陶瓷粉末燒結的全工藝講解,燒結是陶瓷坯體經過高溫作用而使材料強度提高的過程和現象,通常也是使材料致密化的過程。燒結過程中,隨著溫度的升高和時間的延長,在顆粒表麵能的作用下,固體顆粒之間的接觸麵積不斷增大,接觸的顆粒發生傳質及晶界移動。
隨著晶體長大,空隙(氣孔)和晶界逐漸減少,坯體的總體積收縮,密度增加,最後成為致密而堅硬的,具有一定顯微結構的陶瓷材料。燒結後坯體的宏觀變化為體積收縮,致密度提高,強度增加。因此常用坯體的收縮率、氣孔率或體積密度與理論密度之比來反映燒結程度。
(1)燒結方法:根據燒結時是否有外界加壓可以將燒結方法分為常壓燒結和壓力燒結。壓力燒結又可分為熱壓燒結和熱等靜壓燒結。
熱壓燒結是在對粉體加熱的同時進行加壓,以增大粉體顆粒間的接觸麵積,加大致密化的動力,使顆粒通過塑性流動進行重新排列,改善堆積狀況。在熱壓燒結中,壓力使致密化的能量增大20倍左右。熱壓一般是在材料的熔點溫度(熱力學溫度,單位K)的1/2溫度下進行,比常壓燒結的溫度要低,時間要短。因此得到的材料的晶粒比較小,改善了力學性能。
18新利官网登陆备用陶瓷成型粘結劑L466X在陶瓷成型中起著十分重要的作用,直接影響粉料的流變性,成型性,產品尺寸精度等。
型號 | 外觀 | 粒徑Dv50 | 熔滴點 ℃ | 優勢 | 添加量 |
L-466X | 白色微粉 | 20-40 | 65-75 | 1、有效防止粉末成分偏析,減少混粉現場揚塵; 2、能提高生坯強度,粘結能力優異; 3、燒結後無殘留,工件表麵無黑點; | 添加量一般在0.3-1%之間 |
常壓燒結又稱無壓燒結,即在大氣壓狀態下,坯體自由燒結。在沒有外加動力作用下,材料開始燒結的溫度通常需達到材料熔點的0. 5~0.8倍,常壓燒結過程的關鍵是控製燒成製度。
熱等靜壓燒結工藝是將粉體壓坯或將裝入包套的粉料放入高壓容器中,在高溫和均衡的氣體壓力作用下,將其燒結為致密的陶瓷體。該法可以製造出高質量的工件,其晶粒均勻,各向同性,幾乎不產生氣孔,密度接近於理論密度。同時,熱壓法所受到的限製也得到解決,可得到零件的最終形狀。由於熱等靜壓工藝複雜、成本高,在應用上受到一定的限製。
按燒結時是否有氣氛可以分為普通燒結和氣氛燒結,普通燒結有時也稱為常壓燒結。對於在空氣中很難燒結的製品,如非氧化物陶瓷或透光陶瓷等,為保證製品的成分、結構及性能,必須使坯件在特殊的氣氛下燒結,這就稱為氣氛燒結。常用的有真空、氫、氮和惰性氣體(如氬)等各種氣氛。
按燒結時坯體內部的狀態可以分為氣相燒結、固相燒結、液相燒結、活化燒結和反應燒結等。此外還發展了一些燒結方法,如等離子體燒結、電火花燒結、電場燒結,高溫自蔓延燒結、超高壓燒結等。
(2)燒結的過程:根據燒成過程中所發生的物理化學變化不同,陶瓷材料的燒結過程分為三個階段:升溫階段、保溫階段和冷卻階段。
升溫階段表現為坯體的水分排出、有機黏合劑等分解氧化、液相產生、晶粒重排等。宏觀上,坯體收縮,密度增大,從而達到製品要求的性能。在該階段,升溫速度是重要的參數。
保溫階段促進陶瓷材料擴散和重結晶的進行,使製品的溫度和性能都保持均勻一致。保溫時間根據陶瓷材料的規格尺寸等確定,不能過長,否則會使晶粒二次長大或發生重結晶現象。
冷卻階段是陶瓷材料從最高溫度降到室溫的過程,冷卻過程中伴有液相凝固、析晶、相變等物理化學變化。因此,冷卻方式、冷卻速度快慢對陶瓷材料最終相的組成、結構和性能等都有很大的影響。不同種類、不同規格尺寸、不同溫度階段等的陶瓷材料,其冷卻速度不同。
(3)影響燒結質量的因素:①物料的粒度物料的粒度越小,比表麵積越大,其表麵自由能也越大,即增加了燒結的推動力,提高了細顆粒在液相中溶解度,從而降低燒結溫度,促進燒結過程進行。
②物料的結晶:化學特性物料的結晶化學特性是決定燒結難易的關鍵性的內在因素。晶格能大、鍵力強,則質點結合牢固,高溫下質點移動困難,不利於燒結。因此,表征晶體鍵力大小的晶格能是決定物料燒結和再結晶難易的重要參數。
不同的結構類型對燒結也有重要的影響。陽離子極性低,結構類型穩定,品格缺陷少,物料內的質點不易移動,燒結困難。
③添加物的作用:在燒結過程中,少量的添加物與燒結相可產生一係列反應、變化,從而促進燒結。添加物與燒結相形成固溶體,產生晶格缺陷,活化晶格。例如,在氧化鋁中添加TiO2,形成少量的固溶體,晶格發生畸變,可降低燒結溫度。添加物能促使液相形成,並改變液相的性質,促進燒結。另外,添加物還能抑製晶粒長大。
④燒結溫度與保溫時間:燒結溫度與保溫時間是影響燒結的重要的外部條件。在一定範圍內,燒結溫度升高,保溫時間延長,均有利於燒結進行。下表為不同燒結溫度下剛玉莫來石結合的剛玉製品的性能。
⑤燒結氣氛:
燒結氣氛一般有氧化、還原和中性氣氛。不同物料在不同的條件下,對氣氛要求不同。
⑥物料顆粒的接觸及壓製情況壓製成形時,通過外加壓力,可以使粉末顆粒之間相互接觸,減少孔隙,並使顆粒間相互接觸點處產生並保留殘餘應力。這種殘餘應力在燒結過程中成為固相擴散物質遷移的驅動力。任何妨礙顆粒間接觸的因素都不利於燒結,也不利於陶瓷材料的致密化。