陶瓷的传统固相烧结工艺

第22章陶瓷烧结工艺烧结温度T s和熔融温度T m之间的关系有一定的规律：z金属粉末T s=(0.3~0.4)T m，z盐类T s=0.57T m，z硅酸盐(0.6~0.8)T m。

§22.1 固相烧结22.1.1 烧结驱动力z烧结致密化的驱动力是固气界面消除所造成的表面积减少和表面自由能降低，以及新的能量更低的固-固界面的形成所导致的烧结过程中自由能发生的变化。

z细小的陶瓷颗粒，不仅有利于可塑性成型的制造过程，它所产生的表面能在烧成时也成为有利于致密化的推动力。

22.1.2 烧结模型z1949年库钦斯基(Kukansky)提出等径球体作为粉末压块的模型，随烧结的进行，球体的接触点开始形成颈部并逐渐扩大，最后烧结成一个整体。

z由于颈部所处环境和几何条件基本相同，因此只需确定两个颗粒形成颈的生长速率就基本代表了整个烧结初期的动力学关系。

22.1.3 传质机理一、蒸发—凝聚z在高温过程中，由于颗粒表面曲率的不同，必然在系统的不同部位有不同的蒸气压，在蒸气压差的作用下，存在一种传质趋势。

图22-1 蒸发—凝聚烧结的起始阶段z可以观察到，烧结初期的烧结速率随t的1/3次方而变化，随烧结的进行，颈部生长很快就停止了。

可以认为这种传质过程用延长烧结时间不能达到促进烧结的效果。

z除了时间因素．在蒸发-凝聚过程中，起始颗粒尺寸及蒸气压也是影响接触颈部生长速率的重要因素。

起始颗粒尺寸越小，烧结速率越大。

提高温度有利于提高蒸气压，因而对烧结有利。

z对微米级的颗粒尺寸，气相传质要求蒸气压的数量级为10-4~10-5大气压，这高于氧化物或类似材料在烧结时的蒸气压，如Al2O3在1200℃时的蒸气压只有10-46大气压，因而这种传质方式在一般陶瓷材料的烧结中并不多见。

二、扩散过程z对大多数高温蒸气压低的固体材料，物质的传递可能更容易通过固态过程产生；颈部区域和颗粒表面之间的自由能或化学势之差，提供了固态传质可以利用的驱动力。

陶瓷膜的烧结原理
陶瓷膜的烧结原理是指通过高温处理使陶瓷颗粒之间发生结合，形成致密的陶瓷膜。

烧结是一种固相烧结过程，通过加热陶瓷颗粒使其表面熔融，然后再冷却固化，形成致密的结构。

陶瓷膜的烧结过程可以分为几个阶段：预烧、烧结和冷却。

首先是预烧阶段，将陶瓷颗粒放入烧结炉中，加热至一定温度。

在这个过程中，陶瓷颗粒表面的有机物会燃烧掉，同时颗粒之间的间隙会逐渐缩小。

预烧的目的是去除有机物，减少颗粒之间的间隙，为后续的烧结做准备。

接下来是烧结阶段，将预烧后的陶瓷颗粒继续加热至高温。

在高温下，陶瓷颗粒表面的玻璃相开始熔化，形成液相。

液相可以填充颗粒之间的间隙，使颗粒之间更加紧密地结合在一起。

同时，烧结过程中的温度和时间也会影响陶瓷膜的致密程度和结晶度。

通常情况下，烧结温度越高，烧结时间越长，陶瓷膜的致密性和结晶度就越高。

最后是冷却阶段，将烧结后的陶瓷膜从高温中取出，使其逐渐冷却。

在冷却过程中，陶瓷膜会逐渐固化，形成坚硬的结构。

冷却速度也会影响陶瓷膜的性能，通常情况下，较慢的冷却速度可以减少内部应力，提高陶瓷膜的强度和稳定性。

总的来说，陶瓷膜的烧结原理是通过高温处理使陶瓷颗粒表面熔融，然后冷却固
化，形成致密的陶瓷膜。

烧结过程中的温度、时间和冷却速度等因素都会影响陶瓷膜的性能。

陶瓷膜的烧结原理在陶瓷材料的制备中具有重要的意义，可以用于制备各种功能性陶瓷膜，如过滤膜、分离膜和传感器等。

PZT陶瓷制备一、PZT陶瓷制备的工艺流程压电陶瓷生产的工艺流程（以传统固相烧结为例）为：配料→球磨→过滤、干燥→预烧→二次球磨→过滤、干燥→过筛→成型→排塑→烧结→精修→上电极→烧银→极化→测试。

