第五節(jié)燒結(jié)技術(shù)

1、蔡蔡 艷艷 芝芝 西安建筑科技大學(xué)西安建筑科技大學(xué)材料科學(xué)所材料科學(xué)所電話(huà)電話(huà): 82205245, 135 7224 6604E-mail: 第五節(jié) 燒結(jié)技術(shù)內(nèi)容提要1. 燒結(jié)的概念燒結(jié)的概念2. 燒結(jié)方法燒結(jié)方法3. 燒結(jié)的影響因素?zé)Y(jié)的影響因素收縮收縮ab收縮無(wú)氣孔的多晶體c說(shuō)明：說(shuō)明：a: 顆粒聚攏顆粒聚攏b: 開(kāi)口堆積體中開(kāi)口堆積體中顆粒中心逼近顆粒中心逼近c(diǎn): 封閉堆積體中封閉堆積體中顆粒中心逼近顆粒中心逼近燒結(jié)的實(shí)際過(guò)程燒結(jié)的實(shí)際過(guò)程（SEM照片）（照片）（a）燒結(jié)前，）燒結(jié)前，（b）開(kāi)始燒結(jié)，（）開(kāi)始燒結(jié)，（c)燒結(jié)中，（燒結(jié)中，（d）燒結(jié)后）燒結(jié)后1. 燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)技術(shù)(Si

2、ntering)燒燒 結(jié)結(jié) 成型后的坯體在低于熔點(diǎn)的高溫作用成型后的坯體在低于熔點(diǎn)的高溫作用下、通過(guò)坯體間顆粒相互粘結(jié)和物質(zhì)傳遞，氣孔下、通過(guò)坯體間顆粒相互粘結(jié)和物質(zhì)傳遞，氣孔排除，體積收縮，強(qiáng)度提高、逐漸變成具有一定排除，體積收縮，強(qiáng)度提高、逐漸變成具有一定的幾何形狀和堅(jiān)固燒結(jié)體的致密化過(guò)程。的幾何形狀和堅(jiān)固燒結(jié)體的致密化過(guò)程。通常用坯體通常用坯體收縮率、強(qiáng)度、密度、氣孔率收縮率、強(qiáng)度、密度、氣孔率等等物理指標(biāo)來(lái)衡量陶瓷燒結(jié)質(zhì)量的好壞。物理指標(biāo)來(lái)衡量陶瓷燒結(jié)質(zhì)量的好壞。 1. 燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)技術(shù)(Sintering) 燒燒 結(jié)結(jié) 是陶瓷坯體在高溫下的致密化過(guò)程的總是陶瓷坯體在高溫下的致密化過(guò)程

3、的總稱(chēng)。隨著溫度的上升和時(shí)間的延長(zhǎng)，固體顆?；シQ(chēng)。隨著溫度的上升和時(shí)間的延長(zhǎng)，固體顆?；ハ噫I連、晶粒長(zhǎng)大、孔隙或氣孔逐漸減少，通過(guò)相鍵連、晶粒長(zhǎng)大、孔隙或氣孔逐漸減少，通過(guò)物質(zhì)的傳遞，總體積收縮、密度增加，最后變成物質(zhì)的傳遞，總體積收縮、密度增加，最后變成堅(jiān)硬的具有某種顯微結(jié)構(gòu)的多晶燒結(jié)體。除了陶?qǐng)?jiān)硬的具有某種顯微結(jié)構(gòu)的多晶燒結(jié)體。除了陶瓷材料以外，高熔點(diǎn)技術(shù)材料瓷材料以外，高熔點(diǎn)技術(shù)材料(W, Mo, Nb, Ta)的的制造也都采用燒結(jié)技術(shù)。制造也都采用燒結(jié)技術(shù)。1. 燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)技術(shù)(Sintering) 燒燒 結(jié)結(jié) 燒結(jié)的實(shí)質(zhì)是粉體坯塊在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境或氣燒結(jié)的實(shí)質(zhì)是粉體坯塊在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境或氣

4、氛下受熱，通過(guò)一系列物理、化學(xué)變化，使粉體顆氛下受熱，通過(guò)一系列物理、化學(xué)變化，使粉體顆粒間發(fā)生質(zhì)的變化，由顆粒聚集體變成晶粒結(jié)合體。粒間發(fā)生質(zhì)的變化，由顆粒聚集體變成晶粒結(jié)合體。由多孔體變成致密體，使坯塊強(qiáng)度和密度迅速增加，由多孔體變成致密體，使坯塊強(qiáng)度和密度迅速增加，其它物理、力學(xué)性能也得到明顯的改善。其它物理、力學(xué)性能也得到明顯的改善。1. 燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)技術(shù)(Sintering) 按熱力學(xué)觀點(diǎn)，燒結(jié)是系統(tǒng)總能量降低的過(guò)程。按熱力學(xué)觀點(diǎn)，燒結(jié)是系統(tǒng)總能量降低的過(guò)程。由于粉體原料比表面積大，表面自由能高，且在粉由于粉體原料比表面積大，表面自由能高，且在粉體內(nèi)部存在各種晶體缺陷，因此比塊狀物體

5、具有高體內(nèi)部存在各種晶體缺陷，因此比塊狀物體具有高得多的能量。降低系統(tǒng)能量水平的趨勢(shì)構(gòu)成燒結(jié)過(guò)得多的能量。降低系統(tǒng)能量水平的趨勢(shì)構(gòu)成燒結(jié)過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力。通過(guò)燒結(jié)，使總能量降低，系統(tǒng)由介程的驅(qū)動(dòng)力。通過(guò)燒結(jié)，使總能量降低，系統(tǒng)由介穩(wěn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)。在此過(guò)程中，溫度起到幫穩(wěn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)。在此過(guò)程中，溫度起到幫助克服能壘的作用。助克服能壘的作用。燒結(jié)助劑燒結(jié)助劑燒結(jié)助劑或添加劑可在陶瓷的燒結(jié)過(guò)程中形成少量液相510(體積)。液相的出現(xiàn)大大加快了燒結(jié)速度，使制品的致密度迅速增加。添加劑的作用添加劑的作用（Additive/Sintering Aid）1 改變點(diǎn)缺陷濃度，從而改變某種粒子的擴(kuò)散系

6、數(shù)；改變點(diǎn)缺陷濃度，從而改變某種粒子的擴(kuò)散系數(shù)；2 在晶界附近聚集，影響晶界的遷移速率，從而影響晶粒在晶界附近聚集，影響晶界的遷移速率，從而影響晶粒 長(zhǎng)大的干擾作用；長(zhǎng)大的干擾作用；3 提高表面能界面能比值，直接提高致密化的動(dòng)力；提高表面能界面能比值，直接提高致密化的動(dòng)力；4 在晶界形成第二相，為原子擴(kuò)散提供快速途徑；在晶界形成第二相，為原子擴(kuò)散提供快速途徑；5 第二相在晶界的釘扎作用，阻礙晶界的遷移。第二相在晶界的釘扎作用，阻礙晶界的遷移。燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)技術(shù)(Sintering)液相燒結(jié)：液相燒結(jié)：液相燒結(jié)致密化過(guò)程可以分為三個(gè)階段，曲線(xiàn)液相燒結(jié)致密化過(guò)程可以分為三個(gè)階段，曲線(xiàn)1 1段為液相生

7、段為液相生成與顆粒重排，這時(shí)由于液相本身的黏性流動(dòng)使顆粒重新分布并排列得成與顆粒重排，這時(shí)由于液相本身的黏性流動(dòng)使顆粒重新分布并排列得更加致密。曲線(xiàn)更加致密。曲線(xiàn)2 2段為溶解與析出，細(xì)小顆粒和粗顆粒表面凸起部分在段為溶解與析出，細(xì)小顆粒和粗顆粒表面凸起部分在液相中溶解，并在粗顆粒表面上析出。因此，小顆粒減少，粗顆粒長(zhǎng)大，液相中溶解，并在粗顆粒表面上析出。因此，小顆粒減少，粗顆粒長(zhǎng)大，顆粒形狀變得比較規(guī)整，且顆粒表面趨于光滑；與顆粒形狀變得比較規(guī)整，且顆粒表面趨于光滑；與l l段相比，致密化程度段相比，致密化程度減慢。曲線(xiàn)減慢。曲線(xiàn)3 3段為固相燒結(jié)，經(jīng)過(guò)前兩個(gè)階段的顆粒重排、溶解與析出，段為

