第5章 陶瓷材料的烧结经典3PPT课件
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2、烧结材料参数是如何影响陶瓷产品性能的？
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。
（a）1240℃
（b）1280℃
组成为Pb0.95Sr0.05(Zr0.58Ti0.47)+GeO 20.5%
1―介电强度；2―抗折强度
本次课学习的主要内容
5.1 概述（了解烧结的过程与分类） 5.2 烧结参数及其对烧结性能的影响（掌握）
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
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
材料参数
形貌，粒度，粒度分布，团聚，混合均匀性等
化学特性
工艺参数
化学组分，纯度，非化学计量性，绝对均匀性等
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
陶瓷材料工艺学的主线
陶瓷原料
原料加工
坯体成型
配料计算
陶瓷烧结
陶瓷修饰
坯体成型的内容回顾
1、注浆成型
常压注浆成型、加压注浆成型。坯料含水量：30~40%
2、可塑成型
造粒成型、流延成型、轧膜成型和注射成型。坯料含水量：18~26%
3、干压成型
科研实验研究常用的方法，设备简单。坯料含水量：6~8%
4、其它成型方法
烧成温度对压电陶瓷机电性能的影响曲线
结论：烧结温度的确定主要取决于配方组成、 坯料细度和对产品的性能要求。
（2）保温时间对产品性能的影响
1―介电强度；2―抗折强度
保温时间对电瓷机电性能的影响曲线
结论：①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；②使组织结构趋于均一。
（3）烧成气氛对产品性能的影响
纸带成型、滚压成型、印刷成型、喷涂成型和爆炸成型等。
是什么成型方法？
傣族慢轮制陶技艺
陶瓷材料工艺学的主线
陶瓷原料
原料加工
坯体成型
配料计算
陶瓷烧结
陶瓷修饰
陶瓷材料工艺学 之
第五章 陶瓷材料的烧结
本章学习的主要内容和要求
5.1 概述（了解烧结的过程与分类） 5.2 烧结参数及其对烧结性能的影响（掌握，是重点） 5.3 固相烧结过程及机理（了解） 5.4 液相烧结过程与机理（了解） 5.5 特色烧结方法（理解特色烧结方法的原理）） 5.6 烧结设备（掌握常见烧结设备的使用，是难点） 5.7 最佳烧成制度的确定（掌握确定的方法，是重点）
（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:
5.2.2 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 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。
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
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。
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 自蔓延烧结
来自百度文库
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。
过渡液
温
相烧结
度
T3
液相烧结
T2
T1
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
（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
颗粒尺寸大小 材 料 粉体结块和团聚 参 颗粒形状 数
颗粒尺寸分布
本节思考题
1、在陶瓷烧结过程中，原料颗粒尺寸愈小愈 好对否？
陶瓷材料工艺学 之
第五章 陶瓷材料的烧结
概述 General overview
点击输入本栏的具体文字，简明扼要的说明分项内容，请根据您 的具体内容酌情修改。
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在一定温度下，半径为r1的一列球形颗粒所需要的烧结时间为t1，半 径为r2的另一列排列相同的球形颗粒烧结时间为t2，则：
t2 (r2/r1)nt1
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。
（2）粉体结块和团聚对烧结的影响
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”。
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。
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。
（a）1240℃
（b）1280℃
组成为Pb0.95Sr0.05(Zr0.58Ti0.47)+GeO 20.5%
1―介电强度；2―抗折强度
本次课学习的主要内容
5.1 概述（了解烧结的过程与分类） 5.2 烧结参数及其对烧结性能的影响（掌握）
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
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
材料参数
形貌，粒度，粒度分布，团聚，混合均匀性等
化学特性
工艺参数
化学组分，纯度，非化学计量性，绝对均匀性等
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
陶瓷材料工艺学的主线
陶瓷原料
原料加工
坯体成型
配料计算
陶瓷烧结
陶瓷修饰
坯体成型的内容回顾
1、注浆成型
常压注浆成型、加压注浆成型。坯料含水量：30~40%
2、可塑成型
造粒成型、流延成型、轧膜成型和注射成型。坯料含水量：18~26%
3、干压成型
科研实验研究常用的方法，设备简单。坯料含水量：6~8%
4、其它成型方法
烧成温度对压电陶瓷机电性能的影响曲线
结论：烧结温度的确定主要取决于配方组成、 坯料细度和对产品的性能要求。
（2）保温时间对产品性能的影响
1―介电强度；2―抗折强度
保温时间对电瓷机电性能的影响曲线
结论：①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；②使组织结构趋于均一。
（3）烧成气氛对产品性能的影响
纸带成型、滚压成型、印刷成型、喷涂成型和爆炸成型等。
是什么成型方法？
傣族慢轮制陶技艺
陶瓷材料工艺学的主线
陶瓷原料
原料加工
坯体成型
配料计算
陶瓷烧结
陶瓷修饰
陶瓷材料工艺学 之
第五章 陶瓷材料的烧结
本章学习的主要内容和要求
5.1 概述（了解烧结的过程与分类） 5.2 烧结参数及其对烧结性能的影响（掌握，是重点） 5.3 固相烧结过程及机理（了解） 5.4 液相烧结过程与机理（了解） 5.5 特色烧结方法（理解特色烧结方法的原理）） 5.6 烧结设备（掌握常见烧结设备的使用，是难点） 5.7 最佳烧成制度的确定（掌握确定的方法，是重点）
（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:
5.2.2 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 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。
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
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。
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 自蔓延烧结
来自百度文库
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。
过渡液
温
相烧结
度
T3
液相烧结
T2
T1
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
（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
颗粒尺寸大小 材 料 粉体结块和团聚 参 颗粒形状 数
颗粒尺寸分布
本节思考题
1、在陶瓷烧结过程中，原料颗粒尺寸愈小愈 好对否？
陶瓷材料工艺学 之
第五章 陶瓷材料的烧结
概述 General overview
点击输入本栏的具体文字，简明扼要的说明分项内容，请根据您 的具体内容酌情修改。
Click to enter the specific text in this column to explain the sub item content briefly. Please modify it according to your specific content.
在一定温度下，半径为r1的一列球形颗粒所需要的烧结时间为t1，半 径为r2的另一列排列相同的球形颗粒烧结时间为t2，则：
t2 (r2/r1)nt1
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。
（2）粉体结块和团聚对烧结的影响
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”。
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。