特种陶瓷制备工艺
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特种陶瓷及涂层制备与加工中的新原理与新工艺摘要:特种陶瓷及其涂层以其良好的抗腐蚀和抗摩擦性能,受到人们的广泛关注。
尤其是陶瓷涂层的应用,大大提高了材料的抗腐蚀抗磨损能力。
近些年来,陶瓷涂层的制备加工新技术和新工艺层出不穷,本文将就介绍陶瓷涂层的制备方法,制备工艺及其原理予以简要介绍。
关键词:陶瓷涂层;原理;工艺众所周知,陶瓷材料具有良好的耐腐蚀和耐磨损性能,可以较好的弥补金属材料在这一方面的缺点,但是陶瓷材料具有本征的脆性,韧性较差。
金属表面喷涂陶瓷涂层可以很好的解决这一问题,充分利用了陶瓷的抗腐蚀和抗磨损能力和金属的良好韧性。
一、热喷涂技术热喷涂技术是在1908年由瑞士的肖普(schoop)博士发明(首创)并用雾化装置进行喷涂试验的。
在1913年制作出世界首台丝材喷枪,并在其后逐渐完善和得到应用。
1920年,日本人去瑞士考察后,发明了以交流电为热源的电弧热喷涂装置,但因交流电不稳定,效率低,涂层质量差等原因,这种交流电弧热喷涂技术及装置未能得到实际的推广和应用。
后来德国改用直流电源后,电弧喷涂才有了真正的实用价值。
1938年,美国研制成功了电弧丝材喷枪,其后又研制出粉末氧-乙炔火焰喷枪。
1953年,当时的西德研制出自熔性合金粉,这是喷涂材料发展的一次重大突破(是粉末喷涂材料从单一金属向合金材料发展,从低熔点材料向高熔点材料发展,从低耐磨性向高耐磨性发展的里程碑)。
上世纪50年代后期,美国又相继研制出爆炸喷涂和等离子喷涂,满足了当时航空、导弹等尖端技术对涂层性能的需要。
上世纪60~70年代,是喷涂材料发展十分活跃的时期,美国、加拿大、瑞士、西德、比利时等国分别研制生产出系列的复合粉、多种自熔合金粉、陶瓷粉、金属陶瓷粉和自粘结复合粉等,这其中包括以Ni-AL为基础的放热型复合粉,这些材料的出现以及材料生产技术的不断完善,使得喷涂材料更加齐备和商品化,满足了当时,直到今天人们在这方面的需求。
我国的热喷涂技术及工程应用早在上世纪50年代初就开始了丝的电弧热喷涂(据资料报道,就在江浙一带的高压输电钢结构塔上喷涂Zn涂层防腐,至今仍在起着防腐蚀的作用)。
一:一次颗粒与二次颗粒的概念?形成二次颗粒团聚的原因是什么?表示粒度颗粒群的都有哪些?所谓粉体颗粒,是指物体的本质结构不发生改变的情况下,分散或细化而得到的固态基本颗粒。
这种基本颗粒,一般是指没有堆积、絮联等结构的最小单元即一次颗粒。
在实际应用的粉体原料中,往往都是在一定程度上团聚的颗粒,即所谓的二次颗粒。
形成二次颗粒的原因,不外乎以下五种(1):分子间的范德华力,(2):颗粒间的静电引力,(3)吸附水分的毛细管力,(4)颗粒间的磁引力,(5)颗粒表面不平滑引起的机械纠缠力。
通常认为:一次颗粒直接与物质的本质两联系,而二次颗粒则往往是作为研究和应用工作中的一种对颗粒的物态描述指标。
颗粒群粒度的表示方法:等体积球相当径,等面积球相当径,等沉降速度相当径,显微镜下测得的颗粒径。
二:特种陶瓷的制备方法?粉碎法:机械粉碎合成法:固相法制备粉末(化学合成法,热分解反应法,氧化物还原法)液相法【沉淀法(直接沉淀法)(均匀沉淀法)(共沉淀法)(醇盐水解法)(特殊的沉淀法,溶胶凝胶和凝胶沉淀)】溶剂蒸发法(冰冻干燥法)(喷雾干燥法)(喷雾热分解)气相法。
三:等静压成型的特点?1:可以成行一般方法不能生产的形状复杂、大件及细而长的制品,而且成型质量高;2:可以不断增加操作难度而比较方便地提高成型压力,而且压力效果比其他干法好;3:由于柸体各向受压里均匀,其密度高而且均匀,烧成收缩小,因而不易变形;4:模具制作方便、寿命长、因而不易变形;5可以少用或不用粘结剂。
