江苏工业学院材料-功能陶瓷的生产工艺过程(方必军)
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利：克制影响产品性能的不利因素；降低烧结温度、 促进烧结（形成固溶体、低共熔物……） 害：杂相、晶格缺陷，影响产品性能 主晶相原料采用化学纯、电子级粉料，掺杂原料采用 光谱纯粉料
1、原料及其加工工艺
原料粉碎 1
粉碎方法 用机械装置对原料进行撞击、碾压、磨擦，使原 料破碎、圆滑
粉碎原理 能量转换过程：机械能表面能、缺陷能
粉料加入粘合剂混合均匀过筛在压力机上用 圆钢模具压实破碎过筛球形颗粒
4、成型
4、成型
压制成型的坯体密度 加压方式的影响 成型压力的影响 加压速度、保压时间
干压成型
4、成型
等静压成型
4、成型
流延法成型 1
流延法成型浆料制备
细磨、煅烧的熟粉料加入溶剂（抗凝聚剂、除泡剂、 烧结促进剂）、粘结剂、增塑剂、润滑剂湿法混磨 真空除气稳定、流动性良好的浆料
99.0%
分析纯（AR） Analytical Reagent 99.5%
光谱纯（GR） Guarateend Reagent 99.9%
电子级原料 专用
1、原料及其加工工艺
原料的评价与选择
原料的评价 化学成份、结构、颗粒度、形貌
原料的选择 保证产品性能的前提下，尽量选择低纯度原料 杂质对产品性能的影响要具体分析
3、粉料制备
原料预处理
粉料的性能 高度活性、合成主晶相的微晶
原料煅烧 改变矿物结构、促进晶型转变、改善工艺性能
熔块合成
合成主晶相：减少烧结过程因为原料反应而造成的膨 胀、收缩、气孔
完成多晶转变：减少烧结过程因为晶型转变产生的应 力产品变形、开裂
促进原料混合均匀、反应彻底
3、粉料制备
粉料制备工艺
助磨剂的作用：分散作用、润滑作用、劈裂作用
1、原料及其加工工艺
粉料的活化
机械粉碎 增加粉料表面和表面能；增加粉料晶格缺陷能
低温煅烧：含氧酸、含氧酸盐、碱氧化物 影响煅烧产物活性的因素
粉料粒度、杂质、煅烧温度、气氛 活性粉料对空气、水分的吸附 煅烧活化机理 煅烧分解：临界温度 假晶结构 生成微晶
细粉粒相对较大、较粗、较圆的粗颗粒增加流动 性，有利于压制成型
造粒要求
粉体密度：愈大愈好，取决于塑化剂的性质和用量、 造粒压强、造粒次数
粉体形状：球状，流动性好、工艺简单
粒度配合
3、粉料制备
粉料的造粒 2
造粒工艺 手工造粒法 加压造粒法 冻结干燥造粒法 喷雾干燥造粒法 实验室加压造粒（手工造粒）法流程：
制温度，燃料以电为主
一般不需加工
切割、打孔、研磨、抛光等
以外观效果为主 侧重力学性能
以内在性能为主：耐磨、耐温、 耐腐蚀、高强度及各种敏感性
日用、建筑、卫生装饰 宇航、能源、冶金、化工、交通、
和艺术品
电子、家电等行业
1、原料及其加工工艺
新型陶瓷展望
气相凝聚法制备超微（纳米）粉体 用微波加热代替传统烧结 陶瓷脆性的致命弱点将得到改变 纳米材料的应用 智能陶瓷的发展 陶瓷的晶界工程设计
粉碎要求 效率高：短期内达到预定的细度；或者达到某一
细度所消耗的能量少、时间短 避免混入杂质：减少粉碎机械装置的杂质引入
1、原料及其加工工艺
球磨工艺原理
原料粉碎 2
影响球磨效率的因素 转速、球磨时间 磨介填充率（25-35%）、磨介级配 料、球、溶剂的配比：1:1:0.6-1 筒体直径、磨球与内衬的质料、磨球形状
2、配料计算
Pb0.91La0.09(Zr0.65Ti0.35)O3配方计算
陶瓷
原料
摩尔
原料纯
度（A）
质量 （M）
摩尔 比（x）
相对重 量
（W=x W）
百分 含量
实际 投量
Pb3O4
PLZT La2O3 ZrO2 TiO2
96% 94% 98% 95%
685.60 0.91/3 207.97 62.89 6551 325.80 0.09/2 14.66 4.43 471 123.22 0.651 80.09 24.22 2471 79.90 0.351 27.97 8.46 891
固相反应 配料、反应煅烧（预烧温度：TG-DTA；晶相鉴定；粉 料性能-最多数径、中位径、平均粒径、标准偏差、偏度）
溶液法 制备金属盐溶液、溶液反应、固液分离（沉淀、沉淀物 干燥、低温煅烧） 溶胶-凝胶法：溶胶制备、凝胶形成、低温煅烧
