进行模具成型。
这个过程中不涉及明显的化学反应，主要是物理过程，通过施加压力和/或挤压使原料具有一定的形状。
2. 烧结过程：烧结是烧制陶瓷的关键步骤之一。
在烧结过程中，陶瓷制品经过高温处理，使其形成致密的结构。
在这个过程中，原料中的氧化物会发生化学反应，形成陶瓷的晶体结构。
例如，氧化铝和二氧化硅会发生反应，形成莫来石（Mullite）晶体结构：3Al2O3 + 2SiO2 → 3Al2SiO5 + O2氧化钠或氧化钾也会与其他氧化物发生反应，形成不同的晶体结构。
3. 烧结过程中的氧化还原反应：在高温下，陶瓷中的某些金属元素可能发生氧化还原反应。
例如，氧化铁（Fe2O3）可以与氧化铝（Al2O3）发生反应，生成铁铝尖晶石（FeAl2O4）：Fe2O3 + Al2O3 → FeAl2O4这些化学反应在烧制陶瓷的过程中发生，对陶瓷的结构和性质产生重要影响。
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
陶瓷烧制过程中的化学反应
陶瓷烧制过程中的化学反应
在陶瓷烧制的过程中，存在着多种化学反应。
其中最主要的是以下三种反应：
1. 脱水反应：在烧制陶瓷的过程中，陶瓷中的水分会被脱除。
这个过程被称为脱水反应，其化学式为
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
这个反应是由于陶瓷中的水分被高温下的热能转化为水蒸气，而水蒸气在烧结过程中被排出。
2. 烧结反应：这个反应是指在高温下，陶瓷中的各种原料会发生固相反应，形成一种致密的结构。
这个反应的化学式可以用以下式子表示：
mAl2O3 + nSiO2 → (m/n)Al2O3·SiO2
这个反应会形成一个非常硬的矿物质质地，使得陶瓷具有高强度和较好的耐磨损性能。
3. 氧化还原反应：在烧制陶瓷的过程中，存在着氧化还原反应。
例如，在釉上陶瓷上添加的铁氧化物可以在烧制过程中被还原，形成黑色的金属铁颜色。
总的来说，陶瓷的烧制过程中存在多种化学反应。
这些反应的影响和结果，决定了陶瓷的性能和特性。
- 1 -。
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！。
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）。
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。
陶瓷烧结炉工艺原理及烧结方式
陶瓷烧结炉工艺原理及烧结方式陶瓷烧结是指坯体在高温下致密化过程和现象的总称。
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，力图向降低表面能的方向变化，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。
一般粗线条结炉的燃烧方法主要有以下几种：热压烧结、热等静压、放电等离子烧结、微波烧结、反应烧结、爆炸烧结。
固相烧结一般可表现为三个阶段，初始阶段，主要表现为颗粒形状改变；中间阶段，主要表现为气孔形状改变；最终阶段，主要表现为气孔尺寸减小。
烧结是在热工设备中进行的，这里热工设备指的是先进陶瓷生产窑炉及附属设备。
烧结陶瓷的窑炉类型很多，同一制品可以在不同类型的窑内烧成，同一种窑也可以烧结不同的制品。
主要常用的有间歇式窑炉，连续式窑炉和辅助设备。
间歇式窑炉按其功能可分为电炉，高温倒焰窑，梭式窑和钟罩窑。
连续式窑炉的分类方法有很多种，按制品的输送方式可分为隧道窑，高温推板窑和辊道窑。
与传统间歇式窑炉相比较，连续式窑具有连续操作性，易实现机械化，大大改善了劳动条件和减轻了劳动强度，降低了能耗等优点。
温度制度的确定，包括升温速度，烧成温度，保温时间和冷却速度等参数。
通过飞行坯料在烧成过程中性状变化，初步得出坯体在各温度或时间阶段可以允许的升、降温速度（相图，差热-失重、热膨胀、高温相分析、已有烧结曲线等）。
升温速度：低温阶段，氧化分解阶段，高温阶段。
烧成温度与保温时间：相互制约，可在一定程度上相互补偿，以一次晶粒发展成熟，晶界明显、没有显著的二次晶粒长大，收缩均匀，致密而又耗能少为目的。
冷却速度，随炉冷却，快速冷却。
压力制度的确定，压力制度起着保证温度和气氛制度的作用。
全窑的压力分布根据窑内结构，燃烧种类，制品特性，烧成气氛和装窑密度等因素来确定。
烧结的工艺流程
烧结的工艺流程烧结是一种将粉末状原料通过高温加热使其结合成坚固的成型件的工艺，广泛应用于陶瓷、金属、电子器件等领域。
