陶瓷烧结原理工艺ppt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。
7-陶瓷烧结-2
粉末热锻（ Powder Hot Forging）：又称烧 结锻造，一般是先对压坯预烧结，然后在适 当的高温下再实施锻造。
12
第12页，共95页。
新型烧结方法
微波烧结 放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering） 自蔓延高温合成
13 第13页，共95页。
1.3 烧结与固相反应的区别
晶界能取代了表面能，这是烧结后多晶材料稳定存在的原因。
粉体颗粒尺寸很小－－比表面积大－－表面能高 烧结是一个自发的不可逆过程，系统表面能降低是
推动烧结进行的基本动力。
23 第23页，共95页。
对于N个半径为a的球形颗粒的lmol粉体，
式中：M为分子重量，ρ为颗粒比重，Vm是摩尔体积。而颗粒系 统的总表面积SA为
能。 v烧结的应用领域：
陶瓷、耐火材料、粉末冶金、超高温材料等
烧结体特征： 烧结体一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。
烧结直接影响显微结构中晶粒尺寸和分布、气孔大小形状和分布及 晶界的体积分数等。 v烧结依赖因素：
扩散、相变、固相反应等
4
第4页，共95页。
1 烧结概述
1.1 烧结理论研究的历史 烧结理论研究的过去、现在和未来。
16
第16页，共95页。
2.1.2 烧结过程的模型示意
¨ 一般烧结过程，总伴随有气孔率降低，颗粒总表 面积减少，表面自由能减少及与其相联系的晶粒 长大等变化，可根据其变化特点来划分烧结阶段， 包括初期阶段、烧结中期、烧结后期。
图3-4 粉状成型体的烧结过程示意
17
第17页，共95页。
（1）初期阶段（a～b）
2.2 烧结推动力
烧结过程伴随着体系自由能的降低。促使自 由能降低的驱动力具体可分为下述三类： 1 烧结颗粒表面能提供的驱动力 2外加压力（如热压烧结时）所作的功 3 烧结中化学反应提供的驱动力
12
第12页，共95页。
新型烧结方法
微波烧结 放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering） 自蔓延高温合成
13 第13页，共95页。
1.3 烧结与固相反应的区别
晶界能取代了表面能，这是烧结后多晶材料稳定存在的原因。
粉体颗粒尺寸很小－－比表面积大－－表面能高 烧结是一个自发的不可逆过程，系统表面能降低是
推动烧结进行的基本动力。
23 第23页，共95页。
对于N个半径为a的球形颗粒的lmol粉体，
式中：M为分子重量，ρ为颗粒比重，Vm是摩尔体积。而颗粒系 统的总表面积SA为
能。 v烧结的应用领域：
陶瓷、耐火材料、粉末冶金、超高温材料等
烧结体特征： 烧结体一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。
烧结直接影响显微结构中晶粒尺寸和分布、气孔大小形状和分布及 晶界的体积分数等。 v烧结依赖因素：
扩散、相变、固相反应等
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第4页，共95页。
1 烧结概述
1.1 烧结理论研究的历史 烧结理论研究的过去、现在和未来。
16
第16页，共95页。
2.1.2 烧结过程的模型示意
¨ 一般烧结过程，总伴随有气孔率降低，颗粒总表 面积减少，表面自由能减少及与其相联系的晶粒 长大等变化，可根据其变化特点来划分烧结阶段， 包括初期阶段、烧结中期、烧结后期。
图3-4 粉状成型体的烧结过程示意
17
第17页，共95页。
（1）初期阶段（a～b）
2.2 烧结推动力
烧结过程伴随着体系自由能的降低。促使自 由能降低的驱动力具体可分为下述三类： 1 烧结颗粒表面能提供的驱动力 2外加压力（如热压烧结时）所作的功 3 烧结中化学反应提供的驱动力
《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
特种陶瓷烧结工艺ppt课件
30
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。
31
2.3 烧结方法
1）普通烧结
2 烧结工艺
32
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。
•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。
23
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。
600
TIME, MIN.