8、固相燒結(jié)，經(jīng)過(guò)前兩個(gè)階段的顆粒重排、溶解與析出，使固相顆粒結(jié)合形成骨架，剩余液相填充于骨架的間隙。固相燒結(jié)實(shí)質(zhì)使固相顆粒結(jié)合形成骨架，剩余液相填充于骨架的間隙。固相燒結(jié)實(shí)質(zhì)是顆粒與顆粒接觸面積增大，并發(fā)生晶粒長(zhǎng)大與顆粒熔并，促使制品進(jìn)是顆粒與顆粒接觸面積增大，并發(fā)生晶粒長(zhǎng)大與顆粒熔并，促使制品進(jìn)一步致密化的過(guò)程。一步致密化的過(guò)程。燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)技術(shù)(Sintering)莫來(lái)石燒結(jié)莫來(lái)石燒結(jié)燒結(jié)助劑：燒結(jié)助劑：就添加劑來(lái)說(shuō)，一類(lèi)是由于生成液相，降低燒結(jié)溫度而促進(jìn)莫來(lái)石就添加劑來(lái)說(shuō)，一類(lèi)是由于生成液相，降低燒結(jié)溫度而促進(jìn)莫來(lái)石燒結(jié)的。其機(jī)理是液相對(duì)固相的表面潤(rùn)濕力和表面張力，使固相粒子靠近并填燒結(jié)的

9、。其機(jī)理是液相對(duì)固相的表面潤(rùn)濕力和表面張力，使固相粒子靠近并填充氣孔。產(chǎn)生較多液相可加速燒結(jié)，但液相冷卻后生成的玻璃相易于在晶界富充氣孔。產(chǎn)生較多液相可加速燒結(jié)，但液相冷卻后生成的玻璃相易于在晶界富集，對(duì)力學(xué)性能提高并不利。何況，燒成后期時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，還會(huì)引起晶粒異常長(zhǎng)集，對(duì)力學(xué)性能提高并不利。何況，燒成后期時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，還會(huì)引起晶粒異常長(zhǎng)大，破壞細(xì)小均勻結(jié)構(gòu)，使性能惡化。大，破壞細(xì)小均勻結(jié)構(gòu)，使性能惡化。另一類(lèi)添加劑是與基體中另一類(lèi)添加劑是與基體中Al2O3生成固溶體，導(dǎo)致晶格畸變而得到活化，產(chǎn)生大生成固溶體，導(dǎo)致晶格畸變而得到活化，產(chǎn)生大量缺陷或空位使擴(kuò)散速度增大，傳質(zhì)作用明顯，從而降低燒結(jié)溫度，

10、提高燒結(jié)量缺陷或空位使擴(kuò)散速度增大，傳質(zhì)作用明顯，從而降低燒結(jié)溫度，提高燒結(jié)速度，使結(jié)構(gòu)致密化。速度，使結(jié)構(gòu)致密化。MgO、TiO2、ZrO2是反應(yīng)燒結(jié)中常用的添加劑。當(dāng)是反應(yīng)燒結(jié)中常用的添加劑。當(dāng)MgO含量很低時(shí)會(huì)與含量很低時(shí)會(huì)與Al2O3形成固溶體；當(dāng)形成固溶體；當(dāng)MgO加入量超過(guò)固溶極限時(shí)，則與加入量超過(guò)固溶極限時(shí)，則與Al2O3生成鎂鋁尖晶石第二相，并在晶界上析出，起到生成鎂鋁尖晶石第二相，并在晶界上析出，起到“釘扎釘扎”作用而阻礙晶界遷移，作用而阻礙晶界遷移，抑制晶粒長(zhǎng)大；但抑制晶粒長(zhǎng)大；但MgO過(guò)量則反而起不到促進(jìn)燒結(jié)的作用，這是由于過(guò)量則反而起不到促進(jìn)燒結(jié)的作用，這是由于MgO高

11、溫高溫下比較容易揮發(fā)，增加顯氣孔率而降低性能。下比較容易揮發(fā)，增加顯氣孔率而降低性能。泰曼溫度泰曼溫度(Tamman Temperature) 泰曼溫度：固體物質(zhì)的：固體物質(zhì)的燒結(jié)開(kāi)始溫度燒結(jié)開(kāi)始溫度，表征固體，表征固體中空位或質(zhì)點(diǎn)不再被中空位或質(zhì)點(diǎn)不再被“凍結(jié)凍結(jié)”的溫度，因而可以比較和估計(jì)的溫度，因而可以比較和估計(jì)固體物質(zhì)的擴(kuò)散、燒結(jié)和反應(yīng)能力。固體物質(zhì)的擴(kuò)散、燒結(jié)和反應(yīng)能力。 Tamman指出，除物質(zhì)的燒結(jié)與其熔點(diǎn)之間有一近似關(guān)指出，除物質(zhì)的燒結(jié)與其熔點(diǎn)之間有一近似關(guān)系：系： 金屬粉末金屬粉末0.30.4Tm 無(wú)機(jī)鹽類(lèi)無(wú)機(jī)鹽類(lèi)0.57Tm 硅酸鹽類(lèi)硅酸鹽類(lèi)0.80.9Tm2. 燒結(jié)方法匯

12、總燒結(jié)方法匯總3.3.燒燒 結(jié)結(jié) 機(jī)機(jī) 制制氣相傳質(zhì)示意圖氣相傳質(zhì)示意圖固態(tài)傳質(zhì)示意圖固態(tài)傳質(zhì)示意圖燒結(jié)過(guò)程中氣孔的變化燒結(jié)過(guò)程中氣孔的變化燒結(jié)過(guò)程中液相的作用燒結(jié)過(guò)程中液相的作用 (a)固相燒結(jié)(Al2O3)和(b)液相燒結(jié)樣品 (98W-1Ni-1F2(wt%)的顯微結(jié)構(gòu) 燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力 燒結(jié)的驅(qū)動(dòng)力就是總界面能的減少。粉末坯體的總界面能表示為燒結(jié)的驅(qū)動(dòng)力就是總界面能的減少。粉末坯體的總界面能表示為A，其中其中為界面能；為界面能；A為總的比表面積。那么總界面能的減少為：為總的比表面積。那么總界面能的減少為：AAA 其中，界面能的變化（其中，界面能的變化（）是因?yàn)闃悠返闹旅芑?，比表面積

13、的變化）是因?yàn)闃悠返闹旅芑?，比表面積的變化是由于晶粒的長(zhǎng)大。對(duì)于固相燒結(jié)，是由于晶粒的長(zhǎng)大。對(duì)于固相燒結(jié)，主要是固主要是固/固界面取代固固界面取代固/氣界面。氣界面。 在燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的作用下燒結(jié)過(guò)程中的基本現(xiàn)象 燒結(jié)參數(shù)燒結(jié)參數(shù)燒結(jié)參數(shù)對(duì)于燒結(jié)樣品性能的影響燒結(jié)參數(shù)對(duì)于燒結(jié)樣品性能的影響一、材料參數(shù)對(duì)燒結(jié)的影響一、材料參數(shù)對(duì)燒結(jié)的影響 （1）顆粒尺寸對(duì)燒結(jié)的影響）顆粒尺寸對(duì)燒結(jié)的影響 在一定溫度下，半徑為r1的一列球形顆粒所需要的燒結(jié)時(shí)間為t1，半徑為r2的另一列排列相同的球形顆粒燒結(jié)時(shí)間為t2，則： 1122)/(trrtn 如果顆粒尺寸從1 m減小到0.01 m，則燒結(jié)時(shí)間降低106到108

14、數(shù)量級(jí)。同時(shí)，小的顆粒尺寸可以使燒結(jié)體的密度提高，同時(shí)降低燒結(jié)溫度、減少燒結(jié)時(shí)小的顆粒尺寸可以使燒結(jié)體的密度提高，同時(shí)降低燒結(jié)溫度、減少燒結(jié)時(shí)間。間。 （2）粉體結(jié)塊和團(tuán)聚對(duì)燒結(jié)的影響）粉體結(jié)塊和團(tuán)聚對(duì)燒結(jié)的影響 結(jié)塊的概念是指一小部分質(zhì)量的顆粒通過(guò)表面力和/或固體橋接作用結(jié)合在一起；而團(tuán)聚描述的是顆粒經(jīng)過(guò)牢固結(jié)合和/或嚴(yán)重反應(yīng)形成的粗大顆粒。結(jié)塊和團(tuán)聚形成的粗大顆粒都是通過(guò)表面力結(jié)合。細(xì)小顆粒在液體和固體介質(zhì)中承受吸引細(xì)小顆粒在液體和固體介質(zhì)中承受吸引力和排斥力形成結(jié)塊和團(tuán)聚體力和排斥力形成結(jié)塊和團(tuán)聚體示意圖 （3）顆粒形狀對(duì)燒結(jié)的影響）顆粒形狀對(duì)燒結(jié)的影響顆粒形狀和液相體積含量對(duì)顆粒之間作

