烧成与烧结

烧结的问题和解答第九章烧结1、解释下列名词（1）烧结：粉料受压成型后在高温作用下而致密化的物理过程。

烧成：坯体经过高温处理成为制品的过程，烧成包括多种物理变化和化学变化。

烧成的含义包括的范围广，烧结只是烧成过程中的一个重要部分。

（2）晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。

二次再结晶：少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大过程。

（3）固相烧结：固态粉末在适当的温度、压力、气氛和时间条件下，通过物质与气孔之间的传质，变为坚硬、致密烧结体的过程。

液相烧结：有液相参加的烧结过程。

2、详细说明外加剂对烧结的影响?答：（1）外加剂与烧结主体形成固溶体使主晶格畸变，缺陷增加，有利结构基元移动而促进烧结；（2）外加剂与烧结主体形成液相，促进烧结；（3）外加剂与烧结主体形成化合物，促进烧结；（4）外加剂阻止多晶转变，促进烧结；（5）外加剂起扩大烧结范围的作用。

3、简述烧结过程的推动力是什么?答：能量差，压力差，空位差。

4、说明影响烧结的因素？答：（1）粉末的粒度。

细颗粒增加了烧结推动力，缩短原子扩散距离，提高颗粒在液相中的溶解度，从而导致烧结过程的加速；（2）外加剂的作用。

在固相烧结中，有少量外加剂可与主晶相形成固溶体，促进缺陷增加，在液相烧结中，外加剂改变液相的性质（如粘度，组成等），促进烧结。

（3）烧结温度：晶体中晶格能越大，离子结合也越牢固，离子扩散也越困难，烧结温度越高。

（4）保温时间：高温段以体积扩散为主，以短时间为好，低温段为表面扩散为主，低温时间越长，不仅不引起致密化，反而会因表面扩散，改变了气孔的形状而给制品性能带来损害，要尽可能快地从低温升到高温，以创造体积扩散条件。

（5）气氛的影响：氧化，还原，中性。

（6）成形压力影响：一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密，对烧结越有利。

5、在扩散传质的烧结过程中，使坯体致密的推动力是什么？哪些方法可促进烧结？说明原因。

7 烧成与烧结7.1 烧成原理为制定合理的煅烧工艺，就必须对物料在烧成时所发生的物理化学变化的类型和规律有深入的了解。

但是物料烧成时的变化较所用的原料单独加热时更为复杂，许多反应是同时进行的。

一般而言，物料的烧成变化首先取决于物料的化学组成，正确的说是物料中的矿物组成。

使用不同的地区的原料，即使物料的化学组成相同，也不能得到完全相同的烧成性质。

其次，物料的烧成变化在很大程度上还取决于物料中各组分的物理状态，即粉碎细度、混合的均匀程度、物料的致密度等，因为物料的烧成是属于液相参与的烧结过程，因此物料的分散性和各组分的接触的密切程度直接影响固相反应、液相的生成和晶体的形成。

此外，烧成温度、时间和气氛条件对物料的烧成变化影响也很大。

要将这些复杂的因素在物料烧成过程中的变化上反映出来是困难的。

为研究方便本书以长石质陶瓷坯体为例进行讨论。

7.1.1 陶瓷坯体在烧成过程中的物理化学变化陶瓷坯体在烧成过程中一般经过低温阶段、氧化分解阶段和高温阶段。

1.低温阶段(由室温～300℃)坯料在窑内进行烧成时，首先是排除在干燥过程中尚未除去的残余水分。

这些残余水分主要是吸附水和少量的游离水，其量约为2～5%。

随着水分排除固体颗粒紧密靠拢，发生少量的收缩。

但这种收缩并不能完全填补水分所遗留的空间，因此物料的强度和气孔率都相应的增加。

在120～140℃之前，由于坯体内颗粒间尚有一定的孔隙，水分可以自由排出，可以迅速升温，随着温度进一步提高，坯体中毛细管逐渐变小，坯体内汽化加剧，使得开裂倾向增大。