1、原料处理首先，根据化学反应式配料。

所用的原料大多数是金属氧化物，少数也可以是碳酸盐（预烧时可分解为氧化物）。

为使生成压电陶瓷的化学反应顺利进行，要求原料细度一般不超过2μm（平均直径）。

提高原料纯度有利于提高产品质量。

通常使用转动球磨机或震动球磨机进行原料混合及粉碎。

另外，在生产中往往还使用气流粉碎法，用高压气流的强力破碎作用，使粉料形成雾状，由于不用球石，可以避免杂质混入，且效率高。

2、预烧中的反应过程预烧过程一般需要经过四个阶段：线性膨胀（室温—400℃）固相反应（400—750℃）收缩（750—850℃）晶粒生长（800-900℃以上）在固相反应过程中，反应可分为四个区域，如图1[1]所示，分别对应于如下的化学过程：区域Ⅰ：未反应；区域Ⅱ：Pb+TiO2→PbTiO3；区域Ⅲ：PbTiO3+PbO+ZrO2→Pb(Zr1-x Ti x)O3；区域Ⅳ：Pb(Zr1-x Ti x)O3系统的反应区域+PbTiO3→Pb(Zr1-x’Ti x’)O3(x＜x’)。

图1 2PbO-TiO2-ZrO2系统的反应区域●—X射线测得点；○化学分析测得点，旁边数字代表已反应的PbO的百分数，烧结时间为零指刚到炉温的时刻；P—正交PbO；Z—单斜ZrO2；T—四方TiO2；PT—四方PbTiO3；PZT—Pb(Zr1-x Ti x)O3固定保温时间2h，改变预烧温度，随着温度的升高，在540℃左右，进入区域Ⅱ，形成PbTiO3；在650℃左右，进入区域Ⅲ，TiO2消失，Pb（Zr,Ti）O3形成；在710℃左右，进入区域Ⅳ，PbO和ZrO2消失；到1200℃时，PbTiO3消失，成为单相的Pb（Zr，Ti）O3。

