材料科學(xué)與技術(shù) 講義 陶瓷加工工藝

1、3、溶膠(rngjio) 凝膠法制粉生成的凝膠直徑可在幾百以下，產(chǎn)物透明度高、膠粒穩(wěn)定(wndng)，可將多種金屬離子均勻分布其中，脫水后形成非晶態(tài)的均勻凝膠。經(jīng)適當熱處理可制得活性高、超細粒的固溶體新技術(shù)、其特點：二、陶瓷加工工藝陶瓷加工工藝包括：制粉、成型、燒結(jié)（一）制粉 陶瓷粉料的制備1、固相反應(yīng)法制粉2、溶液反應(yīng)法制粉共二十二頁乙醇(y chn)鋯、甲醇溶液醋酸(c sun)鉛、 乙二醇甲醚溶液丁醇鈦溶液(一定比例混合)有機絡(luò)合物溶膠空氣中吸水水解120度真空干燥焦化煅燒例：鋯鈦酸鉛（PZT）壓電陶瓷粉料的制備共二十二頁（一） 陶瓷(toc)粉料的制備（二）成型(chngxng)燒結(jié)了

2、的陶瓷粉料功能陶瓷產(chǎn)品或材料具有一定尺寸、形狀再磨碎成型最終燒結(jié)產(chǎn)品功能陶瓷粉料：不含黏土成分、可塑性差，需添加適量的塑化劑普通陶瓷粉料：含黏土成分、加適量的水、具有良好的可塑性才能擠壓成型塑化劑包括三種成分：粘合劑、增塑劑、溶劑作用：使陶瓷粉料在成型過程中產(chǎn)生粘合力和可塑性共二十二頁功能陶瓷(toc)黏合劑：聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、石蠟(sh l)、甲基纖維素等乙烯醇：醋酸乙烯酯：雙鍵打開、聚合塑化劑在成型后的高溫燒結(jié)過程中，被氧化、隨煙氣排出陶瓷體外、不流有害成分成型工序常用的成型工藝：干壓、液體靜壓、擠壓、軋膜、流涎法等共二十二頁1、干壓成型(chngxng)有兩種方法(fngf)：模塞

3、模套粉料墊板單向加壓雙向加壓單向加壓較簡單、雙向加壓效果較佳單向加壓和雙向加壓陶瓷粉料(0.150m) 加塑化劑預(yù)壓破碎壓塊成0.20.5mm加塑化劑再壓陶瓷粉料預(yù)壓、造粒、再壓提高壓成坯體的致密度干壓成型壓強：壓強太大：不能進一步提高坯體的致密度、壓力去除時閉氣孔可能重新擴大、使壓坯起層或開裂適于較厚或柱狀產(chǎn)品的制作共二十二頁干壓成型的缺點(qudin)： 單方向加壓、坯體結(jié)構(gòu)和強度各向異性2、等靜壓成型(chngxng)等靜壓成型的特點：產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和強度各向同性利用高壓液體的靜壓，對粉坯實施全方位的加壓傳壓液體：水、甘油或重油靜壓成型壓強：（因材料而異）待壓粉體傳壓液體壓液進口彈性套高壓鋼

4、筒濕式等靜壓成型靜壓成型可分為濕式和干式濕式操作較復(fù)雜共二十二頁等靜壓成型法適于長形、薄壁、管狀等簡單(jindn)工件的制作 干式(n sh)靜壓成型待壓坯體模心鋼模傳壓液體彈性套加料待壓料的添加和成型坯體的取出都是干式，操作較簡單、易行3、擠壓成型螺旋推進器適于細長棒或管狀陶瓷的批量生產(chǎn)制作過程：加有塑化劑的陶瓷粉料煉成泥狀，借助壓力將其從具有一定形狀（管狀）的模孔擠出，涼干后、切成一定的長度共二十二頁4、軋膜成型(chngxng)軋膜成型(chngxng)工藝簡單、生產(chǎn)效率高、膜片厚度均勻、產(chǎn)品燒成溫度比干壓成型低 、能軋制 的薄片 軋膜成型所用的黏合劑：聚乙烯醇水溶液、聚醋酸乙烯酯軋膜