四:陶瓷烧结过程中的烧制方式有哪些种以及它们的机理?蒸发和凝聚、扩散、粘滞流动与塑性流动、溶解和沉淀。
蒸发和凝聚机理:在高温下具有较高蒸气压的陶瓷系统、在烧结过程中,由于颗粒之间表面曲率的差异,造成各部分的蒸汽压不同,物质从蒸汽压较高的凸面蒸发,通过气相传递,在蒸汽压较低的凹面处凝聚,这样使颗粒间的接触面积增加,颗粒和形状改变,导致胚体逐步致密化。
扩散的机理:在高温下挥发性较小的陶瓷原料,其物质主要是通过表面扩散和体积扩散进行传递,实际晶体往往有很多的缺陷,当缺陷出现浓度梯度时,它就会有浓度大的地方向浓度低的地方定向扩散。
特种陶瓷热处理特种陶瓷是一种高性能材料,具有高温、高硬度、高强度、高耐磨、高耐腐蚀等优良性能。
它被广泛应用于航空航天、军事、能源、化工、电子等领域。
但是,特种陶瓷的制备过程中存在着一些问题,如高成本、制备难度大、易出现裂纹等。
因此,热处理技术成为了制备特种陶瓷的重要手段之一。
一、特种陶瓷的热处理方法特种陶瓷的热处理方法主要包括烧结、热处理、退火、热压等。
其中,烧结是制备特种陶瓷的主要方法之一。
烧结是指在高温下将陶瓷粉末压制成形后进行加热,使其颗粒间形成化学键而形成致密坚硬的陶瓷材料。
热处理是指将已经形成的陶瓷材料在高温下进行处理,以改善其性能。
退火是指将陶瓷材料在高温下进行加热,然后在慢慢冷却的过程中减小其内部应力,以提高其强度和韧性。
热压是指在高温下将陶瓷材料进行压制,以提高其致密度和强度。
二、特种陶瓷的烧结过程烧结是制备特种陶瓷的主要方法之一,其过程包括压制、烧结和冷却三个阶段。
在压制阶段,将陶瓷粉末按照一定的比例、一定的压力和一定的温度进行压制,形成陶瓷坯体。
在烧结阶段,将陶瓷坯体放入烧结炉中,加热至一定温度,使其颗粒间形成化学键而形成致密坚硬的陶瓷材料。
在冷却阶段,将烧结后的陶瓷材料慢慢冷却,以避免其产生裂纹。
三、特种陶瓷的热处理技术1、退火技术退火是一种常用的热处理技术,可以改善特种陶瓷的性能。
退火温度和时间的选择对陶瓷材料的性能有很大的影响。
退火温度过高或时间过长会使得陶瓷材料变得脆性增加,退火温度过低或时间过短会使得陶瓷材料的性能没有得到改善。
因此,在进行退火处理时,需要选择合适的温度和时间,以达到最佳的效果。
2、热压技术热压是一种将陶瓷材料在高温下进行压制的方法,可以提高其致密度和强度。
热压温度和压力对陶瓷材料的性能有很大的影响。
热压温度过高会使得陶瓷材料发生烧结颗粒的再结晶,从而影响其强度和韧性;热压压力过大会使得陶瓷材料产生裂纹,影响其性能。
因此,在进行热压处理时,需要选择合适的温度和压力,以达到最佳的效果。
石墨陶瓷加工工艺流程石墨陶瓷是一种具有优异性能的特种陶瓷,广泛应用于航天、化工、冶金、石油、军工等领域。
其加工工艺流程包括原料准备、制备石墨陶瓷坯体、烧结和后续加工等步骤。
一、原料准备:1.石墨粉:选择具有高纯度和细度的石墨粉作为原料,通常使用晶化石墨、天然石墨等制备成石墨粉。
2.陶瓷材料:选择适合的陶瓷原料,如氧化铝、氨基酸钾等,根据所需的石墨陶瓷性能进行选择。
二、制备石墨陶瓷坯体:1.石墨与陶瓷粉末的混合:将石墨粉和陶瓷粉按一定比例加入球磨罐中,用球磨机进行混合研磨,使两种粉末充分混合均匀。
2.加入有机粘结剂制成浆料:将混合后的粉末加入有机粘结剂,并控制浆料的黏度,以便进行后续成型工艺。
3.成型:选取适当的成型方法,如注模成型、压模成型、注射成型等,将浆料进行成型,制成石墨陶瓷坯体。
4.压实:将成型后的坯体放入压机中进行压制,提高坯体的密实度。
三、烧结:1.除去有机粘结剂:在烧结前,必须先除去坯体中的有机粘结剂,通常通过高温预处理或高温气氛烧结的方法将有机物烧尽。
2.稳定烧结:将坯体放入烧结炉中,通过逐步增加温度的方式进行烧结。
首先进行低温烧结,以消除残余的有机物和气孔;接着进行高温烧结,以实现陶瓷晶粒的生长和结合。
