结构陶瓷-氧化物陶瓷

相变
气 相 法
1、蒸发-凝聚法(PVD)； 2 、气相化学反应法(CVD)
1.2 特种陶瓷粉体的制备方法
1.2.2 合成法
3.气相法(gas phase method)制备粉末
从气相析出的固相形态 有以下几种：
a.在固体表面上生长薄膜、 晶须和晶粒， b.在气体中生长的微粒。
1.3 特种陶瓷的成型方法
形状、 尺寸、
产量和经济效益
等综合确定。 此外，通常密度越大越好（为烧结准备），尽
净尺寸成型。
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.1.1 特种陶瓷烧结理论
1. 烧结现象
收缩
a
b
收缩
说明：
a: 颗粒聚集 b: 开口堆积体中颗
c
收缩 无气孔的 多晶体
粒中心逼近
c: 封闭堆积体中颗 粒中心逼近
烧结现象示意图
合成法：是由离子、原子、分子通过反应、成核和成长、 收集、后处理来获得微细颗粒的方法。 特点： 通常包括固相法、液相法和气相法。
1.2 特种陶瓷粉体的制备方法
化合反应
分解反应
固 相 法
氧化还原反应 固溶反应 出溶反应
液 相 法
1、沉淀法 ①直接沉淀法；②均匀沉淀 法；③共沉淀法； ④醇盐水解法； ⑤特殊沉淀法：a.溶胶-凝胶 (Sol-gel)法；b.凝胶-沉淀法 2、溶剂蒸发法 ①冷冻干燥法; ②喷雾干燥法; ③喷雾热分解法
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.1.1 特种陶瓷烧结理论
1. 烧结现象
烧结与熔融
相同点： 都是由原子热振动而引起的
不同点： 熔融时全部组元都转变为液相
烧结时至少有一组元是处于固态 烧结是在低于固态物质的熔融温度下进行的。 泰曼指出，烧结温度Ts与其熔点Tm之间关系的一般规律：
金属粉末Ts≈（0.3—0.4）Tm 无机盐类Ts≈ 0.57Tm 硅酸盐类Ts≈（0.8—0.9）Tm
1.4.1.1 特种陶瓷烧结理论
3、烧结过程中的物质传递 烧结过程除了要有推动力外还必须有物质的传递 过程，这样才能使气孔逐渐得到填充，使坯体由疏松 变得致密。
气相传质 —— 蒸发-凝聚传质 扩散传质
P C
流动传质 塑性流动
粘性流动
dv dx F dv S dx
f
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。
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.1.1 特种陶瓷烧结理论
固 相 烧 结
溶解-沉淀传质
C f
液相 烧结
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.1 特种陶瓷烧结概论
一、特种陶瓷烧结理论 二、烧结过程中的晶粒生长 三、陶瓷烧结过程的影响因素
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.1.2 烧结过程中的晶粒生长
—— 与烧结传质过程同时进行
2、晶粒生长实质
晶粒长大不是小晶粒相互粘结，而是晶界移动的结果； 晶粒生长取决于晶界移动的速率。
动力： 晶界两边物质的自由焓之差G使 晶界向曲率中心移动； 小晶粒长大，界面能
最终：晶界平直化，界面两侧自 由能相等为止。
晶界结构(A)及原子跃迁的能量变化
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
1.4.1.2 烧结过程中的晶粒生长 气孔对晶界移动的影响
影响因素：
气孔位于晶界上
晶界曲率； 气孔直径、数量； 气孔作为空位源向晶界扩散的速度 气孔内气体压力大小； 包裹气孔的晶粒数。
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.1.1 特种陶瓷烧结理论
2、烧结动力
能量差、压力差、空位差
1）能量差
粉状物料的表面能大于多晶烧结体的晶界能，这就是烧结
Байду номын сангаас
的推动力。γSV > γGB
烧结不能自发进行，必须对粉体加以高温，才能促使粉末体 转变为烧结体。由于热力学更稳定，所以烧结是一个不可逆过程。
1.4 特种陶瓷的烧结
成型 方法
有模
可塑成型法
无模
坯料含水量18～26%
干压成型法：使用钢模 ，坯料含水量6～8% 等静压成型法：使用橡皮膜，坯料含水量1.5～3%
1.3 特种陶瓷的成型方法
注浆成型法
1.3 特种陶瓷的成型方法
可塑成型法
轧膜成型原理图
棒和管材的挤压成型
1.3 特种陶瓷的成型方法
1.3.5 模压成型
一、工艺原理为：
1.3 特种陶瓷的成型方法
1.3.5 模压成型
三、加压方式和压力分布
加压方式和压力分布关系图 (横条线为等密度线) a－单面加压；b－双面同时加压；c－双面先后加压；d－四面加压
1.3 特种陶瓷的成型方法
湿式等静压 干式等静压
1.3 特种陶瓷的成型方法
陶瓷成型方法的选择，应当根据制品的
性能要求、
特种陶瓷材料及工艺
授课教师：任 帅
材料科学与工程学院
第一章 特种陶瓷工艺原理
1.1 特种陶瓷粉体的物理性能
1.2 特种陶瓷粉体的制备方法
1.3 特种陶瓷的成型方法 1.4 特种陶瓷的烧结
1.2 特种陶瓷粉体的制备方法
粉体的制备方法一般分为有两大类：机械法；合成法
机械法：是由粗颗粒来获得细粉的方法，通常采用机械粉 碎，现在发展到采用气流粉碎。
花瓶-注浆成型
1.3 特种陶瓷的成型方法
特种陶瓷在成形前，为了满足其成形要求，需 对粉体进行一系列操作，具体工艺如下: 配料计算 配料制备 混合 塑化 造粒
成型前的原料处理
1.3 特种陶瓷的成型方法
热法（热压铸法）：钢模 注浆成型 法 坯料含水量 30～40%
冷法
普通注浆 石膏模 强化注浆
1. 烧结现象
两颗粒烧结模型
多颗粒烧结模型
烧结过程中刚开始只有点接触，在表面能减
少的推动力下物质向颗粒间的颈部和气孔部位填 充，细小的颗粒间开始形成晶界。
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.1.1 特种陶瓷烧结理论
1. 烧结现象 随着连通气孔不断 缩小， 形成晶界网络， 最终气孔相互不再连 通，形成孤立的气孔 布于晶粒相交的位置 或晶粒内部。如图所 示