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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。
特种陶瓷制备工艺摘要：采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行结构设计及控制制造的方法进行制造、加工，具有优异特性的陶瓷称为特种陶瓷。
由于不同的化学组分和显微结构而决定其具有不同的性质和功能，如高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、光电、电光、声光、磁光、超导、生物相容性等。
由于绝缘特殊，这类陶瓷可运用于高温、机械、电子、宇航、医学工程等方面，成为近代尖端科技技术的重要组成部分。
关键词：特种陶瓷陶瓷制备陶瓷成型陶瓷烧结一、前言特种陶瓷是一类采用高精度精选原料,具有能精确控制化学组成,按照便于控制的制造技术加工,便于进行结构设计,并具有优异特性的陶瓷。
由于其具有良好的力学、电学、光学和生物学等特性,成为航空航天、能源、机械、电子信息和生物工程等高技术的基石,并在世界各国掀起了一股“特种陶瓷热”。
特种陶瓷成型方法在特种陶瓷的制备中占有十分重要的地位,它是将陶瓷粉体转变成具有一定形状、体积和强度坯体的过程。
特种陶瓷成型方法总的来说可以分为干法和湿法,近些年来固体无模成型在陶瓷成型的研究中也取得了较为快速的发展。
二、陶瓷粉体的制备粉体的制备方法有：固相法、液相法、和气相法等。
1.固相法：化合反应法：化合反应一般具有以下的反应结构式：A(s)+B(s)→C(s)+D(g)两种或两种以上的固态粉末，经混合后在一定的热力学条件和气氛下反应而成为复合物粉末，有时也伴随一些气体逸出。
钛酸钡粉末的合成就是典型的固相化合反应。
等摩尔比的钡盐BaCO3和二氧化钛混合物粉末在一定条件下发生如下反应：BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑该固相化学反应在空气中加热进行。
生成用于PTC制作的钛酸钡盐，放出二氧化碳。
但是，该固相化合反应的温度控制必须得当，否则得不到理想的、粉末状钛酸钡。
热分解反应法：用硫酸铝铵在空气中进行热分解，就可以获得性能良好的Al2O3粉末。
氧化物还原法：特种陶瓷SiC、Si3N4的原料粉，在工业上多采用氧化物还原方法制备，或者还原碳化，或者还原氧化。
例如SiC粉末的制备，是将SiO2与粉末混合在1460～1600℃的加热条件下，逐步还原碳化。
其大致历程如下：SiO2+C→SiO+CO↑SiO+2C→SiC+CO↑SiO+C→Si+CO↑Si+C→SiC2.液相法：由液相法制备粉末的基本过程为：金属盐溶液→盐或氢氧化物→氧化物粉末所制得的氧化物粉末的特性取决于沉淀和热分解两个过程。
热分解过程中，分解温度固然是个重要因素，然而气氛的影响也很明显。
从溶液制备粉末的方法其特点是：易控制组成，能合成复合氧化物粉末；添加微量成分很方便，可获得良好的混合均匀性等。
但是，必须严格控制操作条件，才能使生成粉末保持溶液说具有的、在离子水平上的化学均匀性。
3.气相法：由气相生成微粉的方法有如下两种：一种是系统不发生化学反应的蒸发-凝聚法（PVD），另一种是气相化学反应法（CVD）蒸发-凝聚法是将原料加热至高温（用电弧或等离子流等加热），使之气化，接着在电弧焰和等离子焰与冷却环境造成的较大温度梯度条件下急冷，凝聚成微粒状物料的方法。
气相化学反应法是挥发性金属化合物的蒸发通过化学反应合成所需要物质的方法。
气相化学反应法可分为两类：一类为单一化合物的分解；另一类为两种以上化学物质之间的反应。
三、特种陶瓷的成型特种陶瓷成型的方法有很多，主要有：注浆成型、可塑成型、模压成型、等静压成型和带式成型。
注浆成型适用于制造大型的。
形状复杂的、薄壁的产品。
可塑成型时利用泥料具有可塑性的特点，经一定工艺处理浆料制成一定形状的制品。
适用于成型具有回转中心的圆形产品，在传统陶瓷生产中较为普遍采用。
模具成型叫干压成型。
在特种陶瓷生产中常常采用干压成型和等静压成型。
其特点是粘结剂含量较低，只有百分之几，不经干燥可以直接焙烧，坯体收缩小，可以自动化生产。
干压成型是将粉料加少量结合剂，按前面所讲到的造粒方法先经造粒，然后将造粒后的粉料置于钢模中，在压力机上加压形成一定形状的坯体。
等静压成型又叫静水压成型，是利用液体介质不可压缩性和均匀传递压力性的一种成型方法。
即处于高压容器中的式样所受到的压力如同处于同一深度的静水中所受到的压力情况，所以叫做静水压或等静压。
此方法有如下特点：（1）可以成型以一般方法不能生产的形状复杂、大件及细长的制品，而且成型质量高。
（2）可以不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压法好。
（3）由于坯体各向受力均匀，其密度大而且均匀，烧成收缩小，因而不易变形。
（4）模具制作方便、寿命长、成本较低。
（5）可以减少用或不用粘合剂。
带式成型是将准备好的粉料内加粘结剂、增塑剂、分散剂、溶剂，然后进行混合，使其均匀再把料浆放入料斗中，料浆从料斗下部流至薄膜载体上。
用刮刀控制厚度，再经红外线加热等方法烘干，得到模坯，连同载体一起卷轴待用，最后按所需要的形状切割或开孔。
四、特种陶瓷的烧结多晶陶瓷材料其性能不仅与化学组成有关，而且还与材料的显微结构密切相关。
当配方、混合、成型等工序完成后，烧结是使材料获得预期的显微结构，赋予材料各种性能的关键工序。