43
2 烧结工艺
44
2 烧结工艺
无添加剂 1700oC, 10 min in H2
添加氧化铬 1700oC, 10 min in H2
添加氧化钒 1700oC, 10 min in H2
45
8
1.2 烧结理论 1.2.1 烧结现象
1 烧结理论
烧结前SEM照片
9
1.2 烧结理论 1.2.1 烧结现象
烧结后SEM照片
10
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
能量最低原则
趋向于使系统的表面能减少
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。
31
2.3 烧结方法
1）普通烧结
2 烧结工艺
32
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。
•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。
23
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。
600
TIME, MIN.
43
2 烧结工艺
44
2 烧结工艺
无添加剂 1700oC, 10 min in H2
添加氧化铬 1700oC, 10 min in H2
添加氧化钒 1700oC, 10 min in H2
45
8
1.2 烧结理论 1.2.1 烧结现象
1 烧结理论
烧结前SEM照片
9
1.2 烧结理论 1.2.1 烧结现象
烧结后SEM照片
10
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
能量最低原则
趋向于使系统的表面能减少
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
陶瓷烧结过程【共23张PPT】
氧化锆，（<2000C）
– 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
– 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
陶瓷烧结原理工艺 ppt课件
第七章 陶瓷的烧结原理及工艺
第一节 陶瓷的烧结理论 第二节 陶瓷的烧结方法 第三节 陶瓷烧结后的处理
陶瓷烧结原理工艺
第一节 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。
陶瓷烧结原理工艺
➢ 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。所以热压烧结的温度更低，烧结时 间更短。
陶瓷烧结原理工艺
➢ 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。
陶瓷烧结原理工艺
➢ 其他烧结方法
反应烧结、气相沉积成形、高温自蔓延（SHS）烧 结、等离子烧结、电火花烧结、电场烧结、超高压烧结、 微波烧结等
陶瓷烧结原理工艺
第三节 陶瓷烧结的后处理
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。
影响因素
原料粉末的粒度 烧结温度 烧结时间 烧结气氛
陶瓷烧结原理工艺
第二节 陶瓷的烧结方法
烧结分类
按压力分类
常压烧结 压力烧结
普通烧结
按气氛分类
氢气烧结 真空烧结
陶瓷烧结原理工艺
按反应分类
固相烧结 液相烧结 气相烧结 活化烧结 反应烧结
陶瓷烧结原理工艺
常见的烧结方法
➢ 普通烧结
传统陶瓷在隧道窑中进行烧结，特种陶瓷大都在电 窑中进行烧结。
第一节 陶瓷的烧结理论 第二节 陶瓷的烧结方法 第三节 陶瓷烧结后的处理
陶瓷烧结原理工艺
第一节 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。
陶瓷烧结原理工艺
➢ 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。所以热压烧结的温度更低，烧结时 间更短。
陶瓷烧结原理工艺
➢ 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。
陶瓷烧结原理工艺
➢ 其他烧结方法
反应烧结、气相沉积成形、高温自蔓延（SHS）烧 结、等离子烧结、电火花烧结、电场烧结、超高压烧结、 微波烧结等
陶瓷烧结原理工艺
第三节 陶瓷烧结的后处理
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。
影响因素
原料粉末的粒度 烧结温度 烧结时间 烧结气氛
陶瓷烧结原理工艺
第二节 陶瓷的烧结方法
烧结分类
按压力分类
常压烧结 压力烧结
普通烧结
按气氛分类
氢气烧结 真空烧结
陶瓷烧结原理工艺
按反应分类
固相烧结 液相烧结 气相烧结 活化烧结 反应烧结
陶瓷烧结原理工艺
常见的烧结方法
➢ 普通烧结
传统陶瓷在隧道窑中进行烧结，特种陶瓷大都在电 窑中进行烧结。
烧结基础知识PPT课件
如果表面张力足以使晶体产生位错，这
时质点通过整排原子的运动或晶面的滑移来实
现物质传递，这种过程称塑性流动。可见塑性
流动是位错运动的结果。与粘性流动不同，塑
性流动只有当作用力超过固体屈服点时才能产
生 ， 其 流 动 服 从 宾 汉 (Bingham) 型 物 体 的 流
动规律即， F v
S
x
（3-3-9）
3
e KT
1
3
C0
KT
；
C1 C0