15、用力的影響 只有在大量液相存在的情況下，才能使這些具有一定棱角形只有在大量液相存在的情況下，才能使這些具有一定棱角形狀的陶瓷粉體之間形成較高的結(jié)合強(qiáng)度。狀的陶瓷粉體之間形成較高的結(jié)合強(qiáng)度。 （4）顆粒尺寸分布對(duì)燒結(jié)的影響）顆粒尺寸分布對(duì)燒結(jié)的影響 顆粒尺寸分布對(duì)最終燒結(jié)樣品密度的影響可以通過(guò)分析有關(guān)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程來(lái)研究，即分析由不同尺寸分布的坯體內(nèi)部，在燒結(jié)過(guò)程中“拉出氣孔”（pore drag）和晶粒生長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力之間力的平衡作用。 研究表明，較小的顆粒尺寸分布范圍較小的顆粒尺寸分布范圍是獲取高燒結(jié)密度的必要條件。 2.1 常壓燒結(jié)常壓燒結(jié)常壓燒結(jié)是指坯件在常壓下進(jìn)行的燒結(jié)。其中有時(shí)也施有外加氣壓

16、，但并不是以氣壓作為燒結(jié)的驅(qū)動(dòng)力，而只是為了在高溫范圍內(nèi)抑制坯件化合物的分解和組成元素的揮發(fā)。因此，仍屬于常壓燒結(jié)。采用什么燒結(jié)氣氛由產(chǎn)品的性能需要決定，可以用保護(hù)氣體如氬氣、氮?dú)?，也可在真空或空氣中進(jìn)行。傳統(tǒng)陶瓷多半在隧道窯中進(jìn)行燒結(jié)。特種陶瓷主要在電爐中進(jìn)行，包括電阻爐、感應(yīng)爐等。2.1 常壓燒結(jié)常壓燒結(jié)一般燒結(jié)過(guò)程包括三個(gè)階段：升溫、保溫和降溫。一般燒結(jié)過(guò)程包括三個(gè)階段：升溫、保溫和降溫。升溫階段，坯體中的水分和黏合劑在此階段要排除，水分的蒸升溫階段，坯體中的水分和黏合劑在此階段要排除，水分的蒸發(fā)在發(fā)在100200之間，黏合劑的揮發(fā)在之間，黏合劑的揮發(fā)在450以前完成。在升溫的開(kāi)以前完成

17、。在升溫的開(kāi)始階段，坯件由于受熱，體積膨脹，然后才開(kāi)始收縮。所以在此階始階段，坯件由于受熱，體積膨脹，然后才開(kāi)始收縮。所以在此階段低溫段低溫600以下時(shí)，升溫速度要小一些，一般是以下時(shí)，升溫速度要小一些，一般是(50100)h。而后隨著系統(tǒng)溫度的再升高，坯件收縮，顆粒之間接觸得更緊密。而后隨著系統(tǒng)溫度的再升高，坯件收縮，顆粒之間接觸得更緊密，燒結(jié)反應(yīng)開(kāi)始，氣孔率下降，晶粒形成。，燒結(jié)反應(yīng)開(kāi)始，氣孔率下降，晶粒形成。2.1 常壓燒結(jié)常壓燒結(jié)保溫階段坯體要很好地致密化，并要形成晶粒，晶粒還要長(zhǎng)保溫階段坯體要很好地致密化，并要形成晶粒，晶粒還要長(zhǎng)大。大。 降溫階段，對(duì)于大多數(shù)陶瓷材料，采取隨爐冷卻的

18、方法。有降溫階段，對(duì)于大多數(shù)陶瓷材料，采取隨爐冷卻的方法。有些材料的降溫速度不能太快，否則易造成坯體的開(kāi)裂。些材料的降溫速度不能太快，否則易造成坯體的開(kāi)裂。2.1 常壓燒結(jié)常壓燒結(jié)優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、制造成本低、易于制造形優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、制造成本低、易于制造形狀復(fù)雜的制品，并便于批量生產(chǎn)。狀復(fù)雜的制品，并便于批量生產(chǎn)。缺點(diǎn)：所獲陶瓷材料的致密度和性能不及熱缺點(diǎn)：所獲陶瓷材料的致密度和性能不及熱壓燒結(jié)高。壓燒結(jié)高。2.2 熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)用普通燒結(jié)法很難燒結(jié)成完全致密的燒結(jié)體。用普通燒結(jié)法很難燒結(jié)成完全致密的燒結(jié)體。特別是坯件內(nèi)存在的氣孔對(duì)致密度有很大影響。特別是坯件內(nèi)存在的氣孔對(duì)致密度有很大影響。

19、為了獲得高密度的燒結(jié)體可采用熱壓燒結(jié)。為了獲得高密度的燒結(jié)體可采用熱壓燒結(jié)。2.2 熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié) 熱壓燒結(jié)是將粉料或坯件裝在熱壓模具熱壓燒結(jié)是將粉料或坯件裝在熱壓模具(金屬或高強(qiáng)石墨金屬或高強(qiáng)石墨)中，置中，置于熱壓高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)加熱，當(dāng)溫度升到預(yù)定的溫度于熱壓高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)加熱，當(dāng)溫度升到預(yù)定的溫度(一般加熱到正常一般加熱到正常燒結(jié)溫度或稍低燒結(jié)溫度或稍低)時(shí)，對(duì)粉料或坯件施加以一定的壓力時(shí)，對(duì)粉料或坯件施加以一定的壓力(一般為金屬模一般為金屬模壓成型壓力的壓成型壓力的1/101/3)，在短時(shí)間內(nèi)粉末被燒結(jié)成致密、均勻、晶，在短時(shí)間內(nèi)粉末被燒結(jié)成致密、均勻、晶粒細(xì)小的陶瓷制品。因此，該方法是

20、成型和燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行的一種方法粒細(xì)小的陶瓷制品。因此，該方法是成型和燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行的一種方法。熱壓方法一般適用于難熔陶瓷粉體，這些粉體的燒結(jié)性能很差。由。熱壓方法一般適用于難熔陶瓷粉體，這些粉體的燒結(jié)性能很差。由于熱壓是壓制和燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程，所以致密化程度要比一般燒結(jié)于熱壓是壓制和燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程，所以致密化程度要比一般燒結(jié)高得多，迅速得多。實(shí)際上，用熱壓法可以制取無(wú)孔的制品。高得多，迅速得多。實(shí)際上，用熱壓法可以制取無(wú)孔的制品。2.2 熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)2.2 熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：晶粒的長(zhǎng)大得到了有效的控制。降低氣孔率、提高燒結(jié)密度、：晶粒的長(zhǎng)大得到了有效的控制。降低氣孔率、提高燒結(jié)

21、密度、晶粒尺寸小?？梢灾频脦缀踅咏碚撁芏鹊闹破贰?shí)踐表明，熱壓制品，特別是晶粒尺寸小?？梢灾频脦缀踅咏碚撁芏鹊闹破贰?shí)踐表明，熱壓制品，特別是連續(xù)熱壓制品的晶粒尺寸，可以控制在連續(xù)熱壓制品的晶粒尺寸，可以控制在11.5m左右，比普通燒結(jié)法小得左右，比普通燒結(jié)法小得 多，多，這是因?yàn)闊釅哼^(guò)程是在短時(shí)間內(nèi)完成的。降低燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時(shí)間、成型這是因?yàn)闊釅哼^(guò)程是在短時(shí)間內(nèi)完成的。降低燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時(shí)間、成型壓力低；如氧化鋁、壓力低；如氧化鋁、SiC、Si3N4三大系列材料的熱壓溫度一般在三大系列材料的熱壓溫度一般在15001800下下進(jìn)行，燒結(jié)時(shí)間一般為進(jìn)行，燒結(jié)時(shí)間一般為3050min。

22、連續(xù)熱壓燒結(jié)一般為。連續(xù)熱壓燒結(jié)一般為1015min。成形壓力。成形壓力，僅為金屬模壓壓力的，僅為金屬模壓壓力的1/101/3，一般熱壓制品所施加的壓力在，一般熱壓制品所施加的壓力在2001000kg/cm2的范圍內(nèi)取值?？梢苑乐蛊胀Y(jié)下出現(xiàn)的成分揮發(fā)或分解。可的范圍內(nèi)取值?？梢苑乐蛊胀Y(jié)下出現(xiàn)的成分揮發(fā)或分解?？梢钥刂撇牧系娘@微結(jié)構(gòu)。通過(guò)調(diào)整燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、外加壓力等參數(shù)，可以以控制材料的顯微結(jié)構(gòu)。通過(guò)調(diào)整燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、外加壓力等參數(shù)，可以控制材料的晶粒尺寸。控制材料的晶粒尺寸。2.2 熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)的模具一般選用既耐久又便宜的材料熱壓燒結(jié)的模具一般選用既耐久又便宜的