下面将介绍一下烧结的工艺流程。
烧结的工艺流程主要包括原料准备、混合、成型、预烧、烧结和后处理等步骤。
首先是原料准备。
在烧结工艺中，需要选取合适的原料，这些原料可以是陶瓷粉体、金属粉末或其他种类的粉末。
不同的原料需要根据不同的工艺要求进行选择和准备，包括颗粒大小、成分比例等。
接下来是混合。
将选取好的原料进行混合，目的是使其成分均匀分布，以提高成品的均一性。
混合的方式可以有机械混合、湿法混合等。
机械混合是将原料放置在机械设备中进行高速旋转或搅拌以实现混合，湿法混合则是将原料和适量的溶剂混合形成糊状物。
第三步是成型。
成型是将混合好的原料按照设计要求进行形状的制作。
常见的成型方式有压制、注射、挤出等。
压制是将混合好的原料放置在模具中，然后通过压力使其固化成型。
注射是将混合好的原料注射到模具中形成所需形状，而挤出则是将原料通过挤压机挤出成带有所需形状的条状。
完成成型后，需要进行预烧。
预烧是将成型后的零件进行低温热处理，目的是去除残留的溶剂和结合剂，并改变其结构，以便后续的烧结工艺。
预烧的温度一般在原料的稳定燃烧范围之内进行，并根据具体需要确定预烧时间。
接下来是烧结。
烧结是将预烧后的零件进行高温加热使其结合成坚固的成型件。
烧结的温度一般高于原料的燃点，以保证原料能够完全熔化并形成均匀的结构。
烧结的过程中，需要控制合适的温度和时间，以及合适的气氛，以确保最终成品的质量。
最后是后处理。
在烧结完成后，还需要进行一些后处理工序，如修整、抛光、涂层等。
修整是通过机械加工等手段将成品的外形进行修正和整理；抛光是使成品表面更加光滑和平整；涂层是将成品表面涂上一层保护膜或装饰性涂层。
总体来说，烧结工艺流程包括原料准备、混合、成型、预烧、烧结和后处理等多个步骤。
每个步骤都需要严格控制操作条件，以保证最终成品的质量和性能。
烧结过程的三个阶段
烧结过程的三个阶段烧结（sintering）是一种通过加热粉末来使其颗粒之间结合的过程，用于制造陶瓷、金属和复合材料等产品。
烧结过程可以分为三个阶段：加热阶段、稳定阶段和冷却阶段。
本文将深入探讨这三个阶段，以加深对烧结过程的理解。
第一个阶段是加热阶段。
在这个阶段，原始粉末会被加热到低于其熔点的温度。
加热的目的是使粉末颗粒与周围的颗粒更加紧密地结合在一起。
当粉末开始加热时，粉末的颗粒表面会因为固态扩散而发生变化。
固态扩散是指固体内原子、分子或离子的迁移，这种迁移会导致在加热过程中颗粒之间产生结合。
在加热过程中，粉末的体积会缩小，颗粒之间的间隙也会逐渐减小。
当粉末开始结合时，其形成的结构称为烧结体（sinter）。
烧结体的结构是由不同尺寸和形状的颗粒组成的，这些颗粒之间通过颗粒表面的固态扩散结合在一起。
在加热过程中，颗粒之间的结合会因为扩散的发生而不断加强。
烧结体的尺寸和形状会随着加热的继续而变化，直至达到最终的形态。
加热过程中的温度和时间会影响烧结体的形成和结构。
第二个阶段是稳定阶段。
在加热阶段结束后，烧结体的结构会开始稳定下来。
在这个阶段，已经形成的烧结体会继续通过扩散结合在一起，但是结合的速度会降低。
稳定阶段的时间因材料的不同而异，通常会持续数十分钟至数小时。
在稳定阶段，烧结体的尺寸和形状会继续发生微小的变化，但是变化的速度相对较慢。
稳定阶段的主要目的是确保烧结体的稳定性和一致性。
稳定阶段的结束标志是燃料在烧结体中完全燃尽。
当燃料燃尽时，烧结体的温度会开始降低，以进入第三个阶段。
第三个阶段是冷却阶段。
在冷却阶段，加热源会被移除，并且烧结体会开始冷却。
烧结体的冷却速度会影响其最终的性能和结构。
如果冷却速度过快，可能会导致烧结体的内部产生应力，从而引起开裂或变形。
因此，冷却过程需要在控制的条件下进行，以确保烧结体的质量。
综上所述，烧结过程的三个阶段是加热阶段、稳定阶段和冷却阶段。
加热阶段是使粉末颗粒结合的起始阶段，通过固态扩散来形成烧结体。
北航材工 第九章 陶瓷的烧结原理与工艺
6.其它的烧结方法： · 烧结原理 · 影响因素 · 烧结方法
普通烧结 热压烧结 气氛烧结 反应烧结 液相烧结 其它方法
微波烧结法 电弧等离子烧结法 自蔓延烧结法 气相沉积法
· 烧结原理 · 影响因素 · 烧结方法
普通烧结 热压烧结 气氛烧结 反应烧结 液相烧结 其它方法
气氛压力烧结炉是德国KCE公司制造的 设备，采用计算机控制控制温度、气体压 力，最高使用温度为2200，最高使用气体 压力为100atm，广泛用于陶瓷及粉末冶金 制品的烧结，尤其是复杂形状的制品。材 料烧结后的相对密度可达99%以上。
5.液相烧结： · 烧结原理 · 影响因素 · 烧结方法
