陶瓷材料制备

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(3)混合制备
a、粉碎
粒度分析、比表面测定和X射线衍射技术 影响研磨效果的因素：研磨工艺和设备、研磨时间、 强度和研磨介质。
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b、脱水
注浆料的含水量为30～35%时才能浇注成型 可塑泥料是采用压滤机脱水至含水量为20～25 ％ 压制粉料可分为：
湿法压制粉料：含水量8％～15％；
光学性能
陶瓷材料还有独特的光学性能，可用作固体激 光器材料、光导纤维材料、光储存器等，透明陶 瓷可用于高压钠灯管等。磁性陶瓷（铁氧体如： MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4）在录音磁带、 唱片、变压器铁芯、大型计算机记忆元件方面的 应用有着广泛的前途。
二、陶瓷材料的制备工艺
5. 烧成 4. 干燥 3. 釉制备及施釉 2. 成型 1.陶瓷坯料的制备
大粒径 为1-2mm的物料磨至2um，湿法可粉磨至5-0.1um；
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机械法--搅拌法
原理:筒体内填充一定的磨矿介质，螺旋搅 拌器作缓慢旋转，磨矿介质和物料在筒体 内作整体的多维循环运动和自转运动，物 料在磨矿介质重量压力与旋回转共同产生 的摩擦、挤压、剪切和冲击力的作用下， 被有效地粉碎。可用于干法和湿法工艺，
特种陶瓷的粉料制备
固相法 通过从固相到固相的变化，来制造粉体。其中包括化
合或还原-化合法。制取硼化物的碳化硼法、热分解法、自蔓 延高温合成法等。
气相法 直接利用气体或通过各种手段将物质变成气体，使之
在气体状态下发生物理化学反应，最后在冷却过程中凝聚长
大形成纳米颗粒。包括气相合成法、气相热分解法。
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液相法 共同点是均以相溶液为出发点，通过各种方法使
溶质和溶液分离，溶质形成一定大小和形状的颗粒，得
到所需粉末的前躯体，热解后得到粉体。其中有直接沉
淀法、共沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法。
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机械法 有球磨、振动球磨、搅动球磨、气流粉碎等。 溶剂蒸发法 有酒精干燥法、冷冻干燥法、热石油干燥
陶瓷材料的制备
CERAMIC
一、陶瓷 (ceramics)基本概念
非金属材料一般指无机非金属陶瓷材料，主要包括晶体、
陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。
陶瓷材料有广义和狭义之分，广义陶瓷即指无机非金属
陶瓷材料，狭义陶瓷包括传统陶瓷和精细陶瓷。
2.陶瓷材料的分类
传统陶瓷——以粘土（塑性组分），长石（熔剂组分），
法。这种成型方法已成功地用于压制鱼盘等异型产品。
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注塑成型
工艺流程： 塑件的注塑成型工艺过程主要包括填充——保 压——冷却——脱模等4个阶段，这4个阶段直接决定着制
品的成型质量，而且这4个阶段是一个完整的连续过程。
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b.注浆成形法
注浆成形法是指将具有流动性的液态泥浆注入多孔 模型内（石膏模，多孔树脂模等）。借助模型的吸 水的能力，泥浆脱水、硬化，经脱模获得一定形状 的坯体的过程。
自蔓延方式实现粉末间的反应，与制备材料的传统工艺比较， 工序减少，流程缩短，工艺简单，一经引燃启动过程后就不 需要对其进一步提供任何能量。由于燃烧波通过试样时产生 的高温，可将易挥发杂质排除，使产品纯度高。
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气相合成法
原理 气在等离子体高温反应器中，通过物理冷凝或化学气相 反应过程，直接制取粒径小于100um超细粉体的一种气相 沉积制粉法。常用的是等离子化学气相合成法制粉。
料控制；
●减少固体颗粒尺寸，提高分散度，因而使之容易
和流体或气体作用，有利于均匀混合，促进制品的
均质化；
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2.2、成 型
陶瓷制品的成形，就是将坯料制成具有一定形
状和规格的坯体，并使坯料具有所要的机械强
度和一定的致密度。
普通成型方法主要有注浆成型、塑制成型与压
制成型三种工艺。具体选择何种工艺需要依据 最终产品的性质，形状和尺寸。
原理 旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、 横轧和滚挤等工艺特点的少无切削加工的先进工艺，将金 属筒坯、平板毛坯或预制坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上， 由主轴带动芯棒和坯料旋转，同时旋压轮从毛坯一侧将材