23、材料。大多采用石墨材料，有時(shí)也可用氧化鋁等。熱壓。大多采用石墨材料，有時(shí)也可用氧化鋁等。熱壓燒結(jié)工藝的加熱方式分為電阻直熱式、電阻間熱式燒結(jié)工藝的加熱方式分為電阻直熱式、電阻間熱式和感應(yīng)加熱式三種。和感應(yīng)加熱式三種。2.2 熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)2.2 熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié) 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：熱壓燒結(jié)的生產(chǎn)率較低，制品形狀和尺寸有熱壓燒結(jié)的生產(chǎn)率較低，制品形狀和尺寸有一定的限制，設(shè)備復(fù)雜，多適用于有特殊要求的材料；一定的限制，設(shè)備復(fù)雜，多適用于有特殊要求的材料；采用高純高強(qiáng)石墨壓模材料時(shí)，模具的損耗大，壽命短；采用高純高強(qiáng)石墨壓模材料時(shí)，模具的損耗大，壽命短；不適于制造形狀過(guò)分復(fù)雜的制品；不適于制造形狀過(guò)分復(fù)雜

24、的制品；制品表面粗糙，精制品表面粗糙，精度低，一般要進(jìn)行精加工。度低，一般要進(jìn)行精加工。2.3 熱等靜壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié)等靜熱壓燒結(jié)等靜熱壓燒結(jié)(HIP)也稱(chēng)熱等靜壓燒結(jié)，是一種在高壓保護(hù)氣體下也稱(chēng)熱等靜壓燒結(jié)，是一種在高壓保護(hù)氣體下的高溫?zé)Y(jié)方法，其等靜壓由高壓氣體提供。熱等靜壓燒結(jié)也是一種成的高溫?zé)Y(jié)方法，其等靜壓由高壓氣體提供。熱等靜壓燒結(jié)也是一種成型和燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行的方法。它是利用常溫等靜壓工藝與高溫?zé)Y(jié)相結(jié)臺(tái)型和燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行的方法。它是利用常溫等靜壓工藝與高溫?zé)Y(jié)相結(jié)臺(tái)的新技術(shù)，解決了普通熱壓燒結(jié)中缺乏橫向壓力和產(chǎn)品密度不夠均勻的的新技術(shù)，解決了普通熱壓燒結(jié)中缺乏橫向壓力和產(chǎn)品密度不夠

25、均勻的問(wèn)題，并可使瓷體的致密度基本上達(dá)問(wèn)題，并可使瓷體的致密度基本上達(dá)100。這種方法是在爐體內(nèi)有一。這種方法是在爐體內(nèi)有一個(gè)高壓容器，要燒結(jié)的物體放在里面。粉末或壓坯被密封在不透水的韌個(gè)高壓容器，要燒結(jié)的物體放在里面。粉末或壓坯被密封在不透水的韌性金屬套中或玻璃套中。溫度上升到所需范圍時(shí)，引入適當(dāng)壓力的中性性金屬套中或玻璃套中。溫度上升到所需范圍時(shí)，引入適當(dāng)壓力的中性氣體，如氣體，如N2或或Ar。也就是說(shuō)在一定溫度下有效地施加等靜壓力。也就是說(shuō)在一定溫度下有效地施加等靜壓力。2.3 熱等靜壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié)2.3 熱等靜壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié) 等靜熱壓工藝有等靜熱壓工藝有5種不同的方式種不同的方

26、式: (1)先升壓后升溫方式先升壓后升溫方式 先升壓后升溫方式是將封于包套內(nèi)的坯件先升壓后升溫方式是將封于包套內(nèi)的坯件放人等靜壓設(shè)備，抽真空、洗爐、灌氣、升壓至設(shè)置的最高壓力、升溫放人等靜壓設(shè)備，抽真空、洗爐、灌氣、升壓至設(shè)置的最高壓力、升溫至設(shè)定溫度、保溫保壓、最后降溫泄壓得到制品。此種工藝方法的特點(diǎn)至設(shè)定溫度、保溫保壓、最后降溫泄壓得到制品。此種工藝方法的特點(diǎn)是必須將壓力升至保溫時(shí)所需的最高壓力，采用低壓氣壓機(jī)即可滿(mǎn)足要是必須將壓力升至保溫時(shí)所需的最高壓力，采用低壓氣壓機(jī)即可滿(mǎn)足要求。此種工藝適用于采用金屬包套的等靜熱壓處理。求。此種工藝適用于采用金屬包套的等靜熱壓處理。2.3 熱等靜壓燒

27、結(jié)熱等靜壓燒結(jié) (2)先升溫后升壓方法先升溫后升壓方法 先升溫后升壓方式是將封裝有坯件的包套置先升溫后升壓方式是將封裝有坯件的包套置于等靜壓設(shè)備中，抽真空、洗爐、灌氣、升溫至包套軟化后在加壓、繼于等靜壓設(shè)備中，抽真空、洗爐、灌氣、升溫至包套軟化后在加壓、繼續(xù)升至設(shè)定的溫度、借助軟化的玻璃包套向坯件傳遞壓力和溫度，保溫續(xù)升至設(shè)定的溫度、借助軟化的玻璃包套向坯件傳遞壓力和溫度，保溫保壓，使陶瓷粉末成形為結(jié)晶體，然后降溫、泄壓。此種工藝適用于使保壓，使陶瓷粉末成形為結(jié)晶體，然后降溫、泄壓。此種工藝適用于使用玻璃包套的情況。用玻璃包套的情況。其特點(diǎn)是先升溫，使玻璃軟化后再加壓，軟化的玻璃包套充當(dāng)傳遞其

28、特點(diǎn)是先升溫，使玻璃軟化后再加壓，軟化的玻璃包套充當(dāng)傳遞壓力和溫度的介質(zhì)，此法也適用于使用金屬包套的情況和固相擴(kuò)散粘接壓力和溫度的介質(zhì)，此法也適用于使用金屬包套的情況和固相擴(kuò)散粘接。2.3 熱等靜壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié)(3)同時(shí)升溫升壓方式同時(shí)升溫升壓方式 同時(shí)升溫升壓方式是先裝爐、洗爐、灌氣、升溫同同時(shí)升溫升壓方式是先裝爐、洗爐、灌氣、升溫同時(shí)加壓、保溫保壓、降溫泄壓。此法適用于低壓成型，并能使工藝周期縮短。時(shí)加壓、保溫保壓、降溫泄壓。此法適用于低壓成型，并能使工藝周期縮短。(4)熱裝料方式熱裝料方式 熱裝料方式叉稱(chēng)預(yù)熱法，是將制品預(yù)先在一臺(tái)普通加熱爐熱裝料方式叉稱(chēng)預(yù)熱法，是將制品預(yù)先在一臺(tái)普通

29、加熱爐內(nèi)加熱到一定溫度，然后再將加熱制品移入等靜熱壓爐內(nèi)，待經(jīng)等靜熱壓燒結(jié)內(nèi)加熱到一定溫度，然后再將加熱制品移入等靜熱壓爐內(nèi)，待經(jīng)等靜熱壓燒結(jié)后出爐冷卻。與此同時(shí)，將另一預(yù)熱的制品移入等靜熱壓機(jī)內(nèi)，形成半連續(xù)作后出爐冷卻。與此同時(shí)，將另一預(yù)熱的制品移入等靜熱壓機(jī)內(nèi)，形成半連續(xù)作業(yè)，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)能力，并提高熱等靜壓設(shè)備的利用率。業(yè)，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)能力，并提高熱等靜壓設(shè)備的利用率。(5)冷壓加熱等靜熱壓燒結(jié)冷壓加熱等靜熱壓燒結(jié) 冷壓加熱等靜熱壓燒結(jié)是把已經(jīng)過(guò)冷壓燒結(jié)后冷壓加熱等靜熱壓燒結(jié)是把已經(jīng)過(guò)冷壓燒結(jié)后的預(yù)成型坯件再進(jìn)行等靜熱壓燒結(jié)。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是：省略包套制備工藝；燒的預(yù)成

30、型坯件再進(jìn)行等靜熱壓燒結(jié)。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是：省略包套制備工藝；燒結(jié)件具有一定強(qiáng)度，易于運(yùn)輸；等靜熱壓機(jī)缸內(nèi)裝填系數(shù)大。結(jié)件具有一定強(qiáng)度，易于運(yùn)輸；等靜熱壓機(jī)缸內(nèi)裝填系數(shù)大。2.3 熱等靜壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：能克服在石墨模中熱壓的缺點(diǎn)，使制品形狀不受限制能克服在石墨模中熱壓的缺點(diǎn)，使制品形狀不受限制。除特長(zhǎng)特大的坯件外，原則上用等靜熱壓法可以生產(chǎn)任意一種陶瓷。除特長(zhǎng)特大的坯件外，原則上用等靜熱壓法可以生產(chǎn)任意一種陶瓷制品；由于制品在加熱狀況下，各個(gè)方向同時(shí)受壓、所以能制得密制品；由于制品在加熱狀況下，各個(gè)方向同時(shí)受壓、所以能制得密度極高度極高(幾乎達(dá)到理論密度幾乎達(dá)到理論密度)，幾乎無(wú)氣孔