C03 KT
自颈部到接触点 浓度差
C1 C2 23 C0 KT
；
C1
C2
2C0 3 KT
自颈部到内部 浓度差
结论： ①由于应力的分布不均匀造成空位浓度梯度，空位将主要从颈部表面扩散到
颈部中心两颗粒接触处；
②空位也从颈部表面扩散到颗粒内无应力区，但其量比前一种扩散量少一半；
物理性质变化：V 、气孔率 、强度 、 致密度……
缺点：只描述宏观变化，未揭示本质。
3
第3页/共88页
定义2:在表面张力作用下的扩散蠕变。
优点：揭示了本质。 缺点：未描述宏观物理性质变化。
4
第4页/共88页
烧结的指标
➢烧结收缩率 ➢强度 ➢实际密度/理论密度 ➢吸水率 ➢气孔率等
5
第5页/共88页
③空位扩散即原子或离子的反向扩散。 这就造成了物质的迁移。而随着这种物质迁移，空隙被填充，致密度提高。
与此同时，颗粒间的接触界面增加，机械强度增加。
28
第28页/共88页
⑶扩散途径 ( 结论： C1>C0>C2 空位扩散：优先由颈表面) 接触点；
1C> 2C
陶瓷的烧结原理和工艺
第一节
陶瓷的烧结理论
概述
烧结是指高温条件下，坯体表面积减小，孔隙率降
定 义：
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。
烧结的主要阶段： 1）烧结前期阶段（坯体入炉——90％致密化） ① 粘结剂等的脱除：如石蜡在250～400℃全部汽化
挥发。
② 随着烧结温度升高，原子扩散加剧，孔隙缩小，
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：
固相烧结（只有固相传质） 烧 结 液相烧结（出现液相）
的封接技术有：玻璃釉封接、金属化焊料封接、激光焊
接、烧结金属粉末封装等。
气相烧结（蒸汽压较高）
烧结过程的物质传递
气相传质（蒸发与凝聚为主）
烧结过程 中的物质 传递
固相传质（扩散为主）
液相传质（溶解和沉淀为主）
影响烧结的因素
原料粉末的粒度
烧结温度
影响因素 烧结时间
烧结气氛
第二节
陶瓷的烧结方法
烧结分类
常压烧结
按压力分类 压力烧结 普通烧结 按气氛分类 氢气烧结 真空烧结
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。
其他烧结方法
反应烧结、气相沉积成形、高温自蔓延（SHS）烧
陶瓷的烧结理论
概述
烧结是指高温条件下，坯体表面积减小，孔隙率降
定 义：
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。
烧结的主要阶段： 1）烧结前期阶段（坯体入炉——90％致密化） ① 粘结剂等的脱除：如石蜡在250～400℃全部汽化
挥发。
② 随着烧结温度升高，原子扩散加剧，孔隙缩小，
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：
固相烧结（只有固相传质） 烧 结 液相烧结（出现液相）
的封接技术有：玻璃釉封接、金属化焊料封接、激光焊
接、烧结金属粉末封装等。
气相烧结（蒸汽压较高）
烧结过程的物质传递
气相传质（蒸发与凝聚为主）
烧结过程 中的物质 传递
固相传质（扩散为主）
液相传质（溶解和沉淀为主）
影响烧结的因素
原料粉末的粒度
烧结温度
影响因素 烧结时间
烧结气氛
第二节
陶瓷的烧结方法
烧结分类
常压烧结
按压力分类 压力烧结 普通烧结 按气氛分类 氢气烧结 真空烧结
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。
其他烧结方法
反应烧结、气相沉积成形、高温自蔓延（SHS）烧
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第七章 陶瓷的烧结原理及工艺
第一节 陶瓷的烧结理论 第二节 陶瓷的烧结方法 第三节 陶瓷烧结后的处理
精品课件
1
第一节 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。
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பைடு நூலகம்
2
➢ 烧结的主要阶段：
1）烧结前期阶段（坯体入炉——90％致密化）
① 粘结剂等的脱除：如石蜡在250～400℃全部汽 化
挥发。
② 随着烧结温度升高，原子扩散加剧，孔隙缩小，
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。
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9
➢ 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。
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10
➢ 其他烧结方法
反应烧结、气相沉积成形、高温自蔓延（SHS） 烧 结、等离子烧结、电火花烧结、电场烧结、超高压烧结、 微波烧结等
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6
第二节 陶瓷的烧结方法
烧结分类
按压力分类
常压烧结 压力烧结
普通烧结
按气氛分类
氢气烧结 真空烧结
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7
按反应分类
固相烧结 液相烧结 气相烧结 活化烧结 反应烧结