普通烧结 热压烧结 气氛烧结 反应烧结 液相烧结 其它方法
许多氧化物陶瓷采用低熔点助剂促进材料烧 结。助剂的加入一般不会影响材料的性能或反而为 某种功能产生良好影响。作为高温结构使用的添加 剂，要注意到晶界玻璃是造成高温力学性能下降的 主要因素。如果通过选择使液相有很高的熔点或高 粘度，或者选择合适的液相组成，然后作高温热处 理，使某些晶相在晶界上析出，以提高材料的抗蠕 变能力。
普通烧结 热压烧结 气氛烧结 反应烧结 液相烧结 其它方法
3.烧结过程中的物质传递： ① 蒸发与凝聚（气相烧结）画图表示
2 M 1 g ） P＝Poexp（ RT r
当为凸面时，r为正，P>Po，蒸气压高，蒸发； 为凹面时，r为负，P<Po，蒸气压低，沉淀。 ② 扩散、流动 （固相烧结） 除气相扩散外，还包括表面扩散、晶格扩 散和晶界扩散。
主要技术参数：
· 烧结原理 · 影响因素 · 烧结方法
普通烧结 热压烧结 气氛烧结 反应烧结 液相烧结 其它方法
1.最高温度：2000℃（也可做2300℃） 2.工作区尺寸：Ф160χ160mm 3.额定功率：40KW
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
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。
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在烧结驱动力的作用下烧结过程中的基本现象
5.2.3 烧结参数
粉体
形貌，粒度，粒度分布，团聚，混合均匀性等
材料参数
化学特性
化学组分，纯度，非化学计量性，绝对均匀性等
工艺参数
烧结温度，时间，压力，气氛，升温和降温速率等
5.2.4 烧结参数对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
陶瓷烧结过程
裴李岗文化时期（约8000年）
商代（约3700年）
汉代（约1800年）
秦代（约2200年）
唐代（约1200年）
宋代（约1000年）
明清代
元代（约700年）
《世博和鼎》
世博会纪念品
瓷器的作用-征服世界的经济工具
西方学者汉斯 . 布罗埃尔（ 1972 年）在其 著作中说：“中国凭借着在丝绸、瓷器等方 面无与匹敌的制造业和出口，与任何国家贸 易都是顺差”。
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。
结论：较小的颗粒尺寸分布范围是获取烧结高 致密度的必要条件。
影响陶瓷材料烧结的材料参数:
（1）颗粒尺寸大小
（2）粉体结块和团聚 （3）颗粒形状
（4）颗粒尺寸分布
本节小结
1、 烧结的定义和烧结的方法 2、 烧结的类型 3、烧结的驱动力
4、烧结参数及其对产品性能的影响
材 料 参 数 颗粒尺寸大小 粉体结块和团聚 颗粒形状 颗粒尺寸分布
烧结的驱动力就是总界面能的减少。粉末坯体的 总界面能可表示为 γA （ 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。
中外学术界公认明代中国已具有占全球财 富总量的1/3的经济实力。
第五章 陶瓷材料的烧结
5.1 概述
烧结（ sintering ）：是一种利用热能使粉末坯体 致密化的技术。其具体的定义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。
烧结的方法：
普通热烧结 电炉热压烧结 等离子体烧结 微波烧结
在一定温度下，半径为r烧结时间为t2，则：
t 2 (r2 / r1 ) n t1
如果颗粒尺寸从1 m减小到0.01 m，则烧结时间降低106到108数量 级。同时，小的颗粒尺寸可以使烧结体的密度提高，可降低烧结温度、 减少烧结时间。
自蔓延烧结
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: 烧结过程有液相存在的烧结。
固相烧结: 坯体在固态情况下达到致密化的烧结过程。
温 度
T3 T2 T1
过渡液 相烧结
液相烧结
固相烧结
A
x1 组分
B
烧结过程示意相图
(a)固相烧结和(b)液相烧结样品显微结构
5.2.2 烧结驱动力
（2）粉体结块和团聚对烧结的影响
结块：是指一小部分质量的颗粒通过表面力和/或固体桥接作用结合 在一起；团聚：是指颗粒经过牢固结合和/或严重反应形成的粗大颗粒。 结块和团聚形成的粗大颗粒都是通过表面力结合。
细小颗粒在液体和固体介质中承受吸引力和排斥力形成结块和团聚体示意图
（3）颗粒形状对烧结的影响