31、的制品，幾乎無(wú)氣孔的制品(比普通燒結(jié)的孔隙度比普通燒結(jié)的孔隙度可低可低20100倍倍)；大幅度提高抗彎強(qiáng)度，由于等靜熱壓加工的特殊；大幅度提高抗彎強(qiáng)度，由于等靜熱壓加工的特殊性，能制得晶粒微細(xì)的制品，大幅度提高了制品的抗彎強(qiáng)度和其它所性，能制得晶粒微細(xì)的制品，大幅度提高了制品的抗彎強(qiáng)度和其它所需要的物理機(jī)械性能。就其抗彎強(qiáng)度提高的幅度而言，比冷壓燒結(jié)制需要的物理機(jī)械性能。就其抗彎強(qiáng)度提高的幅度而言，比冷壓燒結(jié)制品抗彎強(qiáng)度高品抗彎強(qiáng)度高l2.5倍，比普通熱壓制品抗彎強(qiáng)度高倍，比普通熱壓制品抗彎強(qiáng)度高lO25。2.3 熱等靜壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：能克服在石墨模中熱壓的缺點(diǎn)，使制品形狀不受限制

32、能克服在石墨模中熱壓的缺點(diǎn)，使制品形狀不受限制。除特長(zhǎng)特大的坯件外，原則上用等靜熱壓法可以生產(chǎn)任意一種陶瓷。除特長(zhǎng)特大的坯件外，原則上用等靜熱壓法可以生產(chǎn)任意一種陶瓷制品；由于制品在加熱狀況下，各個(gè)方向同時(shí)受壓、所以能制得密制品；由于制品在加熱狀況下，各個(gè)方向同時(shí)受壓、所以能制得密度極高度極高(幾乎達(dá)到理論密度幾乎達(dá)到理論密度)，幾乎無(wú)氣孔的制品，幾乎無(wú)氣孔的制品(比普通燒結(jié)的孔隙度比普通燒結(jié)的孔隙度可低可低20100倍倍)；大幅度提高抗彎強(qiáng)度，由于等靜熱壓加工的特殊；大幅度提高抗彎強(qiáng)度，由于等靜熱壓加工的特殊性，能制得晶粒微細(xì)的制品，大幅度提高了制品的抗彎強(qiáng)度和其它所性，能制得晶粒微細(xì)的制品

33、，大幅度提高了制品的抗彎強(qiáng)度和其它所需要的物理機(jī)械性能。就其抗彎強(qiáng)度提高的幅度而言，比冷壓燒結(jié)制需要的物理機(jī)械性能。就其抗彎強(qiáng)度提高的幅度而言，比冷壓燒結(jié)制品抗彎強(qiáng)度高品抗彎強(qiáng)度高l2.5倍，比普通熱壓制品抗彎強(qiáng)度高倍，比普通熱壓制品抗彎強(qiáng)度高lO25。2.3 熱等靜壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：設(shè)備投資大，不易于操作；設(shè)備投資大，不易于操作；制品制品成本較高；成本較高；難以形成規(guī)?；y以形成規(guī)?；?.4 微波燒結(jié)微波燒結(jié)微波燒結(jié)是利用在微波電磁場(chǎng)中材料的介質(zhì)損耗微波燒結(jié)是利用在微波電磁場(chǎng)中材料的介質(zhì)損耗(電介質(zhì)在電場(chǎng)電介質(zhì)在電場(chǎng)的作用下，把部分電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁菇橘|(zhì)發(fā)熱的作用下，把部分電能轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

34、熱能使介質(zhì)發(fā)熱)，使陶瓷加熱至燒結(jié)，使陶瓷加熱至燒結(jié)溫度而實(shí)現(xiàn)致密化的快速燒結(jié)的新技術(shù)。這種加熱方法稱(chēng)為微波加熱溫度而實(shí)現(xiàn)致密化的快速燒結(jié)的新技術(shù)。這種加熱方法稱(chēng)為微波加熱。微波加熱的特點(diǎn)是加熱過(guò)程在被加熱物體整個(gè)體積內(nèi)同時(shí)加熱，升。微波加熱的特點(diǎn)是加熱過(guò)程在被加熱物體整個(gè)體積內(nèi)同時(shí)加熱，升溫迅速、溫度均勻。過(guò)去微波加熱主要用于食品、橡膠、造紙行業(yè)的溫迅速、溫度均勻。過(guò)去微波加熱主要用于食品、橡膠、造紙行業(yè)的干燥過(guò)程及高分子聚合過(guò)程，都屬于低溫微波加熱。干燥過(guò)程及高分子聚合過(guò)程，都屬于低溫微波加熱。20世紀(jì)世紀(jì)70年代首年代首先將微波加熱技術(shù)用于注漿氧化鋁瓷的燒結(jié)，其后又陸續(xù)用微波加熱先將微波

35、加熱技術(shù)用于注漿氧化鋁瓷的燒結(jié)，其后又陸續(xù)用微波加熱法對(duì)氧化鈾、鐵氧體、氧化鋯等陶瓷材料的燒結(jié)進(jìn)行了研究。法對(duì)氧化鈾、鐵氧體、氧化鋯等陶瓷材料的燒結(jié)進(jìn)行了研究。2.4 微波燒結(jié)微波燒結(jié)陶瓷材料的微波加熱原理：陶瓷材料的微波加熱原理：材料與微波的相互作用可分為以下四材料與微波的相互作用可分為以下四類(lèi)：反射類(lèi)：反射(大多數(shù)金屬材料大多數(shù)金屬材料)；透過(guò)；透過(guò)(低介質(zhì)損耗材料低介質(zhì)損耗材料)；吸收；吸收(高高介質(zhì)損耗材料介質(zhì)損耗材料)；部分吸收；部分吸收(不同介質(zhì)損耗材料制成的復(fù)合材料不同介質(zhì)損耗材料制成的復(fù)合材料)。只。只有后兩種情況下，物質(zhì)才能用微波加熱。所有的陶瓷及玻璃材料都屬有后兩種情況下，

36、物質(zhì)才能用微波加熱。所有的陶瓷及玻璃材料都屬于后三種情況，當(dāng)材料對(duì)微波具有透過(guò)性時(shí)，必須在材料中添加適量于后三種情況，當(dāng)材料對(duì)微波具有透過(guò)性時(shí)，必須在材料中添加適量的具有微波吸收性的添加劑或玻璃相，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行微波加熱。的具有微波吸收性的添加劑或玻璃相，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行微波加熱。2.4 微波燒結(jié)微波燒結(jié)陶瓷材料的微波加熱原理：陶瓷材料的微波加熱原理： 微波與材料的相互作用是通過(guò)材料微波與材料的相互作用是通過(guò)材料內(nèi)部偶極子的產(chǎn)生和取向或原有偶極子的取向后即通過(guò)材料的極化過(guò)內(nèi)部偶極子的產(chǎn)生和取向或原有偶極子的取向后即通過(guò)材料的極化過(guò)程進(jìn)行的。程進(jìn)行的。這種極化過(guò)程需要從微波中吸收能量，最終以熱

37、量的形式這種極化過(guò)程需要從微波中吸收能量，最終以熱量的形式耗損耗損。材料單位時(shí)間內(nèi)吸收的微波能與偶極子對(duì)交變微波場(chǎng)的響應(yīng)能。材料單位時(shí)間內(nèi)吸收的微波能與偶極子對(duì)交變微波場(chǎng)的響應(yīng)能力有關(guān)，也與微波的角頻率有關(guān)，即力有關(guān)，也與微波的角頻率有關(guān)，即2.4 微波燒結(jié)微波燒結(jié)陶瓷材料的微波加熱原理：陶瓷材料的微波加熱原理：材料單位時(shí)間吸收的微波能依賴(lài)于材材料單位時(shí)間吸收的微波能依賴(lài)于材料的介電性，而對(duì)大多數(shù)材料，其介電性隨溫度的變化而變化，在這料的介電性，而對(duì)大多數(shù)材料，其介電性隨溫度的變化而變化，在這種情況下材料對(duì)微波能吸收率的提高與溫度的提高會(huì)相互影響，從而種情況下材料對(duì)微波能吸收率的提高與溫度的提

38、高會(huì)相互影響，從而導(dǎo)致在一定溫度區(qū)間內(nèi)升溫速度很快，極可能會(huì)出現(xiàn)升溫速度為導(dǎo)致在一定溫度區(qū)間內(nèi)升溫速度很快，極可能會(huì)出現(xiàn)升溫速度為(100500)/min的的“熱劇變熱劇變”，從而影響材料的燒結(jié)過(guò)程。，從而影響材料的燒結(jié)過(guò)程。2.4 微波燒結(jié)微波燒結(jié)微波燒結(jié)設(shè)備：微波燒結(jié)設(shè)備：微波燒結(jié)設(shè)備不是目前家用的普通微波加熱器，微波燒結(jié)設(shè)備不是目前家用的普通微波加熱器，而是有特殊微波源發(fā)生器的微波加熱器?，F(xiàn)有的微波源發(fā)生器有以下而是有特殊微波源發(fā)生器的微波加熱器?，F(xiàn)有的微波源發(fā)生器有以下三種形式：調(diào)速電于管式、固體發(fā)生器式、磁控電子管式。其中，調(diào)三種形式：調(diào)速電于管式、固體發(fā)生器式、磁控電子管式。其中，