5、成型的特點：膜片密度分布不均勻，軋制方向致密、面內(nèi)致密度較差成型過程兼有練泥作用；軋制過程兩面受壓、厚度方向致密均勻；可獲得預(yù)期厚度的膜片；膜片在寬度方向未受壓、邊緣易開裂；乙烯醇：軋輥共二十二頁常用于薄片(bo pin)狀陶瓷的制作，如瓷片電容、獨石電容、集成電路基片5、流涎(li xin)法熱風進口熱風出口熱風出口轉(zhuǎn)鼓不銹鋼帶流延嘴干燥器制作過程：超細粉料同適當?shù)酿ず蟿┚鶆蚧旌?、制成漿料，通過流延嘴依靠漿料的自重流在平穩(wěn)轉(zhuǎn)動的環(huán)形鋼帶上，經(jīng)烘干、鋼帶又回到初始位置，反復(fù)循環(huán)重復(fù)、直至得到需要的厚度流涎法特點：膜片 至 。生產(chǎn)效率高于軋膜法、成本低；致密均勻、質(zhì)量優(yōu)于軋膜法；膜片彈性好；軋膜

6、成型產(chǎn)品：可獲得 以下的陶瓷薄片共二十二頁流涎(li xin)成型黏合劑：聚乙烯醇(j y x chn)、及聚乙烯醇(j y x chn)縮丁醛（三）排膠、燒結(jié)1、排膠加熱去除坯樣中的塑化劑的過程陶瓷成型時使用黏合劑，在燒結(jié)時從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)或氣態(tài)、從坯體中大量排出，導(dǎo)致坯體變形、開裂較低溫度下緩慢地排出黏合劑高溫燒結(jié)（一）制粉 （二）成型（三）燒結(jié)共二十二頁 避免(bmin)黏合劑在燒成時的還原作用排膠的作用(zuyng)： 排出黏合劑，為下一步燒結(jié)創(chuàng)造條件； 使坯體獲得一定的機械強度；排膠過程的注意點：對氧化物陶瓷、保證爐內(nèi)為氧化氣氛緩慢地排出黏合劑；通風好、有機揮發(fā)成分及 CO 能及時排

7、出；2、燒結(jié)升溫燒結(jié)坯體排膠后燒結(jié)的作用:a、結(jié)晶度提高、晶粒長大，再結(jié)晶過程與排膠是一道工序共二十二頁燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間是決定(judng)陶瓷性能的關(guān)鍵工藝參數(shù)；環(huán)境氣氛對其性能也有重大影響b、機械強度(qingd)、密度提高燒結(jié)前：晶粒間、機械接觸，燒結(jié)后：晶粒間、復(fù)雜結(jié)合c、繼續(xù)反應(yīng)的過程（預(yù)燒固相反應(yīng)可能不完全)d、減少晶格畸變、消除內(nèi)應(yīng)力（粉碎和成型期間產(chǎn)生的晶格畸變和內(nèi)應(yīng)力）一些晶粒長大另一些晶?？s小或消滅晶粒間界面夾角近120時，晶粒處于相對穩(wěn)定狀態(tài)共二十二頁常壓、熱壓、熱等靜壓、連續(xù)(linx)熱壓燒結(jié)等功能(gngnng)陶瓷的主要燒結(jié)工藝：（1）常壓燒結(jié)傳統(tǒng)的常壓燒結(jié)：大

8、氣中常壓燒結(jié)：氣氛燒結(jié)；控制揮發(fā)氣氛燒結(jié) 氧化氣氛、通氧； 中性氣氛、通氮或氬；氧分壓的變化、會引起氧化物陶瓷的化學(xué)計量比變化氣氛燒結(jié)：環(huán)境氣氛有三類 氧化、中性、還原 還原氣氛、通氫或CO還原氣氛中燒結(jié)，會使氧化物陶瓷中的可變價金屬離子降價、電子電導(dǎo)增強、絕緣陶瓷成為半導(dǎo)體陶瓷等共二十二頁加蓋燒結(jié)、放置氣氛片、或配方中適當增加(zngji)其含量燒結(jié)時會引起該成分(chng fn)含量的降低等保證化學(xué)計量比、采取的措施：控制揮發(fā)氣氛燒結(jié)：防止陶瓷中易揮發(fā)成分在燒結(jié)時揮發(fā)掉在密封較好的容器中燒結(jié)，易揮發(fā)成分在容器中達到飽和蒸氣壓后，揮發(fā)與進入動態(tài)平衡，維持陶瓷的組分配比不變（2）熱壓燒結(jié)高溫燒

