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陶瓷燒結是坯體在高溫下致密化過程和現象的總稱。隨著溫度升高,陶瓷坯體中具有比表面大,表面能較高的粉粒,力圖向降低表面能的方向變化,不斷進行物質遷移,晶界隨之移動,氣孔逐步排除,產生收縮,使坯體成為具有一定強度的致密的瓷體。燒結的推動力為表面能。燒結可分為有液相參加的燒結和純固相燒結兩類。燒結過程對陶瓷生產具有很重要的意義。為降低燒結溫度,擴大燒成范圍,通常加入一些添加物作助熔劑,形成少量液相,促進燒結。如添加少量二氧化硅促進鈦酸鋇陶瓷燒結;又如添加少量氧化鎂、氧化鈣、二氧化硅促進氧化鋁陶瓷燒結。(百度百科)


陶瓷燒結是坯體在高溫下致密化過程和現象的總稱。隨著溫度升高,陶瓷坯體中具有比表面大,表面能較高的粉粒,力圖向降低表面能的方向變化,不斷進行物質遷移,晶界隨之移動,氣孔逐步排除,產生收縮,使坯體成為具有一定強度的致密的瓷體。燒結的推動力為表面能。燒結可分為有液相參加的燒結和純固相燒結兩類。燒結過程對陶瓷生產具有很重要的意義。為降低燒結溫度,擴大燒成范圍,通常加入一些添加物作助熔劑,形成少量液相,促進燒結。如添加少量二氧化硅促進鈦酸鋇陶瓷燒結;又如添加少量氧化鎂、氧化鈣、二氧化硅促進氧化鋁陶瓷燒結。(百度百科)


燒結概述

燒結是利用熱能使粉末坯體致密化的技術,其具體的定義是指多孔狀態的坯體在高溫條件下,表面積減小,孔隙率降低,力學性能(機械強度等)提高的致密化過程。坯體在燒結過程中要發生一系列的物理化變化,如膨脹,收縮,氣體的產生,液相的出現,舊晶相的消失,新晶相的形成等。在不同的溫度,氣氛條件下,所發生變化的內容與程度也不相同,從而形成不同的晶相組成和顯微結構,決定了陶瓷制品不同的質量和性能。坯體表面的釉層在燒結過程中也會發生各種物理化學變化,最終形成玻璃態物質,從而具有各種物理化學性能和裝飾效果。



燒結的驅動力生坯,顆粒間只有點接觸,強度很低,通過燒結,雖然在燒結時既無外力又無化學反應,卻能使點接觸的顆粒緊密結成堅硬而強度很高的瓷體。


燒結的動力是什么?是粉粒表面能。粉料在制備過程中,粉碎,球磨等機械性能或其它能量以表面能的形式儲存在粉體中,造成粉料表面的許多晶格缺陷,使粉體具有較高的活性。粉體的過剩表面能:為燒結的推動力(燒結后總表面積降低3個數量級以上),燒結不能自動進行,必須對粉體加溫,補充能量,才能使之轉變未燒結體。除了推動力外,還必須有物質的傳遞過程,使氣孔逐漸得到填充,使坯體由輸送變得致密。1.蒸發和凝聚2.擴散3.粘滯流動與塑性流動4.溶解和沉淀在燒結過重可能有幾種傳質機理在起作用,在一定條件下,某種機理在起作用,條件改變,起主導作用的機理有可能隨之改變。


固相燒結過程及機理


固相燒結一般可表現為三個階段,初始階段,主要表現為顆粒形狀改變;中間階段,主要表現為氣孔形狀改變;最終階段,主要表現為氣孔尺寸減小。固相燒結的主要傳質方式是擴散傳質。存在表面擴散,晶界擴散和體積擴散,不是每種擴散傳質均能導致材料收縮或氣孔率降低。物質以表面擴散或晶格擴散方式從表面傳遞到頸部,不會引起中心間距的減小,不會導致收縮和氣孔率降低。顆粒傳質從顆粒體積內或從晶界上傳質到頸部,會引起材料的收縮和氣孔消失,真正導致材料致密化。材料的組成,顆粒大小,顯微結構(氣孔,晶界)、溫度、氣氛及添加劑等會影響擴散傳質,進而影響材料的燒結。



液相燒結過程及機理



液相燒結(liquid-phase sintering)是指在燒結包含多種粉末的坯體中,燒結溫度至少高于其中的一種粉末熔融溫度,從而在燒結過程中出現液相燒結過程。液相燒結優點是,能提高燒結驅動力,可制備具有控制的圍觀結構和優化性能的陶瓷復合材料。流動傳質比擴散傳質速度要快得多,燒結速率高,導致在更低的溫度下獲得致密的燒結體。液相燒結的具體條件:

