1-功能陶瓷的生产工艺过程(PPT40页)
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功能陶瓷的生产工艺过程
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
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
粉料制备工艺
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
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
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
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%Hale Waihona Puke Baidu
化学纯（CP） Chemical Purity
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
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
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：
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
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
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
✓ 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
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
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
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
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
粉料制备工艺
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
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
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
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%Hale Waihona Puke Baidu
化学纯（CP） Chemical Purity
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
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
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：
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
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
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
✓ 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
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
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