例如，当加热至120℃时，一克水占有的水蒸气容积为：22.4×(1+120/273)/18=1.79(升)。

如果坯体中含有4～5%的游离水，则100克坯体的水蒸气体积达7.16--8.95升，相当于坯体体积的155倍。

这些水蒸气主要由坯体的边角部位排出。

为了保证水分排出不致使坯体开裂，在此阶段应注意均匀升温，速度要慢（大制品30℃/时，中小制品50～60℃/时），尤其是厚度和形状复杂的坯体更应注意。

陶瓷名词解释
陶瓷名词解释
一、陶瓷：
陶瓷是一种固体非金属材料，是由无机材料（主要是硅酸盐）和有机物（结合剂）经高温强制烧成而得到的坚硬、结构紧密、化学性质稳定的固体物质。

它的应用领域很广泛：用于建筑材料、冶金原料、力学结构件及电子元件等领域中。

二、粘土：
粘土是一种含有黏土矿物的混合物，是陶瓷制品的主要原料。

它通常是由石灰、膨润土、黏土和其他杂质混合而成，构成粘土的主要成分是硅酸盐和氧化物。

粘土应具有良好的制品外观、好的烧成和特殊性能，并且具有良好的可塑性、保持性和强度。

三、烧成：
烧成是指用燃料烧结粘土而得到陶瓷制品的一种工艺方法。

其主要过程是将粘土浇制、晾干、烧制，通过增大加热速率，把粘土的固有结构稳定的改变为陶瓷的新结构，从而获得最终成品。

烧成过程的温度和时间不但影响制品的质量，而且也直接影响制品的外观和性能。

四、烧结：
烧结是指在一定温度条件下，把粘土由微粉状变成一定形状和尺寸的固体，并产生熔融的过程。

烧结是烧成过程中最关键的一步，也是影响陶瓷质量的重要因素。

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陶瓷浆料温度范围陶瓷浆料是制作陶瓷制品的重要原料之一，其温度范围对于陶瓷制品的质量和性能有着重要影响。