39、調(diào)速電于管式是一種頻率非常穩(wěn)定的高頻率微波發(fā)生器，但造價(jià)很高；速電于管式是一種頻率非常穩(wěn)定的高頻率微波發(fā)生器，但造價(jià)很高；固體發(fā)生器式產(chǎn)生的能量較低，對(duì)大多數(shù)陶瓷材料的加熱都不適合；固體發(fā)生器式產(chǎn)生的能量較低，對(duì)大多數(shù)陶瓷材料的加熱都不適合；磁控電子管式由于其輸出功率較低，頻率穩(wěn)定，成本低及操作方便等磁控電子管式由于其輸出功率較低，頻率穩(wěn)定，成本低及操作方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于陶瓷材料加熱過(guò)程的研究。優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于陶瓷材料加熱過(guò)程的研究。2.4 微波燒結(jié)微波燒結(jié)微波加熱裝置有三種形式：微波加熱裝置有三種形式：行波加熱、單波加熱和多波加熱。其行波加熱、單波加熱和多波加熱。其中多波加熱式微

40、波加熱裝置用途最廣，用于陶瓷研究的微波加熱器大中多波加熱式微波加熱裝置用途最廣，用于陶瓷研究的微波加熱器大都采用這種方式。其基本結(jié)構(gòu)為：在一個(gè)由金屬制成的封閉的加熱室都采用這種方式。其基本結(jié)構(gòu)為：在一個(gè)由金屬制成的封閉的加熱室內(nèi)安裝上一個(gè)或幾個(gè)磁控電子管式微波發(fā)生器，加熱使尺寸等于幾個(gè)內(nèi)安裝上一個(gè)或幾個(gè)磁控電子管式微波發(fā)生器，加熱使尺寸等于幾個(gè)微波波長(zhǎng)。由于金屬對(duì)微波具有反射性，所以在加熱室內(nèi)可以得到大微波波長(zhǎng)。由于金屬對(duì)微波具有反射性，所以在加熱室內(nèi)可以得到大量的諧振波。多波加熱微波爐中，晟重要的問(wèn)題是其具有微波場(chǎng)的不量的諧振波。多波加熱微波爐中，晟重要的問(wèn)題是其具有微波場(chǎng)的不均勻性，在對(duì)陶

41、瓷材料的加熱過(guò)程中，這個(gè)問(wèn)題可用改變共振腔尺寸均勻性，在對(duì)陶瓷材料的加熱過(guò)程中，這個(gè)問(wèn)題可用改變共振腔尺寸或用波形擾動(dòng)系統(tǒng)及用移動(dòng)樣品座的方法加以解決?；蛴貌ㄐ螖_動(dòng)系統(tǒng)及用移動(dòng)樣品座的方法加以解決。2.4 微波燒結(jié)微波燒結(jié)右圖是專(zhuān)為陶瓷材料右圖是專(zhuān)為陶瓷材料的高溫?zé)Y(jié)設(shè)計(jì)的多波加的高溫?zé)Y(jié)設(shè)計(jì)的多波加熱微波加熱窒。加熱室內(nèi)熱微波加熱窒。加熱室內(nèi)裝有一個(gè)微波透過(guò)性材料裝有一個(gè)微波透過(guò)性材料制成的樣品室，在樣品室制成的樣品室，在樣品室的下部裝有的下部裝有SiC襯底，在襯底，在微波加熱過(guò)程中，微波加熱過(guò)程中，SiC可可以吸收部分微波能，對(duì)低以吸收部分微波能，對(duì)低介質(zhì)損耗樣品進(jìn)行輔助加介質(zhì)損耗樣品進(jìn)行

42、輔助加熱。熱。2.4 微波燒結(jié)微波燒結(jié)微波燒結(jié)的優(yōu)點(diǎn)：微波燒結(jié)的優(yōu)點(diǎn)： 極快的加熱和燒結(jié)速度。傳統(tǒng)陶瓷的加熱是通過(guò)試樣由極快的加熱和燒結(jié)速度。傳統(tǒng)陶瓷的加熱是通過(guò)試樣由表及里的傳導(dǎo)來(lái)達(dá)到溫度均勻的，由于多數(shù)陶瓷的導(dǎo)熱性差，因此，加熱和燒透陶瓷需表及里的傳導(dǎo)來(lái)達(dá)到溫度均勻的，由于多數(shù)陶瓷的導(dǎo)熱性差，因此，加熱和燒透陶瓷需要很長(zhǎng)時(shí)間，一般以小時(shí)計(jì)。而微波加熱是材料內(nèi)部整體同時(shí)加熱，升溫速度快，一般要很長(zhǎng)時(shí)間，一般以小時(shí)計(jì)。而微波加熱是材料內(nèi)部整體同時(shí)加熱，升溫速度快，一般可達(dá)可達(dá)500min以上，從而大大縮短燒結(jié)時(shí)間。經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便地獲得以上，從而大大縮短燒結(jié)時(shí)間。經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便地獲得2000以上的高溫。

43、以上的高溫。一般，溫度達(dá)到一般，溫度達(dá)到2000以上的加熱爐，由于對(duì)發(fā)熱元件和絕熱材料的苛刻要求，制造和以上的加熱爐，由于對(duì)發(fā)熱元件和絕熱材料的苛刻要求，制造和使用成本都很昂貴，從而使整個(gè)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用受到限制。而微波加熱由于利用了材料使用成本都很昂貴，從而使整個(gè)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用受到限制。而微波加熱由于利用了材料本身的介電損耗發(fā)熱，整個(gè)微波裝置只有試樣處于高溫而其余部分仍處于常溫狀態(tài)，所本身的介電損耗發(fā)熱，整個(gè)微波裝置只有試樣處于高溫而其余部分仍處于常溫狀態(tài)，所以整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，制造和使用成本較低。由于微波燒結(jié)的速度快、時(shí)間短以整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，制造和使用成本較低。由于微波燒結(jié)的速

44、度快、時(shí)間短，從而避免了燒結(jié)過(guò)程中陶瓷晶粒的異常長(zhǎng)大，最終可獲得具有高強(qiáng)度和高韌性的超細(xì)，從而避免了燒結(jié)過(guò)程中陶瓷晶粒的異常長(zhǎng)大，最終可獲得具有高強(qiáng)度和高韌性的超細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)。晶粒結(jié)構(gòu)。3 燒結(jié)設(shè)備燒結(jié)設(shè)備燒結(jié)是在熱工設(shè)備中進(jìn)行的，這里熱工設(shè)備指的是先進(jìn)陶瓷生燒結(jié)是在熱工設(shè)備中進(jìn)行的，這里熱工設(shè)備指的是先進(jìn)陶瓷生產(chǎn)窯爐及其附屬設(shè)備。燒結(jié)陶瓷的窯爐類(lèi)型很多，同一種制品可在產(chǎn)窯爐及其附屬設(shè)備。燒結(jié)陶瓷的窯爐類(lèi)型很多，同一種制品可在不同類(lèi)型的窯內(nèi)燒成，同一種窯也可燒結(jié)不同的制品。不同類(lèi)型的窯內(nèi)燒成，同一種窯也可燒結(jié)不同的制品。本節(jié)將介紹常用的連續(xù)式窯、間歇式窯爐和輔助設(shè)備，如：隧本節(jié)將介紹常用的連續(xù)式

45、窯、間歇式窯爐和輔助設(shè)備，如：隧道窯、電爐以及電發(fā)熱元件等。道窯、電爐以及電發(fā)熱元件等。3 燒結(jié)設(shè)備燒結(jié)設(shè)備燒結(jié)是在熱工設(shè)備中進(jìn)行的，這里熱工設(shè)備指的是先進(jìn)陶瓷生燒結(jié)是在熱工設(shè)備中進(jìn)行的，這里熱工設(shè)備指的是先進(jìn)陶瓷生產(chǎn)窯爐及其附屬設(shè)備。燒結(jié)陶瓷的窯爐類(lèi)型很多，同一種制品可在產(chǎn)窯爐及其附屬設(shè)備。燒結(jié)陶瓷的窯爐類(lèi)型很多，同一種制品可在不同類(lèi)型的窯內(nèi)燒成，同一種窯也可燒結(jié)不同的制品。不同類(lèi)型的窯內(nèi)燒成，同一種窯也可燒結(jié)不同的制品。本節(jié)將介紹常用的間歇式窯爐、連續(xù)式窯和輔助設(shè)備，如：電本節(jié)將介紹常用的間歇式窯爐、連續(xù)式窯和輔助設(shè)備，如：電爐、隧道窯以及電發(fā)熱元件等。爐、隧道窯以及電發(fā)熱元件等。二、窯爐

