第十二章陶瓷烧结原理与技术

第十二章陶瓷烧结原理与技术内容摘要：

在烧结氧化铝瓷时，为防止二次重结晶，一般加入 MgO，它们与氧化铝形成化合物镁铝尖晶石（ MgO〃Al 2O3），包裹在 Al2O3晶粒的表面上，抑制了二次重结晶，对促进烧结致密化有很显著的作用。 （ 3）阻止多晶转变 ZrO2烧结时，由于有多晶转变，体积变化较大，烧结困难。 加入 5%CaO外加剂以后， Ca2+离子进入晶格臵换 Zr4+离子，由于电价不等而生成阴离子缺位固溶体，抑制了多晶转化，使烧结易于进行。 （ 4）与烧结相形成液相 在生产 95氧化铝瓷时，加入 CaO、SiO2，当 CaO∶SiO 2=1∶1 时， 95氧化铝瓷在 1813K就烧结了。 这是由于在烧成时生成了 CaOAl2O3SiO2玻璃相（液相），离子在液相中扩散阻力小，从而降低了烧结温度。 （ 5）扩大烧结温度范围  外加剂的引入，有时还能扩大烧结温度范围。 如在压电陶瓷（ PZT瓷）中加入适量的 La2O和Nb2O5，其烧结度范围可以从只有 20～ 40℃ 扩大到 80℃。 这是由于外加剂在晶格内产生空位，有利于瓷坯的致密化。  但是外加剂的引入要适量。 如选择不当，反会引起阻碍烧结的作用。 表 144是氧化铝瓷烧结时外加剂种类和数量对活化的影响 P30。 3．烧结气氛的影响  烧结气氛一般为氧化、还原和中性气氛三种。 不同气氛对氧化铝瓷烧结的影响由表 145所示 P31。  烧结采用什么气氛有利，要根据材料的组成、外加剂以及材料的性能等因素来确定。 表 146为不同气氛下 αAl2O3中 O2离子扩散系数和温度的关系。 氢气氛有利于气孔排除。  表 147显示在细颗粒、有 MgO外加剂、 H2气氛条件下，氧化铝陶瓷不仅烧结温度降低，保温时间缩短，结果瓷体密度高、抗折强度大。 烧结方法  新型陶瓷的烧结方法很多，常见的烧结方法分类列于表 148。  1．常压烧结  此法为常用烧结方法，无需特殊的气氛，在常压下烧成，适用于无特殊要求的新型陶瓷制品的生产。 为了降低烧结温度，缩短烧成时间，需引入添加剂和使用易于烧结的粉料。 常压烧结工艺简单，成本低。 陶瓷装窑 2．热压烧结  热压烧结是对较难烧结的粉料或生坯在模具内施加压力，同时升温烧结的工艺。  热压烧结的加热方式有电阻直接加热、电阻间接加热、感应间接加热、感应直接加热四种。  热压烧结用的模具材料有石墨、氧化铝和碳化硅等。 石墨可承受 70MPa压力， 1500～2020℃ 的温度；氧化铝模可承受 200MPa压力。 3．热等静压烧结  热等静压烧结工艺是将粉末压坯或装入包套的粉料放入高压容器中， 在高温和均衡压力的作用下，将其烧结为致密体。  热等静压烧结需要一个能够承受足够压力的烧结室 — 高压釜。 小型热等静压装置中，加热体可置于釜外，大型的则置于高压釜之内，通常以钼丝为发热体，以氮、氩、氦等惰性气体为传压介质。 烧结温度可 高达 2700℃ 之多，高压釜本身可采用循环水冷却，以保持足够的强度和防止高温腐蚀。 陶瓷工艺 P132133  压模是一种特制的薄层密封软模套，大都采用高温下具有良好塑性而又有足够强度的金属筒制成，如纯铁、软钢、不锈钢、镍、钛、钼、 铂等。  热等静压烧结可制造高质量的工件，其晶粒细匀、晶界致密、。