9、結(jié)的同時，施加足夠大的機械作用力于坯體，達到促進燒結(jié)的目的Al2O3, BeO, SiC, BN, AlN熱壓燒結(jié)致密陶瓷共二十二頁無壓燒結(jié)可燒結(jié)的材料，用熱壓燒結(jié)、其燒結(jié)溫度(wnd)可降低100150左右 加速(ji s)空位的擴散熱壓燒結(jié)促進致密化機理： 高溫加壓下的塑性流動； 壓力使顆粒重排、破壞、晶界滑移、形成空位濃度梯度；（3）熱等靜壓法燒結(jié)普通熱壓燒結(jié)：無橫向壓力、壓力不均勻，制品密度不均勻熱等靜壓法燒結(jié)主要設(shè)備：高壓釜發(fā)熱體于體內(nèi)、 等為傳壓介質(zhì)共二十二頁金屬模套惰性(duxng)粉體隔層坯體排氣優(yōu)點：產(chǎn)品晶粒細小、均勻(jnyn)、晶界致密、各向同性成型、排膠坯體放入薄層軟模

10、套模套排氣、真空處理熱等壓燒結(jié)但工藝復(fù)雜、成本高（4）連續(xù)熱壓燒結(jié)連續(xù)地熱壓燒結(jié)的方法，克服了一般熱壓燒結(jié)間歇操作、生產(chǎn)效率低的缺點模套材質(zhì)：有良好塑性和強度的金屬惰性粉體：共二十二頁當溫度達到預(yù)定溫度后，將一定量的粉料加入模套內(nèi)，上壓頭下降、加壓燒結(jié)(shoji)?？刂粕蠅侯^下降速度，下降至一定位置后，提升上壓頭、加料再壓。如此反復(fù)、直到達到要求的坯體長度.正在(zhngzi)加壓加料連續(xù)熱壓壓頭模套電熱絲連續(xù)熱壓原理共二十二頁（三）排膠、燒結(jié)(shoji)（一）制粉 陶瓷(toc)粉料的制備（二）成型（四）制電極和人工極化燒成的電子陶瓷切割、打磨覆蓋金屬膜、制作電極燒滲銀、真空蒸鍍1、常用

11、電極制作方法a、燒滲銀法只需一個加熱爐、應(yīng)用較多優(yōu)點：電極與陶瓷結(jié)合牢固銀漿配方舉例共二十二頁600：銀開始滲入陶瓷表面形成(xngchng)密切結(jié)合 銀漿配方(pi fng)之一原料Ag2O53.2重量比(wt%)氧化鉍Bi2O1.9硼酸鉛PbB4O7氧化銀蓖麻油松香、松節(jié)油松節(jié)油17.717.76.43.1燒滲工藝過程：2590：溶劑（松節(jié)油）先揮發(fā)；200300: 松香分解、燒盡;330400：氧化銀還原成銀;520時：助燃劑（硼酸鉛和氧化鉍）與金屬銀變成膠狀溶液；大多數(shù)電容器陶瓷的最終燒銀溫度：（保溫時間20分）共二十二頁降溫冷卻過程(guchng)：隨爐溫冷卻、不可過快燒滲過程(gu

12、chng)時間：3 小時b、真空蒸鍍功能陶瓷表面形成導(dǎo)電層的較好方法，配合光刻技術(shù)可形成復(fù)雜的電極圖案熔點較低的金屬：（ Cu, Ag, Au 及部分過渡族的金屬）通電加熱高熔點鎢或鉈舟熔化、蒸發(fā)電極材料難熔金屬或合金及氧化物：真空濺射：陰極濺射、高頻濺射、磁控濺射等電場加速的荷電粒子直接轟擊待鍍金屬的靶面、使其蒸發(fā)共二十二頁與真空蒸鍍相比真空濺射所需系統(tǒng)的真空度較高、另需復(fù)雜濺射控制系統(tǒng)。裝置(zhungzh)復(fù)雜、昂貴，盡量采用真空蒸鍍共二十二頁內(nèi)容摘要3、溶膠 凝膠法制粉。3、溶膠 凝膠法制粉。（一）制粉 陶瓷粉料的制備。塑化劑在成型后的高溫燒結(jié)過程中，被氧化、隨煙氣排出陶瓷體外、不流有害成分。單向加壓較簡單、雙向加壓效果較佳。單向加壓和雙向加壓。干壓成型的缺點： 單方向加壓、坯體結(jié)構(gòu)和強度各向