本文将从陶瓷浆料的温度范围、影响因素以及控制方法等方面进行探讨。

一、陶瓷浆料的温度范围陶瓷浆料的温度范围一般可以分为三个阶段：干燥阶段、烧结阶段和烧成阶段。

1. 干燥阶段在陶瓷制品的制作过程中，首先需要将陶瓷浆料进行干燥，以去除其中的水分。

干燥温度一般控制在100℃左右，过高的温度会导致浆料过快失去水分，从而影响陶瓷制品的致密性和强度。

2. 烧结阶段烧结是指将干燥后的陶瓷浆料进行高温处理，使其形成致密的陶瓷坯体。

烧结温度一般在1000℃至1300℃之间，具体的温度范围会根据陶瓷材料的种类和制品的要求而有所不同。

烧结温度过低会导致陶瓷制品致密度不足，烧结温度过高则会引起陶瓷制品烧结过度，从而影响其物理性能。

3. 烧成阶段烧成是指将烧结后的陶瓷坯体进行再次高温处理，使其形成具有一定结晶和致密度的陶瓷制品。

烧成温度一般在1200℃至1600℃之间，具体的温度范围也会因陶瓷材料的种类和制品的要求而有所差异。

烧成温度过低会导致陶瓷制品结晶不完全，烧成温度过高则会引起陶瓷制品变形和开裂。

二、影响陶瓷浆料温度范围的因素1. 陶瓷材料的种类不同种类的陶瓷材料具有不同的烧结和烧成温度范围。

例如，瓷砖的烧结温度范围一般在1000℃至1200℃之间，而高温陶瓷的烧成温度范围可以达到1500℃以上。

2. 陶瓷制品的要求不同的陶瓷制品对于烧结和烧成温度的要求也有所不同。

例如，要制作出具有高强度和高致密度的陶瓷制品，需要将烧结和烧成温度控制在较高的范围内。

3. 窑炉设备的性能陶瓷制品的烧结和烧成过程需要借助窑炉设备进行，窑炉的性能将直接影响到温度的控制。

因此，窑炉设备的温度范围和稳定性对于陶瓷制品的质量至关重要。

三、控制陶瓷浆料温度范围的方法1. 合理选择陶瓷材料在制作陶瓷制品时，应根据具体的要求选择合适的陶瓷材料，以确保能够在适当的温度范围内进行烧结和烧成。

烧结过程的理论基础烧结就是将矿粉、熔剂和燃料，按一定比例进行配加，均匀的混合，借助燃料燃烧产生的高温，部分原料熔化或软化，发生一系列物理、化学反应，并形成一定量的液相，在冷却时相互粘结成块的过程。

一、烧结过程的基本原理近代烧结生产是一种抽风烧结过程，将矿粉、燃料、熔剂等配以适量的水分，铺在烧结机的炉篦上，点火后用一定负压抽风，使烧结过程自上而下进行。

通过大量的实验对正在烧结过程的台车进行断面分析，发现沿料层高度由上向下有五个带，分别为烧结矿带、燃烧带、预热带、干燥带和过湿带。

当前国内外广泛采用带式抽风烧结，代表性的生产工艺流程如图3—1所示。

1、烧结五带的特征（1）烧结矿带在点燃后的烧结料中燃料燃烧放出大量热量的作用下，混合料熔融成液相，随着高负压抽风作用和燃烧层的下移，导致冷空气从烧结矿带通过，物料温度逐渐降低，熔融的液相被冷却凝固成网孔状的固体，这就是烧结矿带。

此带主要反应是液相凝结、矿物析晶、预热空气，此带表层强度较差，一般是返矿的主要来源。

（2）燃烧带该带温度可达1350~1600度，此处混合料软化、熔融及液相生成，发生异常复杂的物理化学变化。

该层厚度为15~50mm 。

此高炉灰轧钢皮 （10~0mm ） 碎焦无烟煤 （25~0mm ） 石灰石白云石 （80~0mm ） 精矿富矿粉 （10~0mm ）空气排出废气(热烧结矿)冷烧结矿图3—1 烧结生产一般工艺流程图带对烧结产量及质量影响很大。

该带过宽会影响料层透气性，导致产量低。

该带过窄，烧结温度低，液相量不足，烧结矿粘结不好，导致烧结矿强度低。

燃烧带宽窄主要受物料特性、燃料粒度及抽风量的影响。

（3）预热带该带主要使下部料层加热到燃料的着火温度。

一般温度为400~800度。

该带主要反应是烧结料中的结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解，磁铁矿进行还原以及组分间的固相反应等。

（4）干燥带烧结料的热废气从预热带进入下层，迅速将烧结料加热到100℃以上，因此该带主要是水分的激烈蒸发。

陶瓷材料的烧成与烧结实验一、实验目的本实验课通过各组同学的实验结果，完成陶瓷材料的烧成工艺实验。

二、实验原理烧结的实质是粉坯在适当的气氛下被加热，通过一系列的物理、化学变化，使粉粒间的粘结发生质的变化，坯块强度和密度迅速增加，其他物理、化学性能也得到明显的改善。

经过长期研究，烧结机制可归纳为：①粘性流动；②蒸发与凝聚；③体积扩散；④表面扩散；⑤晶界扩散；⑥塑性流动等。

烧结是十个复杂的物理、化学变化过程，是多种机制作用的结果。

坯体在升温过程中相继会发生下列物理、化学变化：(1) 蒸发吸附水：(约l00℃)除去坯体在干燥时未完全脱去的水分；(2) 粉料冲结晶水排除，(300～700℃）；(3) 分解反应；(300～950℃)坯料中碳酸盐等分解，排除二氧化碳等气体。

(4) 碳、有机物的氧化；(450—800℃)燃烧过程，排除大量气体；(5) 晶型转变；(550一1300℃)石英、氧化铝等的相转变；(6) 烧结前期：经蒸发、分解、燃烧反应后，坯体变得更不致密，气孔可达百分之几十。