固相烧结是混合粉末或者样品在高温下物质相互扩散，使微观离散颗粒逐渐形成连续的固态结构，此过程样品整体自由能降低，然而强度提高。

固相烧结过程包含了表面扩散、晶界扩散、晶界迁移、颗粒重排等烧结机制的作用。

3.3.2工艺流程的说明：(1)配料：流程与要求：1)按照化学方程式严格计算配比。

2)原料质量要计入纯度。

3)应该尽量采用较光滑的，不吸水的称量用纸。

4)称量完毕的药品直接放入球磨罐，不能与其他介质接触。

5)钥匙在使用之前与每次换料之前必须要严格擦洗干净。

6)称量准确，一般应该精确到小数点后3位，误差不能超过0.5mg。

(2)混合：流程与要求：1)使用球磨机，球磨既使得物料颗粒变细又使得不同组分可以充分混合。

2)方式为湿磨，湿磨可以增大研磨效率，有利于粉料的细化。

3)球磨介质的选取应该不溶解原材料。

使该介质淹没锆球。

4)溶剂的添加必须采用注射器量取，量以磨完后料成浆状为宜。

出料时可适宜添加溶剂。

5)球磨罐磨料以30g左右为宜，一般不超过50g。

相应的锆球比例（直径10:6.5:5）=（质量70:100:120）。

其中，本次试验的球磨介质是无水乙醇，取量为45ml。

另外，采用锆球是防止引起样品的介电性能降低。

将聚酯罐放入行星式球磨机，以225r/min转速球磨12小时，使原料混合均匀。

完成后，将浆状药品放入烘干机中烘干。

(3)预烧：流程与要求：1)采用压块预烧，增大接触面积和结合力，降低预烧温度，方便反应，较少挥发。

2)压片压力为6-8Mpa。

3)预烧温度的选择要求：生成纯相；颗粒均匀，颗粒不能太大，可用XRD 检测。

本次试验是采用的压块预烧，模具的直径为30mm，压片厚度为18mm，压力为8Mpa。

温度为450o C，预烧180min。

(4)粉碎：流程与要求：1)一般先采用研钵粗磨，然后用球磨机精磨。

2)研钵使用过程中要注意：大颗粒要压碎，不能直接磨，导致损伤研钵并引入杂质。

3)粗磨要磨到肉眼看不到颗粒为止。

陶瓷烧结炉工艺原理及烧结方式陶瓷烧结是指坯体在高温下致密化过程和现象的总称。

随着温度升高，陶瓷坯体中具有比表面大，表面能较高的粉粒，力图向降低表面能的方向变化，不断进行物质迁移，晶界随之移动，气孔逐步排除，产生收缩，使坯体成为具有一定强度的致密的瓷体。

烧结的推动力为表面能。

烧结可分为有液相参加的烧结和纯固相烧结两类。

烧结过程对陶瓷生产具有很重要的意义。

为降低烧结温度，扩大烧成范围，通常加入一些添加物作助熔剂，形成少量液相，促进烧结。

一般粗线条结炉的燃烧方法主要有以下几种：热压烧结、热等静压、放电等离子烧结、微波烧结、反应烧结、爆炸烧结。

固相烧结一般可表现为三个阶段，初始阶段，主要表现为颗粒形状改变；中间阶段，主要表现为气孔形状改变；最终阶段，主要表现为气孔尺寸减小。

烧结是在热工设备中进行的，这里热工设备指的是先进陶瓷生产窑炉及附属设备。

烧结陶瓷的窑炉类型很多，同一制品可以在不同类型的窑内烧成，同一种窑也可以烧结不同的制品。

主要常用的有间歇式窑炉，连续式窑炉和辅助设备。

间歇式窑炉按其功能可分为电炉，高温倒焰窑，梭式窑和钟罩窑。

连续式窑炉的分类方法有很多种，按制品的输送方式可分为隧道窑，高温推板窑和辊道窑。

与传统间歇式窑炉相比较，连续式窑具有连续操作性，易实现机械化，大大改善了劳动条件和减轻了劳动强度，降低了能耗等优点。

温度制度的确定，包括升温速度，烧成温度，保温时间和冷却速度等参数。

通过飞行坯料在烧成过程中性状变化，初步得出坯体在各温度或时间阶段可以允许的升、降温速度（相图，差热-失重、热膨胀、高温相分析、已有烧结曲线等）。

升温速度：低温阶段，氧化分解阶段，高温阶段。

烧成温度与保温时间：相互制约，可在一定程度上相互补偿，以一次晶粒发展成熟，晶界明显、没有显著的二次晶粒长大，收缩均匀，致密而又耗能少为目的。

冷却速度，随炉冷却，快速冷却。

压力制度的确定，压力制度起着保证温度和气氛制度的作用。

全窑的压力分布根据窑内结构，燃烧种类，制品特性，烧成气氛和装窑密度等因素来确定。

固相法制备陶瓷工艺1、配料根据化学式配比称重所需药品，理论药品质量要除以纯度之后才获得实际质量，药品先倒入混料器皿，随后再倒入磨球和无水乙醇。

2、混料A、混料机混料磨球：350g直径为1cm和150g直径为0.5cm的锆球器皿：体积为250ml的塑料瓶料球比：按照30-50g料：40g无水乙醇的比例加入无水乙醇，形成料浆流动性好。

转速、时间：转速为200r/min，持续24小时。

清洗：用自来水在小刷子的帮助下对球和瓶子缝隙进行清洗，之后灌入自来水放入混料机反复清洗两次，之后用超声清洗仪器，最后灌入蒸馏水精心最后清洗，烘干。

B、行星式球磨机混料磨球：直径为0.5cm的锆球，质量待定器皿：体积为500ml的钢制尼龙球磨罐料球比：加入60至80g酒精（视情况而定），总体积不超过球磨罐2/3容积。