烧结的方法也是多种多样的，有低温烧结、热压烧结、气氛烧结、电场烧结、超高压烧结等下面介绍下氧化铝陶瓷的制作工艺：氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（AL2O3）为主体的材料，用于厚膜集成电路。
氧化铝陶瓷有较好的传导性、机械强度和耐高温性。
需要注意的是需用超声波进行洗涤。
氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷。
因为其优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。
氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。
高纯型氧化铝陶瓷系Aｌ203含量在99．9％以上的陶瓷材料，由于其烧结温度高达1650—1990℃，透射波长为1—6μｍ，一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚：利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管；在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。
普通型氧化铝陶瓷系按Aｌ203含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种，有时Aｌ203含量在80％或75％者也划为普通氧化铝陶瓷系列。
其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等；95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件；85瓷中由于常掺入部分滑石，提高了电性能与机械强度，可与钼、铌、钽等金属封接，有的用作电真空装置器件。
其制作工艺如下：一、粉体制备：将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。
粉体粒度在１μｍ微米以下，若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在99．99％外，还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。
采用挤压成型或注射成型时，粉料中需引入粘结剂与可塑剂，一般为重量比在10－30％的热塑性塑胶或树脂?有机粘结剂应与氧化铝粉体在150－200温度下均匀混合，以利于成型操作。
采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。
若采用半自动或全自动干压成型，对粉体有特别的工艺要求，需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状，以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。
此外，为减少粉料与模壁的摩擦，还需添加1—2％的润滑剂，如硬脂酸及粘结剂PV A。
欲干压成型时需对粉体喷雾造粒，其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。
近年来上海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Aｌ203喷雾造粒的粘结剂，在加热情况下有很好的流动性。
喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散，流动角摩擦温度小于30℃。
颗粒级配比理想等条件，以获得较大素坯密度。
二、成型方法：氧化铝陶瓷制品成型方法有干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、流延、热压与热等静压成型等多种方法。
近几年来国内外又开发出压滤成型、直接凝固注模成型、凝胶注成型、离心注浆成型与固体自由成型等成型技术方法。
不同的产品形状、尺寸、复杂造型与精度的产品需要不同的成型方法。
1、干压成型：氧化铝陶瓷干压成型技术仅限于形状单纯且内壁厚度超过1ｍｍ，长度与直径之比不大于4∶1的物件。
成型方法有单轴向或双向。
压机有液压式、机械式两种，可呈半自动或全自动成型方式。
压机最大压力为200Mpa。
产量每分钟可达15—50件。
由于液压式压机冲程压力均匀，故在粉料充填有差异时压制件高度不同。
而机械式压机施加压力大小因粉体充填多少而变化，易导致烧结后尺寸收缩产生差异，影响产品质量。
因此干压过程中粉体颗粒均匀分布对模具充填非常重要。
充填量准确与否对制造的氧化铝陶瓷零件尺寸精度控制影响很大。
粉体颗粒以大于60μｍ、介于60—200目之间可获最大自由流动效果，取得最好压力成型效果。
2、注浆成型法：注浆成型是氧化铝陶瓷使用最早的成型方法。
由于采用石膏模、成本低且易于成型大尺寸、外形复杂的部件。
注浆成型的关键是氧化铝浆料的制备。
通常以水为熔剂介质，再加入解胶剂与粘结剂，充分研磨之后排气，然后倒注入石膏模内。
由于石膏模毛细管对水分的吸附，浆料遂固化在模内。
空心注浆时，在模壁吸附浆料达要求厚度时，还需将多余浆料倒出。
为减少坯体收缩量、应尽量使用高浓度浆料。
目前陶瓷已经不仅仅被广泛的应用到日用陶瓷（陶瓷餐具、茶具）和艺术陶瓷（陶瓷花瓶、雕塑品）的领域，还更多的被应用到其他方面。
氧化铝陶瓷就是对陶瓷技术的更进一步深化和发展，现已被用到陶瓷刀具等实际应用中，将来会为我们的生活带来了更多的利益。
