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陶瓷烧结过程VIP免费

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陶瓷的烧结过程•陶瓷成形体(素坯)是由陶瓷粉体聚合而成的多孔体,气孔率一般为35-60%。•在高温条件下(熔点的0.5-0.7),由于物质迁移,素坯体积收缩,气孔排除,形成致密的多晶陶瓷体——烧结•烧结伴随气孔形状变化、气孔率下降、密度提高(致密陶瓷相对密度>98%)、晶粒长大烧结的驱动力•粉体表面能与界面能的差•传质过程–扩散传质–溶解析出传质–蒸发凝聚传质–粘性流动烧结过程•粉体颗粒间的粘接、致密化•晶粒长大•晶界相•影响烧结的因素–温度、气氛、压力–粉体活性–烧结助剂烧结方法•常压烧结•热压烧结•热等静压烧结•电弧等离子放电烧结•微波烧结•自蔓延烧结常压烧结•在大气环境下,仅通过加热使陶瓷烧结的方法。•用于制备氧化物陶瓷•烧成制度:各阶段温度点、升温速度、保温时间、降温速度•裸烧、匣钵窑炉类型•间歇式:–箱式电炉–钟罩窑、梭式窑•连续式:–推板窑、辊道窑–隧道窑电炉发热体•马弗炉:金属合金丝(<1100C)•硅碳棒,SiC(<1400C)•硅钼棒,MoSi2(<1700C)•氧化锆,(<2000C)钟罩窑、梭式窑辊道窑、推板窑隧道窑促进烧结的方法•高密度、高均匀性的成形体•烧结助剂–产生低温液相–形成固溶体–钉扎界面,抑制晶粒生长真空烧结、气氛烧结•真空电阻炉:钨丝或石墨发热体(<2000、2300C、可高真空、可通惰性保护气体N2、Ar)•管式气氛炉:电热丝、硅碳、硅钼•非氧化物陶瓷烧结氮化硅陶瓷的无压烧结•氮化硅无熔点、高温分解(1900C)•能形成液相的氧化物烧结助剂(Y2O3-Al2O3,MgO-Al2O3-SiO2)•采用α氮化硅为原料,1420C相变为β相,有利烧结,且该β相为柱状晶,力学性能好。•埋粉(Si3N4:BN:MgO=5:4:1)抑制氮化硅分解氮化硅的气压烧结(GasPressureSinteringGPS)•为了抑制氮化物分解,在N2气压力1-10MPa高压下烧成。•对于氮化硅常压烧成温度要低于1800C,而气压烧结温度可提高到2100-2390C。热压烧结(HotPressing,HP)•加热的同时施加机械压力,增加烧结驱动力,促进烧结–粘性流动–塑性变形–晶界滑移–颗粒重排•一般采用石墨模具,表面涂覆氮化硼,防止反应热等静压(HotIsostaticPressing,HIP)•以高压气体作为压力介质作用于陶瓷材料(包封的粉体和素坯,或烧结体),使其在高温环境下受到等静压而达到高致密化•一般用玻璃封装•HIP的特点:–降低烧成温度、缩短烧成时间–减少或不用烧结助剂–提高陶瓷性能及可靠性–便于制造复杂形状产品微波烧结•利用微波与材料的相互作用,其介电损耗导致陶瓷坯体自身发热而烧结•加热快•整体均匀加热•无热惯性,烧成周期短•可实现局部加热修复等•能效高•无热源污染材料与微波的相互作用•微波透过材料(无吸收):石英玻璃、云母、聚四氟乙烯•微波反射材料:金属•微波吸收材料(损耗介质):–低温吸收小,高于某温度急剧增加:Al2O3、MgO、ZrO2、Si3N4等–室温就高吸收:CaCO3、Fe2O3、Cr2O3、SiC等材料与微波的相互作用•吸收功率:•穿透深度:•升温速率:202tanrPfE01202tan(/)rDpdTPdtC放电等离子烧结(SparkPlasmaSintering,SPS)•对模具或样品直接施加大脉冲电流,通过热效应或其他场效应,使试样烧结•压力500t,脉冲电流25kA•数分钟完成陶瓷烧结放电等离子烧结原理其他烧结方法•自蔓延烧结:SHS合成+压力

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