气相法 蒸气冷凝法：加热气化、急速冷却 气相反应法：热分解；化学反应
功能陶瓷的生产工艺过程
方必军 江苏工业学院材料科学与工程学院
1、原料及其加工工艺
新型陶瓷与传统陶瓷的区别
区别 原材料 成型
烧成 加工 性能 用途
传统陶瓷
新型陶瓷
天然矿物原料
人工精制合成原料
可塑、注浆、挤压
Βιβλιοθήκη Baidu
干压、等静压、挤压、轧膜、流 延、热压铸
温度在1350℃以下，燃 料以煤、油、气为主
结构陶瓷烧结温度很高 （1600℃），功能陶瓷需精确控
1、原料及其加工工艺
原料粉碎 3
助磨剂作用原理 粉碎机械的粉碎粒度极限
破碎后粉粒表面带有电荷、偶极矩聚合；比表 面增大、活性增强、表面吸附力增大聚合 助磨剂屏蔽粉粒表面电荷的原理 助磨剂：含极性官能团的有机液体
例 ： 油 酸 CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH ， 羧 基具有明显“”极性，屏蔽负电荷，烷基朝外 削弱粉粒之间的相互作用力
3、粉料制备
粉料的塑化 1
塑化原因 获得可塑性
塑化途径 增塑剂：无机塑化剂、有机塑化剂
有机塑化剂的组成 粘结剂：聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、羧甲基纤维素 增塑剂：甘油、乙二醇；邻苯二甲酸二丁脂、癸二
酸二丁脂 溶剂：水、有机醇、环己酮
3、粉料制备
粉料的塑化 2
有机塑化剂的使用 防止还原作用
研究晶界的作用-晶界组成对材料性能的影响；晶 界设计-设计晶界，获得所要求的材料性能；制备 符合实用要求的电子陶瓷产品。
1、原料及其加工工艺
原料分类
天然矿物原料：可塑性原料、脊性原料
化工原料
化学试剂分级
工业纯（IR） Industrial Reagent
98.0%
化学纯（CP） Chemical Purity
有机粘合剂高温下有可能产生强还原性物质，对 陶瓷原料产生还原作用 用量适当 用量过多：粘模具（压制成型）；用量过少：坯 体开裂、分层（压制成型） 塑化剂用量：总质量的3%-10% 控制挥发温度
3、粉料制备
粉料的造粒 1
造粒：磨得很细的粉料，干燥、加一定量的塑化剂 流动性好、较粗的颗粒
造粒的原因
1、原料及其加工工艺
原料粉碎 1
粉碎方法 用机械装置对原料进行撞击、碾压、磨擦，使原 料破碎、圆滑
粉碎原理 能量转换过程：机械能表面能、缺陷能
粉料加入粘合剂混合均匀过筛在压力机上用 圆钢模具压实破碎过筛球形颗粒
4、成型
4、成型
压制成型的坯体密度 加压方式的影响 成型压力的影响 加压速度、保压时间
干压成型
4、成型
等静压成型
4、成型
流延法成型 1
流延法成型浆料制备
细磨、煅烧的熟粉料加入溶剂（抗凝聚剂、除泡剂、 烧结促进剂）、粘结剂、增塑剂、润滑剂湿法混磨 真空除气稳定、流动性良好的浆料
99.0%
分析纯（AR） Analytical Reagent 99.5%
光谱纯（GR） Guarateend Reagent 99.9%
电子级原料 专用
1、原料及其加工工艺
原料的评价与选择
原料的评价 化学成份、结构、颗粒度、形貌
原料的选择 保证产品性能的前提下，尽量选择低纯度原料 杂质对产品性能的影响要具体分析
3、粉料制备
原料预处理
粉料的性能 高度活性、合成主晶相的微晶
原料煅烧 改变矿物结构、促进晶型转变、改善工艺性能
熔块合成
合成主晶相：减少烧结过程因为原料反应而造成的膨 胀、收缩、气孔
完成多晶转变：减少烧结过程因为晶型转变产生的应 力产品变形、开裂
促进原料混合均匀、反应彻底
3、粉料制备
粉料制备工艺
助磨剂的作用：分散作用、润滑作用、劈裂作用
1、原料及其加工工艺
粉料的活化
机械粉碎 增加粉料表面和表面能；增加粉料晶格缺陷能
低温煅烧：含氧酸、含氧酸盐、碱氧化物 影响煅烧产物活性的因素
粉料粒度、杂质、煅烧温度、气氛 活性粉料对空气、水分的吸附 煅烧活化机理 煅烧分解：临界温度 假晶结构 生成微晶
细粉粒相对较大、较粗、较圆的粗颗粒增加流动 性，有利于压制成型
造粒要求
粉体密度：愈大愈好，取决于塑化剂的性质和用量、 造粒压强、造粒次数