转速、时间：45Hz频率下转动，持续6小时清洗：用自来水清洗完毕后，超声清洗20分钟，再用自来水和蒸馏水冲洗后，球磨约1——2小时，可再次使用。

3、烘干将器皿中的料浆通过粗孔筛网倒入陶瓷碗中，使料球分离，器皿中少量剩料可通过极少数的酒精冲洗摇晃后倒入陶瓷碗中，并将其置入80℃烘箱中进行烘干。

粉料可以采用无色的硬塑料片，刮干净。

4、预烧烘干后的料块进行粗磨后倒入干净的坩埚中，并在坩埚上方放上陶瓷盖后整体放倒马弗炉中，以3℃/min的速度上升到某个温度（不同体系预烧温度不一样），并在此温度保温4小时之后自然降温。

注意，当不确定体系的准确预烧温度时，应先采用小剂量的预烧测试，待经过粉末XRD测试环节确认之后，再进行下一步工作。

5、二次球磨，烘干步骤同混料阶段，烘干也同上。

6、过筛造粒炒蜡：将上述粉体反复研磨，坯体粉末按质量百分比5%-10%加入石蜡，保证炒蜡均匀，炒蜡过程中，若大颗粒一碰就变粉状，则炒蜡完成。

过筛：将炒蜡粉料过筛（60目），观察其流动性，确保粉料流动性良好。

压片：在6MPa的压力下成型；一酒精，二干棉，三凡士林。

陶瓷的生产工艺原理与加工技术引言陶瓷是一种古老而重要的材料，广泛应用于制造业、建筑业、电子工业和医疗领域等各个行业。

陶瓷材料的生产工艺原理和加工技术对于提高产品质量和性能具有重要意义。

本文将介绍陶瓷的生产工艺原理和加工技术，以帮助读者更好地了解陶瓷材料的制作过程和相关知识。

陶瓷的生产工艺原理高温烧结原理陶瓷是通过高温烧结来制造的，烧结是指将陶瓷粉体在高温条件下进行加热，使其颗粒之间发生结合，形成致密的材料结构。

高温烧结的原理主要包括以下几个方面：1.粒子结合原理：在高温下，陶瓷粉体中的颗粒发生熔融、扩散和结晶过程，颗粒之间的结合力增强，形成坚固的烧结体。

2.液相烧结原理：一些陶瓷粉体具有液相烧结性能，即在高温下形成液相，促进颗粒结合。

3.固相烧结原理：某些陶瓷粉体的烧结是通过固相反应实现的，固相在颗粒间发生反应，形成高密度的陶瓷材料。

烧结工艺陶瓷的烧结工艺包括原料制备、成型、烧结和后处理等环节。

1.原料制备：陶瓷的制作原料包括陶瓷粉体、添加剂和溶液等。

原料的选择和配比对于陶瓷的性能和品质具有重要影响。

2.成型：陶瓷的成型方式主要有压制、注塑、挤出和注浆等。

成型是将陶瓷粉体制成所需形状的过程，为后续的烧结做好准备。

3.烧结：烧结是将成型后的陶瓷制品放入高温炉中进行加热，使其发生烧结反应。

烧结的参数包括温度、时间和气氛等，对于陶瓷的质量具有重要影响。

4.后处理：陶瓷的后处理包括抛光、涂层、包装等环节，使陶瓷产品更加美观和实用。

陶瓷材料分类陶瓷材料可以按照它们的化学成分和物理性质进行分类。

1.按化学成分分类：陶瓷材料可分为氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和复合陶瓷等。

其中，氧化物陶瓷的主要成分是氧化物，如氧化铝、氧化硅等；非氧化物陶瓷的主要成分是非氧化物，如碳化硅、氮化硅等。

2.按物理性质分类：陶瓷材料可分为结构陶瓷、功能陶瓷和生物陶瓷等。

其中，结构陶瓷主要用于承受机械应力的部件，如陶瓷刀具、陶瓷瓶等；功能陶瓷主要具有特殊的物理和化学性能，如陶瓷陶瓷磁体、陶瓷电容器等；生物陶瓷主要用于医疗领域，如人工关节、牙科陶瓷等。