料挤压在旋转的芯模上，使材料产生逐点连续的塑性变形，
从而获得各种母线形状的空心旋转体零件。旋压工艺的加 工原理如图2-1
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特点 :①高温，温度可达3000一20000K;②气氛(中性、氧
化性或还原性)可任意选择和控制;③采用低沸点反应物，
易于提纯，因此所得产品纯度很高;④粒度可控并容易获得
粒度分布很窄的球形粉末;⑤可获得介稳相和低温相结构的 粉末产品;⑥过程连续，可实现自动化工业生产。
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机械法--球磨
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滚压成型
原理 滚压成型工艺主要是靠材料的塑性移动滚压加工成各 种形状复杂的轴杆、阀门芯和特殊紧固件等产品。滚压变形
是线接触，连续逐步地进行，所需变形力较小，一个行程可
生产一个或几个工件
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塑压成型
原理 塑压成型是将含水量20%左右的可塑坯料，置于特 殊的模型内，用金属或石膏模头加压而成型粗坯的一种方
2.1、陶瓷坯料的制备
坯料是指将陶瓷原料经筛选、破碎等工序后进
行配料，再经混合、细磨等工序后得到的具有 成型性能的多组分混合物。
坯料的制备过程可大致分为原料处理、配料、
混合制备三部分。
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陶瓷坯料的制备
（1） 原料处理
a、预烧——对原料进行的预先烧制
b、精选——对原料进行分离，提纯，除去原料中的各种杂质
结构陶瓷
氧化物陶瓷
氧化铝陶瓷 氧化锆陶瓷
氧化铍陶瓷
非氧化物陶瓷
氮化物陶瓷
碳化物陶瓷
功能陶瓷 装置瓷
高铝瓷 镁质瓷 电容器陶瓷 非铁电电容器陶瓷 反铁电电容器陶瓷 铁电电容器陶瓷 压电陶瓷 磁性瓷 导电陶瓷和超导陶瓷 其他功能陶瓷
半导体陶瓷
正温度系数热敏陶瓷
负温度系数热敏陶瓷
压敏半导体陶瓷
气敏半导体陶瓷 温敏半导体陶瓷
电性能 大多数陶瓷具有良好的电绝缘性，因此大量用于制作
各种电压（1kV~110kV）的绝缘器件。铁电陶瓷（钛 酸钡BaTiO3）具有较高的介电常数，可用于制作电容器， 铁电陶瓷在外电场的作用下，还能改变形状，将电能转 换为机械能（具有压电材料的特性），可用作扩音机、 电唱机、超声波仪、声纳、医疗用声谱仪等。少数陶瓷 还具有半导体的特性，可作整流器。 化学性能 陶瓷材料在高温下不易氧化，并对酸、碱、盐具有良 好的抗腐蚀能力。
传统陶瓷和特种陶瓷的主要区别
4.陶瓷材料性能介绍
力学性能 陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料， 其硬度大多在1500HV以上。陶瓷的抗压强度较高，但 抗拉强度较低，塑性和韧性很差。 热性能 陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上）， 且在高温下具有极好的化学稳定性；陶瓷的导热性低于 金属材料，陶瓷还是良好的隔热材料。同时陶瓷的线膨 胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的 尺寸稳定性。
粉碎机以压缩空气为动力，压缩气体在喷嘴处的绝热膨胀
会使系统温度降低)。
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溶剂蒸发法
原理 将溶剂中的水蒸发逸出,使溶液处于过饱和状态,从而 使晶体生长有足够驱动力的晶体生长法。溶液蒸发法将溶 液制成小滴后进行快速蒸发得到粉体的方法，为了在溶剂 蒸发过程中保持溶液的均匀性，使液滴内组分偏析最小，
原理 球磨机粉碎物料时筒体内装有物料、研磨体 和水。它是依靠研磨体（球石）对原料的摩擦、
撞击作用及原料与球磨机筒壁的摩擦作用而进行
粉碎的。
• •
泻落式 运动状态
• •
抛落式 运动状态
• •
离心式 运动状态
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机械法--振动球磨
原理 碰撞、挤压及研磨，产品粒度可细至数微米。 特点：适应性强，可用于干磨也可用于湿磨；可以粉碎各 种软的及硬的物料；可以得到较细的产品，干法可将最
功能，有耐磨损材料、高强度材料、耐热材 料，硬质材料、耐冲击材料、低膨胀材料、 隔热材料等结构材料。
功能陶瓷——利用其电、磁、声、光、催化、 生物化学等功能，其中最主要的是绝缘材料、 电介质材料、压电材料、磁性材料、半导体 材料和透光性陶瓷等电子材料、具有生物化 学功能的生物医用材料、抗菌陶瓷材料等。
光敏半导体陶瓷
3、陶瓷材料的特点 • 陶瓷材料的结构特点
• 众所周知，金属材料(纯金属或合金)的化学健大都是 金属健，是由金属正高于和充满其间的电子云所组成，
金属键没有方向性．因此金属有很好的塑性变形性能。