1.液相相對固相顆粒的濕潤

2.固相在液相中有相當的溶解度

3.液相具有合適的年度

4.具有相當數量的液相

液相燒結過程中的氣孔排除,在燒結中期,相互連續的氣孔通道開始收縮,形成封閉的氣孔,氣孔封閉后,進入最后階段。在燒結末期,幾個過程可以同時發生,包括晶粒和氣孔的生長和粗化,液相組分擴散進入固相,固相、液相或氣相間反應產物的形成。液相燒結在結構陶瓷、電子陶瓷領域大量應用。


特色燒結方法


熱壓燒結

熱等靜壓

放電等離子燒結

微波燒結

反應燒結

爆炸燒結


熱壓燒結所需的成型壓力僅為冷壓法1/10,降低燒結溫度和縮短燒結時間,抑制了晶粒的生長,能得到良好力學性能,電學性能的產品,能生產尺寸復雜,尺寸精確的產品,缺點也很明顯,生產效率低,成本高。



熱等靜壓工藝可以在更低的燒結溫度下完成,抑制高溫下很多不利的反應或變化,能夠減少或無燒結助劑作用下,獲得結構均勻,致密的燒結體,能夠減少或排除燒結體的剩余氣孔,提高材料的密度、強度,精確控制產品的尺寸與形狀,免切割加工等工序。




燒結設備

燒結是在熱工設備中進行的,這里熱工設備指的是先進陶瓷生產窯爐及附屬設備。燒結陶瓷的窯爐類型很多,同一制品可以在不同類型的窯內燒成,同一種窯也可以燒結不同的制品。主要常用的有間歇式窯爐,連續式窯爐和輔助設備。間歇式窯爐按其功能可分為電爐,高溫倒焰窯,梭式窯和鐘罩窯。連續式窯爐的分類方法有很多種,按制品的輸送方式可分為隧道窯,高溫推板窯和輥道窯。與傳統間歇式窯爐相比較,連續式窯具有連續操作性,易實現機械化,大大改善了勞動條件和減輕了勞動強度,降低了能耗等優點。



最佳燒成參數確定

燒成制度包括溫度制度,氣氛制度和壓力制度,影響產品的性能的關鍵是溫度及其與時間的關系以及燒成時的氣氛。其中溫度制度,氣氛制度需要根據不同的產要求而定,而壓力制度是保證窯爐按照要求的溫度制度與氣氛制度進行燒成。制定燒成制度的依據:以坯釉的化學組成及其在燒成過程中的物理化學變化為依據;以坯體的種類、大小、形狀和薄厚為依據;以窯爐的結構、類型、燃料種類以及裝窯方式和裝窯疏密為依據;以相似產品的成功燒成經驗為依據。

溫度制度的確定,包括升溫速度,燒成溫度,保溫時間和冷卻速度等參數。通過飛行坯料在燒成過程中性狀變化,初步得出坯體在各溫度或時間階段可以允許的升、降溫速度(相圖,差熱-失重、熱膨脹、高溫相分析、已有燒結曲線等)。升溫速度:低溫階段,氧化分解階段,高溫階段。燒成溫度與保溫時間:相互制約,可在一定程度上相互補償,以一次晶粒發展成熟,晶界明顯、沒有顯著的二次晶粒長大,收縮均勻,致密而又耗能少為目的。冷卻速度,隨爐冷卻,快速冷卻。

氣氛制度的確定,根據坯料的不同,燒成時可采用氧化氣氛、中性氣氛或還原氣氛、各階段燒成氣氛必須根據原料性能和制品不同要求來確定。坯體水分蒸發期,對氣氛沒有特殊要求;氧化分解與晶型轉變期,為使坯體氧化分解充分,采用氧化氣氛;玻璃化成瓷期,陶器大豆采用氧化氣氛燒成,而瓷器的燒成可分為兩種氣氛:氧化氣氛和還原氣氛。采用還原氣氛燒成的瓷器,還原開始前須有一個中火保溫的強氧化氣氛。此時采用強氧化氣氛,還原初期要采用強氧化氣氛,燒成后期改用弱還原氣氛。

壓力制度的確定,壓力制度起著保證溫度和氣氛制度的作用。全窯的壓力分布根據窯內結構,燃燒種類,制品特性,燒成氣氛和裝窯密度等因素來確定。倒焰窯中,最重要的是在煙道內形成微負壓,窯底處于零壓。隧道窯的預熱帶和燒成帶都為負壓,冷卻帶一般在正壓下操作。