46、的分類(lèi)二、窯爐的分類(lèi)工工 作作 連連 續(xù)續(xù) 性：性：間歇式、連續(xù)式窯間歇式、連續(xù)式窯熱源（燃料）：熱源（燃料）：電窯，油、煤、氣燒窯電窯，油、煤、氣燒窯制品輸送方式：制品輸送方式：隧道（窯車(chē)）、輥道、推板、隧道（窯車(chē)）、輥道、推板、輸送帶隧道窯輸送帶隧道窯用用 途：途：素?zé)?、釉燒、烤花、熔塊窯素?zé)?、釉燒、烤花、熔塊窯形形 狀：狀：三、窯爐的基本要求三、窯爐的基本要求保證物化過(guò)程的進(jìn)行，保證物化過(guò)程的進(jìn)行，能按工藝要求進(jìn)行控制；能按工藝要求進(jìn)行控制；燃料能充分燃燒燃料能充分燃燒傳熱效率高，熱利用率高；傳熱效率高，熱利用率高；四、窯爐發(fā)展方向四、窯爐發(fā)展方向決定因素決定因素：燃料、筑爐材料、控制水

47、平、能耗：燃料、筑爐材料、控制水平、能耗發(fā)展方向發(fā)展方向：煤氣化，輕型化，自動(dòng)化，寬體化。：煤氣化，輕型化，自動(dòng)化，寬體化。1、燒成質(zhì)量：2、生產(chǎn)能力：3、自動(dòng)化水平：自動(dòng)操作、自動(dòng)控制4、使用壽命：5、投資：?jiǎn)挝簧a(chǎn)能力6、單位能耗：余熱回收7、環(huán)保：3.1隧道窯隧道窯 1、定義：、定義：隧道窯是耐火材料、陶瓷和建筑材料工業(yè)中最常見(jiàn)的連續(xù)隧道窯是耐火材料、陶瓷和建筑材料工業(yè)中最常見(jiàn)的連續(xù)式燒成設(shè)備。其主體為一條類(lèi)似鐵路隧道的長(zhǎng)通道。通常兩側(cè)用耐火材式燒成設(shè)備。其主體為一條類(lèi)似鐵路隧道的長(zhǎng)通道。通常兩側(cè)用耐火材料和保溫材料砌成窯墻，上面為由耐火材料和保溫材料砌筑的窯頂，下料和保溫材料砌成窯墻，

48、上面為由耐火材料和保溫材料砌筑的窯頂，下部為由沿窯內(nèi)軌道移動(dòng)的窯車(chē)構(gòu)成的窯底。部為由沿窯內(nèi)軌道移動(dòng)的窯車(chē)構(gòu)成的窯底。 2、分類(lèi)、分類(lèi) 3、隧道窯的特點(diǎn)：、隧道窯的特點(diǎn)： 1）利用煙氣余熱預(yù)熱坯體，廢氣排出溫度低，）利用煙氣余熱預(yù)熱坯體，廢氣排出溫度低， 約約200； 2）產(chǎn)品冷卻之熱加熱空氣，可助燃或作干燥）產(chǎn)品冷卻之熱加熱空氣，可助燃或作干燥 介質(zhì)，介質(zhì)， 產(chǎn)品出窯溫度低；產(chǎn)品出窯溫度低； 3）連續(xù)窯，窯體溫度不變，不蓄熱，熱耗低。）連續(xù)窯，窯體溫度不變，不蓄熱，熱耗低。隧道窯隧道窯v隧道窯是由耐火材料、保溫材料和建筑材料砌筑而成的在內(nèi)隧道窯是由耐火材料、保溫材料和建筑材料砌筑而成的在內(nèi)裝有

49、窯車(chē)等運(yùn)載工具的與隧道相似的窯爐。裝有窯車(chē)等運(yùn)載工具的與隧道相似的窯爐。v隧道窯工作時(shí)，運(yùn)載工具隧道窯工作時(shí)，運(yùn)載工具(窯車(chē)窯車(chē))上裝載有待燒的制品，隨運(yùn)上裝載有待燒的制品，隨運(yùn)載工具從隧道窯的一端載工具從隧道窯的一端(窯頭窯頭)進(jìn)入，在窯內(nèi)完成制品的燒制進(jìn)入，在窯內(nèi)完成制品的燒制以后，從隧道窯的另一端以后，從隧道窯的另一端(窯尾窯尾)隨運(yùn)載工具隨運(yùn)載工具(窯車(chē)等窯車(chē)等)輸出，輸出，而后卸下燒制好的產(chǎn)品，卸空的運(yùn)載工具而后卸下燒制好的產(chǎn)品，卸空的運(yùn)載工具(窯車(chē)窯車(chē))返回窯頭繼返回窯頭繼續(xù)裝載新的坯體后再入窯內(nèi)煅燒。續(xù)裝載新的坯體后再入窯內(nèi)煅燒。（用于大規(guī)模的生產(chǎn)衛(wèi)生潔具制品和較大的坯件）（用于

50、大規(guī)模的生產(chǎn)衛(wèi)生潔具制品和較大的坯件） 砌窯用耐火材料砌窯用耐火材料 一、窯用耐火材料的性能指標(biāo)一、窯用耐火材料的性能指標(biāo) 1、耐火度、耐火度: 高溫下抗熔化的性能高溫下抗熔化的性能 2、荷重軟化溫度、荷重軟化溫度: 受壓時(shí)抗變形的性能受壓時(shí)抗變形的性能 3、熱穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性: 抗急冷急熱性能抗急冷急熱性能 4、抗化學(xué)腐蝕性、抗化學(xué)腐蝕性 5、高溫體積穩(wěn)定性、高溫體積穩(wěn)定性 6、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù) 注：耐火材料的使用溫度，一般低于其耐火度，注：耐火材料的使用溫度，一般低于其耐火度，與該耐火材料的燒成溫度相當(dāng)，且約等于其耐火與該耐火材料的燒成溫度相當(dāng)，且約等于其耐火度減去度減去200。二、砌窯

51、用耐火材料二、砌窯用耐火材料1、粘土磚、粘土磚 使用溫度使用溫度1300以下以下 Al2O3 46%3、硅、硅 磚磚 使用溫度使用溫度14001500 4、鎂質(zhì)磚、鎂質(zhì)磚 使用溫度使用溫度15001600 5、剛玉磚、剛玉磚 使用溫度使用溫度16001800 Al2O3 = 99% 形狀：普通磚形狀：普通磚 異型磚異型磚三、不定型耐火材料三、不定型耐火材料 耐火混凝土，耐火混凝土， 耐火泥，耐火泥， 耐火噴涂料，耐火噴涂料， 耐火澆注料與搗打料耐火澆注料與搗打料四、砌窯用隔熱材料：四、砌窯用隔熱材料： 0.14 W/m 。1、輕質(zhì)粘土磚、輕質(zhì)粘土磚2、輕質(zhì)高鋁磚、輕質(zhì)高鋁磚3、高鋁聚輕球磚、高

52、鋁聚輕球磚4、陶瓷纖維材料、陶瓷纖維材料n隧道窯屬于逆流操作的熱工設(shè)備，即窯車(chē)上隧道窯屬于逆流操作的熱工設(shè)備，即窯車(chē)上的坯體的坯體 在窯內(nèi)逆氣流方向連續(xù)移動(dòng)。在窯內(nèi)逆氣流方向連續(xù)移動(dòng)。隧道窯盡管類(lèi)型不同，其構(gòu)造也會(huì)有一些隧道窯盡管類(lèi)型不同，其構(gòu)造也會(huì)有一些差別，但是其基本結(jié)構(gòu)和工作原理都是一樣差別，但是其基本結(jié)構(gòu)和工作原理都是一樣燒成制度燒成制度(一一)燒成燒成(工藝工藝)過(guò)程過(guò)程1. 20200階段：階段： 排除殘余水分排除殘余水分2. 200500階段：階段： 排除結(jié)構(gòu)水排除結(jié)構(gòu)水3. 500600階段：階段： 石英晶型轉(zhuǎn)變石英晶型轉(zhuǎn)變4. 6001050階段：階段： 氧化階段氧化階段5.