而作为非金属化合物的陶瓷来讲，其化学键是离子健和 共价键。这种化学性有很强的方向性和很高的结合能。 因此，陶瓷材料很难产生塑性变形．脆性大，裂纹敏感 性强。这就是陶瓷材料的致命弱点。
（尤其含铁杂质），使之在化学组成、矿物组成、颗粒尺寸上 更符合原料的质量要求 。 物理方法：水选、筛选、磁选、超声波选 化学方法：溶解法、升华法 物理化学方法：电解法、浮选法
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(2) 配 料
根据制品的化学性能要求、生产工艺确定坯料
的组成；
根据原料的性质选择合适的原料； 根据特定的方法（如成分满足法）确定配方。
术，当反应物一旦被引燃，便会自动向尚未反应的区域传
播，直至反应完全，是制备无机化合物高温材料的一种新 方法。
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特点

燃烧引发的反应或燃烧波的蔓延相当快，一般为0.1～
20.0cm／s，最高可达25.0cm／s，燃烧波的温度或反应温
度通常都在2100～3500K以上，最高可达5000K。 SHS以
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（b）练泥
经过压滤得到的泥饼和困料得到的坯料的组织疏松且不 均匀，含有大量的气泡。这样既降低了坯料的可塑性，难
以挤压成型，通常采用真空练泥机多次练泥的方法，排除
泥饼中的残留空气，提高泥料的致密度和可塑性，并使泥 料组织均匀，改善成形性能，提高干燥强度和成瓷后的机 械强度。
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在干法工艺中常与空气分级机构成闭路流
程，产品粒度可小于3um。湿法工艺多采 用开路流程，产量较高，产品粒度一般小
于5～6um。
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气流粉碎法
原理 气流粉碎是利用气流的能量进行粉碎的。 特点 经气流粉碎后的物料平均粒度细，粒度分布较窄， 颗粒表面光滑，颗粒形状规整，纯度高，活性大，分散性 好;可粉碎低熔点和热敏性材料及生物活性制品(因为气流
法和喷雾干燥法等。
气相法和液相法是制取超细粉的主要方法。
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蔓延高温合成法
原理 自蔓延高温合成（self–propagation high– temperature synthesis，简称SHS），又称为燃烧合成 （combustion synthesis）技术，是利用反应物之间高 的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技
干法压制粉料：含水量3％～7％
脱水操作：压滤脱水法 、喷雾干燥技术
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（4）、陈腐与练泥
（a）陈腐
所谓陈腐就是把泥饼置于避光、空气不流通的室内或密 闭容器内，保持一段时间，该工艺也叫困料。因料室内温
度应保持在 20℃左右，相对湿度要求在 80%-90%。坯料
在困制过程中，在毛细管的作用下，水分分布渐趋均匀。 坯料困制时间越长，水分分布就越均匀，其成型性也就越 好。一般困料时间为10天左右。
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）普通成型方法
a.可塑成型
可塑成型是利用模具或刀具等工艺装备运动造成的
压力、剪力或挤压力等外力，对具有可塑性坯料进 行加工，迫使材料在外力作用下发生可塑变形而制 成坯体的方法。
可塑成型方法有旋压成形，滚压成形，塑压成形、
注塑成形和轧膜成形等集中类型。
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旋压成型
石英（惰性组分）等天然矿物为原料，经粉碎、混合、 磨细、成型、干燥、烧成等工序制成的产品。
现代（特种）陶瓷——以人工合成化合物为原料制备，
用于技术和工程领域，如电子信息、能源、机械、化工、 动力、生物、航天航空和其它高新技术领域。
传统陶瓷
现代陶瓷
现代陶瓷的分类
结构陶瓷——主要利用其热、机械、化学等
必须将溶液分散成极微小的液滴，而且应迅速进行蒸发。
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大ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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粉碎的目的和意义
• 粉碎的目的 ：在于减小固体物料的尺寸，使
之变成颗粒体（或称粉体）。
• 其意义在于：
• 有利于不同组分的分离，选矿及除去原料中的 杂质；
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●粉碎使固体物料颗粒化，将具有某些流体性质，
而具有良好的流动性，因而有利于物料的输送及给