在表面能减少的推动力作用下，物质通过不周的扩散途径何颗粒接触点(颈部)和气孔部位填充，使颈部不断长大逐步减少气孔体积；细小颗粒间形成晶界，并不断长大；使坯体变得致密化。

在这过程中，连通的气孔不断缩小，晶粒逐渐长大，直至气孔不再连通，形成孤立的气孔，分布在晶粒相交位置，此时坯体密度可达理论密度的90％；(7) 烧结后期：晶界上的物质继续向气孔扩散、填充，使孤立的气孔逐渐变小，一般气孔随晶界一起移动，直至排出，使烧结体致密化。

·如再继续在高温下烧结，就只有晶粒长大过程。

如果在烧结后期，温度升得太快，坯体内封闭气孔来不及扩散、排出，只是随温度上升而膨胀，这样，会造成制品的“涨大”，密度反而会下降。

某些材料在烧结时会出现液相；加快；了烧络的过程。

可得到更致密的制品；(8)降温阶段：冷却时某些材料会发生相变，因而控制冷却制度，也可以控制制品的相组成：如要获得合适相组成的部分稳定的氧化锆固体电解质，冷却阶段的温度控制是很重要的；坯体烧结后在宏观上的变化是：体积收缩、致密度提高、强度增加。

第九章烧结一、名词解释1．烧结、烧成与熔融；2．熔融温度、烧结温度与泰曼温度；3．体积密度、理论密度与相对密度；4．液相烧结与固相烧结；5．晶粒生长、初次再结晶与二次再结晶二、填空与选择1．烧结过程主要传质机理有、、和；烧结分别进行这四种传质时，烧结速率与时间的关系各为、、和。

2．扩散传质初期，颗粒中心矩与时间的关系是。

3．在烧结的中后期，往往伴随着晶粒生长过程。

晶粒的长大对物料烧结速率起作用。

4．在溶解-沉淀传质中，根据液相量的多少分为模型和模型，其机理分别为和。

5．烧结过程的推动力为；晶粒生长的推动力为。

6．在烧结过程中，只改变气孔形状不引起坯体收缩的传质方式是。

（ A 表面扩散；B 流动传质；C 蒸发-凝聚传质；D 晶界扩散）7．任何系统均具有向最低能量状态发展的趋势。

物料以它的表面能转变成晶界能而达到稳定存在，藉这种推动力而进行的反应过程，称为。

（晶粒成核－生长、斯宾那多分解、固相反应、烧结）8．在扩散传质为主的烧结过程中，进入到烧结的中后期时，若温度和晶粒尺寸不变，则气孔率随烧结时间（t）以关系而减少。

（ A t1/2；B t；C t2 ）三、下列过程之中，哪些能使烧结产物强度增加，而不产生致密化过程？试说明理由（1）蒸发-凝聚；（2）体积扩散；（3）粘性流动；（4）溶解-沉淀；（5）表面扩散。

四、烧结的模型有哪几种？各适用于哪些典型传质过程？五、烧结推动力是什么? 它可凭哪些方式推动物质的迁移，各适用于何种烧结机理?六、烧结过程是怎样产生的，各阶段的特征是什么?七、有人试图用延长烧结时间来提高产品致密度，你以为此法是否可行．为什么了？八、晶界遇到夹杂物时会出现几种情况，从实现致密化目的考虑，晶界应如何移动？怎样控制？九、在烧结时，晶粒生长能促进坯体致密化吗？晶粒生长会影响烧结速率吗？试说明之。

十、影响烧结的因素有哪些？为什么少量外加剂能促进烧结？十一、若固-气界面能为0.1J/m2，若用直径为1μm粒子组成压块体积1cm3，试计算由烧结推动力而产生的能量是多少？十二、设有粉料粒度5μm，若经2h烧结后x/r＝0.1。