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8
常见的烧结方法
➢ 普通烧结
在电
传统陶瓷在隧道窑中进行烧结，特种陶瓷大都
窑➢ 中热进压行烧烧结结。
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。所以热压烧结的温度更低，烧结时 间更短。
工方法对其进行处理。
陶瓷的封接
在很多场合，陶瓷需要与其他材料封接使用。常用
的封接技术有：玻璃釉封接、金属化焊料封接、激光焊
接、烧结金属粉末封装等。
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➢ 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）
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烧结过程的物质传
递
气相传质（蒸发与凝聚为主）
烧结过程 中的物质 传递
固相传质（扩散为主） 液相传质（溶解和沉淀为主）
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5
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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第三节 陶瓷烧结的后处理
表面施釉
层玻
表面施釉是通过高温加热，在陶瓷表面烧附一
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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12
陶瓷的加工
尺寸
为改善烧结后的陶瓷制件的表面光洁度、精确
或去除表面缺陷等，常利用磨削、激光以及超声波等加
第一节 陶瓷的烧结理论 第二节 陶瓷的烧结方法 第三节 陶瓷烧结后的处理
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1
第一节 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。
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➢ 烧结的主要阶段：
1）烧结前期阶段（坯体入炉——90％致密化）
① 粘结剂等的脱除：如石蜡在250～400℃全部汽 化
挥发。
② 随着烧结温度升高，原子扩散加剧，孔隙缩小，
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。
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➢ 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。
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➢ 其他烧结方法
反应烧结、气相沉积成形、高温自蔓延（SHS） 烧 结、等离子烧结、电火花烧结、电场烧结、超高压烧结、 微波烧结等
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第二节 陶瓷的烧结方法
烧结分类
按压力分类
常压烧结 压力烧结
普通烧结
按气氛分类
氢气烧结 真空烧结
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按反应分类
固相烧结 液相烧结 气相烧结 活化烧结 反应烧结
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常见的烧结方法
➢ 普通烧结
在电
传统陶瓷在隧道窑中进行烧结，特种陶瓷大都
窑➢ 中热进压行烧烧结结。
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。所以热压烧结的温度更低，烧结时 间更短。
工方法对其进行处理。
陶瓷的封接
在很多场合，陶瓷需要与其他材料封接使用。常用
的封接技术有：玻璃釉封接、金属化焊料封接、激光焊
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➢ 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）
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烧结过程的物质传
递
气相传质（蒸发与凝聚为主）
烧结过程 中的物质 传递
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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第三节 陶瓷烧结的后处理
表面施釉
层玻
表面施釉是通过高温加热，在陶瓷表面烧附一
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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陶瓷的加工
尺寸
为改善烧结后的陶瓷制件的表面光洁度、精确
或去除表面缺陷等，常利用磨削、激光以及超声波等加