3.控制烧结工艺参数:烧结过程中,需要控制烧结温度、保温时间、气氛、热处理速率等工艺参数,以保证石墨陶瓷的良好性能。
四、后续加工:1.加工修整:烧结后的石墨陶瓷坯体需要经过机械加工和研磨修整,使其达到规定的尺寸和形状要求。
2.表面处理:石墨陶瓷的表面可能存在一些毛刺或缺陷,在后续加工中需要进行打磨、抛光等工序,使其表面平整光滑。
3.检测和测试:对加工好的石墨陶瓷进行质量检测和性能测试,包括硬度、密度、抗压强度、热传导性能等指标的检测。
以上就是石墨陶瓷加工工艺流程的主要步骤。
每个步骤都需要严格控制工艺参数,以保证最终产品的质量和性能。
同时,针对不同的应用需求,还可以进行表面涂层、耐火处理等进一步的加工工艺。
第二章特种陶瓷的成型工艺粉料制备成型工艺陶瓷烧结第三节成型工艺引起材料破坏的缺陷大多源于坯体中,即形成于成型过程,成型过程造成的缺陷往往是陶瓷材料的主要危险缺陷,控制和消除这些缺陷的产生是人们深入研究成型工艺的主要原因。
恰当的成型工艺可以有效地降低烧结温度和坯体收缩率,加快致密化进程,减少烧结制品的机加工量,消除和控制烧结过程中的开裂、变形、晶粒长大等缺陷,调控界面结构组成。
因此,成型工艺是制备高性能陶瓷及其部件的关键。
成型就是将坯料制成具有一定形状尺寸¾成型就是将坯料制成具有一定形状、尺寸、孔隙和强度的坯体(生坯)的工艺过程。
¾成型技术和方法丰富、广泛,且具有不同的特点。
¾特种陶瓷成型方法的选择,是根据制品的性能要求、形状、大小、厚薄、产量和经性能要求形状大小厚薄产量和经济效益等方面进行的。
第节第一节配料计算在特种陶瓷工艺中,配料对制品的性能和以后各道工序影响很大,必须认真进行,否则将会带来不可估量的影的含量变动响。
例如,PZT压电陶瓷的配料中,ZrO20.5~0.7%时,Zr/Ti比就从52/48变到54/46,从下图可以看到,此时PZT陶瓷极化后的介电常数的变动是很大的。
PZT压电陶瓷配方组成点多半是靠近相界线,由于相界线的组成范围很窄,一旦组成点发生偏离,制品性能波动很的组成范围很窄旦组成点发生偏离制品性能波动很大,甚至会使晶体结构从四方相变到立方相。
第一节配料计算常用的配料计算方法有两种:一种是按化学计量式进行常用的配料计算方法有两种:种是按化学计量式进行计算,一种是根据坯料预期的化学组成进行计算。
1、按化学计量式计算Ca(Ti 0.54Zr 0.46)O 3,(Ba 0.85Sr 0.15)TiO 3其化学分子式的特点与相似其化学分子式的特点:与ABO 3相似,A 位置上和B 位置上各元素右下角系数的和等于1。
例如,(Ca 0.85Ba 0.15)TiO 3可以C TiO C B 看成是CaTiO 3中有15%的Ca 被Ba 取代了。
特种陶瓷制备工艺
特种陶瓷制备工艺主要包括以下几个步骤:
1. 材料准备:选择适合特种陶瓷制备的原材料,如氧化铝、氮化硅、氧化锆等,并按照一定的比例混合和研磨,使其成为粉末状。
2. 成型:将粉末状材料通过成型工艺成型,常见的成型方法包括注塑成型、压制成型和挤出成型等。
3. 烧结:将成型后的陶瓷件进行烧结处理,使其在高温下发生化学反应,颗粒之间发生结合,形成致密的陶瓷体。
常见的烧结工艺包括等静压烧结、热等静压烧结和热压烧结等。
4. 加工:对于需要进行后续加工的特种陶瓷制品,还需要进行精加工和表面处理。
常见的加工工艺包括磨削、抛光、切割等。
5. 检测与品质控制:对特种陶瓷制品进行质量检测,包括外观检查、尺寸测量、力学性能测试和化学成分分析等,确保产品符合要求。
6. 涂装和烤漆(可选):根据产品的需要,进行涂装和烤漆处理,增加陶瓷制品的美观和耐用性。
特种陶瓷制备工艺主要包括材料准备、成型、烧结、加工、检测与品质控制以及涂装和烤漆等环节,不同的特种陶瓷材料和应用领域会有不同的制备工艺。