粉体形状：球状，流动性好、工艺简单
粒度配合
3、粉料制备
粉料的造粒 2
造粒工艺 手工造粒法 加压造粒法 冻结干燥造粒法 喷雾干燥造粒法 实验室加压造粒（手工造粒）法流程：
制温度，燃料以电为主
一般不需加工
切割、打孔、研磨、抛光等
以外观效果为主 侧重力学性能
以内在性能为主：耐磨、耐温、 耐腐蚀、高强度及各种敏感性
日用、建筑、卫生装饰 宇航、能源、冶金、化工、交通、
和艺术品
电子、家电等行业
1、原料及其加工工艺
新型陶瓷展望
气相凝聚法制备超微（纳米）粉体 用微波加热代替传统烧结 陶瓷脆性的致命弱点将得到改变 纳米材料的应用 智能陶瓷的发展 陶瓷的晶界工程设计
粉碎要求 效率高：短期内达到预定的细度；或者达到某一
细度所消耗的能量少、时间短 避免混入杂质：减少粉碎机械装置的杂质引入
1、原料及其加工工艺
球磨工艺原理
原料粉碎 2
影响球磨效率的因素 转速、球磨时间 磨介填充率（25-35%）、磨介级配 料、球、溶剂的配比：1:1:0.6-1 筒体直径、磨球与内衬的质料、磨球形状
2、配料计算
Pb0.91La0.09(Zr0.65Ti0.35)O3配方计算
陶瓷
原料
摩尔
原料纯
度（A）
质量 （M）
摩尔 比（x）
相对重 量
（W=x W）
百分 含量
实际 投量
Pb3O4
PLZT La2O3 ZrO2 TiO2
96% 94% 98% 95%
685.60 0.91/3 207.97 62.89 6551 325.80 0.09/2 14.66 4.43 471 123.22 0.651 80.09 24.22 2471 79.90 0.351 27.97 8.46 891
固相反应 配料、反应煅烧（预烧温度：TG-DTA；晶相鉴定；粉 料性能-最多数径、中位径、平均粒径、标准偏差、偏度）
溶液法 制备金属盐溶液、溶液反应、固液分离（沉淀、沉淀物 干燥、低温煅烧） 溶胶-凝胶法：溶胶制备、凝胶形成、低温煅烧
气相法 蒸气冷凝法：加热气化、急速冷却 气相反应法：热分解；化学反应
功能陶瓷的生产工艺过程
方必军 江苏工业学院材料科学与工程学院
1、原料及其加工工艺
新型陶瓷与传统陶瓷的区别
区别 原材料 成型
烧成 加工 性能 用途
传统陶瓷
新型陶瓷
天然矿物原料
人工精制合成原料
可塑、注浆、挤压
Βιβλιοθήκη Baidu
干压、等静压、挤压、轧膜、流 延、热压铸
温度在1350℃以下，燃 料以煤、油、气为主
结构陶瓷烧结温度很高 （1600℃），功能陶瓷需精确控
1、原料及其加工工艺
原料粉碎 3
助磨剂作用原理 粉碎机械的粉碎粒度极限
破碎后粉粒表面带有电荷、偶极矩聚合；比表 面增大、活性增强、表面吸附力增大聚合 助磨剂屏蔽粉粒表面电荷的原理 助磨剂：含极性官能团的有机液体
例 ： 油 酸 CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH ， 羧 基具有明显“”极性，屏蔽负电荷，烷基朝外 削弱粉粒之间的相互作用力
3、粉料制备
粉料的塑化 1
塑化原因 获得可塑性
塑化途径 增塑剂：无机塑化剂、有机塑化剂
有机塑化剂的组成 粘结剂：聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、羧甲基纤维素 增塑剂：甘油、乙二醇；邻苯二甲酸二丁脂、癸二
酸二丁脂 溶剂：水、有机醇、环己酮
3、粉料制备
粉料的塑化 2
有机塑化剂的使用 防止还原作用
研究晶界的作用-晶界组成对材料性能的影响；晶 界设计-设计晶界，获得所要求的材料性能；制备 符合实用要求的电子陶瓷产品。
1、原料及其加工工艺
原料分类
天然矿物原料：可塑性原料、脊性原料
化工原料
化学试剂分级
工业纯（IR） Industrial Reagent
98.0%
化学纯（CP） Chemical Purity
有机粘合剂高温下有可能产生强还原性物质，对 陶瓷原料产生还原作用 用量适当 用量过多：粘模具（压制成型）；用量过少：坯 体开裂、分层（压制成型） 塑化剂用量：总质量的3%-10% 控制挥发温度
3、粉料制备
粉料的造粒 1
造粒：磨得很细的粉料，干燥、加一定量的塑化剂 流动性好、较粗的颗粒
造粒的原因