53、 10501200階段：還原階段階段：還原階段6. 12001300階段：燒結(jié)階段階段：燒結(jié)階段7. 1300700階段：階段： 急冷段急冷段8. 700400階段：階段： 緩冷段緩冷段9. 40080階段：階段： 急冷段急冷段預(yù)熱帶預(yù)熱帶(20-900)燒成帶燒成帶(900-1300)冷卻帶冷卻帶(1300-80)隧道窯的分帶隧道窯的分帶三帶：三帶：預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶以溫度為界以溫度為界以窯體長(zhǎng)度分以窯體長(zhǎng)度分預(yù)熱帶占窯總長(zhǎng)的預(yù)熱帶占窯總長(zhǎng)的303045%45% 燒成帶占窯總長(zhǎng)的燒成帶占窯總長(zhǎng)的101033%33% 冷卻帶占窯總長(zhǎng)的冷卻帶占窯總長(zhǎng)的383846%46

54、%預(yù)熱帶的溫度范圍：室溫預(yù)熱帶的溫度范圍：室溫950燒成帶的溫度范圍：燒成帶的溫度范圍：950最高溫度最高溫度冷卻帶的溫度范圍：最高溫度冷卻帶的溫度范圍：最高溫度 制品出窯溫度制品出窯溫度按燃燒室設(shè)置位置分（常用）按燃燒室設(shè)置位置分（常用）燒結(jié)設(shè)備燒結(jié)設(shè)備-7(二二)燒成制度燒成制度1.溫度制度：溫度制度：1)各階段應(yīng)有一定的升、降溫速度各階段應(yīng)有一定的升、降溫速度2)在適宜的溫度下應(yīng)有一定的保溫時(shí)間，使溫度趨在適宜的溫度下應(yīng)有一定的保溫時(shí)間，使溫度趨于一致。于一致。壓力分布曲線(xiàn)見(jiàn)下圖壓力分布曲線(xiàn)見(jiàn)下圖:預(yù)熱帶燒成帶冷卻帶排煙口隧道窯壓力分布曲線(xiàn)隧道窯壓力分布曲線(xiàn)隧道窯工作系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)隧道窯工作

55、系統(tǒng)及結(jié)構(gòu) 一、工作系統(tǒng)：一、工作系統(tǒng)： 窯爐中具有某一功能和作用的管路、設(shè)備及結(jié)構(gòu)的總和窯爐中具有某一功能和作用的管路、設(shè)備及結(jié)構(gòu)的總和 排煙系統(tǒng)，攪動(dòng)系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)排煙系統(tǒng)，攪動(dòng)系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng) 1、工作系統(tǒng)圖：反映窯爐工作系統(tǒng)的示意圖、工作系統(tǒng)圖：反映窯爐工作系統(tǒng)的示意圖 最簡(jiǎn)單的工作系統(tǒng)最簡(jiǎn)單的工作系統(tǒng)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全窯在負(fù)壓下工作，溫差大，燒成帶溫度不穩(wěn)定，氣氛特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全窯在負(fù)壓下工作，溫差大，燒成帶溫度不穩(wěn)定，氣氛 不穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量較差。不穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量較差。 典型的工作系統(tǒng)典型的工作系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：燒成帶微正壓，無(wú)冷風(fēng)漏入，溫度高，氣氛穩(wěn)定，預(yù)熱帶負(fù)壓小，優(yōu)點(diǎn)：燒成帶微正壓，無(wú)

56、冷風(fēng)漏入，溫度高，氣氛穩(wěn)定，預(yù)熱帶負(fù)壓小， 漏氣量較小，溫差較小，氣氛氣幕、急冷氣幕保證氣氛實(shí)現(xiàn)。漏氣量較小，溫差較小，氣氛氣幕、急冷氣幕保證氣氛實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：燒成帶正壓，車(chē)下溫度高，熱損失大，且要經(jīng)常換潤(rùn)滑油，可設(shè)缺點(diǎn)：燒成帶正壓，車(chē)下溫度高，熱損失大，且要經(jīng)常換潤(rùn)滑油，可設(shè) 車(chē)下壓力平衡設(shè)施。車(chē)下壓力平衡設(shè)施。燒成帶的氣氛控制燒成帶的氣氛控制n燒氧化氣氛的隧道窯，其氣氛制度比較容易控制，燒氧化氣氛的隧道窯，其氣氛制度比較容易控制，只需要控制空氣過(guò)剩系數(shù)大于只需要控制空氣過(guò)剩系數(shù)大于1，但不要太大，以，但不要太大，以節(jié)約燃料和提高燃料的燃燒溫度。節(jié)約燃料和提高燃料的燃燒溫度。n燒還原氣氛的隧道

57、窯在燒成帶之前的一小段要控?zé)€原氣氛的隧道窯在燒成帶之前的一小段要控制為氧化氣氛，后一段要控制為還原氣氛，用氧化制為氧化氣氛，后一段要控制為還原氣氛，用氧化氣氛幕來(lái)分隔這兩段。氣氛幕來(lái)分隔這兩段?，F(xiàn)代燒油或燒燃?xì)獾乃淼栏G是通過(guò)控制燃料量與現(xiàn)代燒油或燒燃?xì)獾乃淼栏G是通過(guò)控制燃料量與助燃空氣量的配比來(lái)控制氧化氣氛和還原氣氛。助燃空氣量的配比來(lái)控制氧化氣氛和還原氣氛。燒氧燒氧化氣氛時(shí)，助燃空氣要略微過(guò)量；而還原氣氛時(shí)助燃化氣氛時(shí)，助燃空氣要略微過(guò)量；而還原氣氛時(shí)助燃空氣則要略微不足空氣則要略微不足。操作員常觀察火焰的狀況簡(jiǎn)單判斷氣氛的性質(zhì)：操作員常觀察火焰的狀況簡(jiǎn)單判斷氣氛的性質(zhì)：燒氧化氣氛時(shí)燒氧化

58、氣氛時(shí)，火焰清晰明亮，可以一眼望到底，火焰清晰明亮，可以一眼望到底，清楚地看到窯內(nèi)制品的輪廓；清楚地看到窯內(nèi)制品的輪廓；燒還原氣氛時(shí)燒還原氣氛時(shí)，火焰混濁，不容易看清窯內(nèi)制品的，火焰混濁，不容易看清窯內(nèi)制品的輪廓。輪廓。三三.工作系統(tǒng)工作系統(tǒng)(一一)工作系統(tǒng)工作系統(tǒng)(流程流程)：1.坯體的燒制過(guò)程：坯體的燒制過(guò)程：窯車(chē)方向窯車(chē)方向煙氣方向煙氣方向1） 窯車(chē)移動(dòng)方向窯車(chē)移動(dòng)方向 隧道窯屬于逆流操作的熱工設(shè)備，沿窯長(zhǎng)分為預(yù)熱、燒成、冷隧道窯屬于逆流操作的熱工設(shè)備，沿窯長(zhǎng)分為預(yù)熱、燒成、冷卻三帶。制品與氣流依相反方向運(yùn)動(dòng)，在三帶中依次完成制品的預(yù)卻三帶。制品與氣流依相反方向運(yùn)動(dòng)，在三帶中依次完成制品

59、的預(yù)熱、燒成、冷卻過(guò)程。隧道窯兩端設(shè)有窯門(mén)，每隔一定時(shí)間將裝好熱、燒成、冷卻過(guò)程。隧道窯兩端設(shè)有窯門(mén)，每隔一定時(shí)間將裝好制品（磚坯）的窯車(chē)推入一輛，同時(shí)裝有已燒成制品的窯車(chē)頂出一制品（磚坯）的窯車(chē)推入一輛，同時(shí)裝有已燒成制品的窯車(chē)頂出一輛。窯車(chē)進(jìn)入預(yù)熱帶后，車(chē)上制品首先與來(lái)自燒成帶的燃燒廢氣接輛。窯車(chē)進(jìn)入預(yù)熱帶后，車(chē)上制品首先與來(lái)自燒成帶的燃燒廢氣接觸并被加熱。而后隨窯車(chē)移動(dòng)進(jìn)入燒成帶，借助燃料燃燒放出的大觸并被加熱。而后隨窯車(chē)移動(dòng)進(jìn)入燒成帶，借助燃料燃燒放出的大量熱，達(dá)到燒成最高溫度并經(jīng)過(guò)一定保溫時(shí)間后制品被燒成。燒成量熱，達(dá)到燒成最高溫度并經(jīng)過(guò)一定保溫時(shí)間后制品被燒成。燒成制品至冷卻帶，與

60、鼓入的大量空氣相遇，制品被冷卻后出窯。制品至冷卻帶，與鼓入的大量空氣相遇，制品被冷卻后出窯。 2） 空氣流動(dòng)特點(diǎn)空氣流動(dòng)特點(diǎn)窯尾鼓入的大量冷空氣在冷卻帶被預(yù)熱，一部窯尾鼓入的大量冷空氣在冷卻帶被預(yù)熱，一部分作為助燃空氣，送往燒成帶，另一部分抽出供坯分作為助燃空氣，送往燒成帶，另一部分抽出供坯體干燥或氣幕用。體干燥或氣幕用。3） 煙氣流動(dòng)特點(diǎn)煙氣流動(dòng)特點(diǎn)燃料在燒成帶燃燒后所產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，沿窯燃料在燒成帶燃燒后所產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，沿窯內(nèi)通道流入預(yù)熱帶，在加熱坯體時(shí)本身被冷卻，最內(nèi)通道流入預(yù)熱帶，在加熱坯體時(shí)本身被冷卻，最后自預(yù)熱帶排煙口、支煙道、主煙道經(jīng)排煙機(jī)、煙后自預(yù)熱帶排煙口、支煙道、主煙道經(jīng)