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精細(xì)陶瓷主要燒結(jié)技術(shù)

發(fā)布:2008-10-22 16:20:00  來源: 科技在線 [字體: ]

精細(xì)陶瓷燒結(jié)主要有以下幾種技術(shù)方法:
    (1)常壓燒結(jié):又稱無壓燒結(jié)。屬于在大氣壓條件下坯體自由燒結(jié)的過程。在無外加動力下材料開始燒結(jié),溫度一般達(dá)到材料的熔點(diǎn)0.5-0.8即可。在此溫度下固相燒結(jié)能引起足夠原子擴(kuò)散,液相燒結(jié)可促使液相形成或由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生液相促進(jìn)擴(kuò)散和粘滯流動的發(fā)生。常壓燒結(jié)中準(zhǔn)確制定燒成曲線至關(guān)重要。合適的升溫制度方能保證制品減少開裂與結(jié)構(gòu)缺陷現(xiàn)象,提高成品率。
    (2)熱壓燒結(jié)與熱等靜壓燒結(jié):熱壓燒結(jié)指在燒成過程中施加一定的壓力(在10~40MPa),促使材料加速流動、重排與致密化。采用熱壓燒結(jié)方法一般比常壓燒結(jié)溫度低100oC左右,主要根據(jù)不同制品及有無液相生成而異。熱壓燒結(jié)采用預(yù)成型或?qū)⒎哿现苯友b在模內(nèi),工藝方法較簡單。該燒結(jié)法制品密度高,理論密度可達(dá)99%,制品性能優(yōu)良。不過此燒結(jié)法不易生產(chǎn)形狀復(fù)雜制品,燒結(jié)生產(chǎn)規(guī)模較小,成本高。
    連續(xù)熱壓燒結(jié)生產(chǎn)效率高,但設(shè)備與模具費(fèi)用較高,又不利于過高過厚制品的燒制。熱等靜壓燒結(jié)可克服上述弊缺,適合形狀復(fù)雜制品生產(chǎn)。目前一些高科技制品,如陶瓷軸承、反射鏡及軍工需用的核燃料、槍管等、亦可采用此種燒結(jié)工藝。
    (3)反應(yīng)燒結(jié):這是通過氣相或液相與基體材料相互反應(yīng)而導(dǎo)致材料燒結(jié)的方法。最典型的代表性產(chǎn)品是反應(yīng)燒結(jié)碳化硅和反應(yīng)燒結(jié)氮化硅制品。此種燒結(jié)優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單,制品可稍微加工或不加工,也可制備形狀復(fù)雜制品。缺點(diǎn)是制品中最終有殘余未反應(yīng)產(chǎn)物,結(jié)構(gòu)不易控制,太厚制品不易完全反應(yīng)燒結(jié)。
除碳化硅、氮化硅反應(yīng)燒結(jié)外,最近又出現(xiàn)反應(yīng)燒結(jié)三氧化二鋁方法,可以利用Al粉氧化反應(yīng)制備Al2O3和Al2O3-Al復(fù)合材料,材料性能好。
    (4)液相燒結(jié):許多氧化物陶瓷采用低熔點(diǎn)助劑促進(jìn)材料燒結(jié)。助劑的加入一般不會影響材料的性能或反而為某種功能產(chǎn)生良好影響。作為高溫結(jié)構(gòu)使用的添加劑,要注意到晶界玻璃是造成高溫力學(xué)性能下降的主要因素。如果通過選擇使液相有很高的熔點(diǎn)或高粘度;蛘哌x擇合適的液相組成,然后作高溫?zé)崽幚,使某些晶相在晶界上析出,以提高材料的抗蠕變能力?br />     (5)微波燒結(jié)法:系采用微波能進(jìn)行直接加熱進(jìn)行燒結(jié)的方法。目前已有內(nèi)容積1立方米,燒成溫度可達(dá)1650oC的微波燒結(jié)爐。如果使用控制氣氛石墨輔助加熱爐,溫度可高達(dá)2000oC以上。并出現(xiàn)微波連續(xù)加熱15米長的隧道爐裝置。使用微波爐燒結(jié)精細(xì)陶瓷,在產(chǎn)品質(zhì)量與降低能耗方面,均比其它窯爐優(yōu)越。
    (6)電弧等離子燒結(jié)法:其加熱方法與熱壓不同,它在施加應(yīng)力同時,還施加一脈沖電源在制品上,材料被韌化同時也致密化。實驗已證明此種方法燒結(jié)快速,能使材料形成細(xì)晶高致密結(jié)構(gòu),預(yù)計對納米級材料燒結(jié)更適合。但迄今為止仍處于研究開發(fā)階段,許多問題仍需深入探討。
    (7)自蔓延燒結(jié)法:是通過材料自身快速化學(xué)放熱反應(yīng)而制成精密陶瓷材料制品。此方法節(jié)能并可減少費(fèi)用。國外有報道說可用此法合成200多種化合物,如碳化物、氮化物、氧化物、金屬間化合物與復(fù)合材料等。
    (8)氣相沉積法:分物理氣相法與化學(xué)氣相法兩類。物理法中最主要有濺射和蒸發(fā)沉積法兩種。濺射法是在真空中將電子轟擊一平整靶材上,將靶材原子激發(fā)后涂覆在樣品基板上。雖然涂覆速度慢且僅用于薄涂層,但能夠控制純度且底材不需要加熱。
    化學(xué)氣相沉積法是在底材加熱同時,引入反應(yīng)氣體或氣體混合物,在高溫下分解或發(fā)生反應(yīng)生成的產(chǎn)物沉積在底材上,形成致密材料。此法的優(yōu)點(diǎn)是能夠生產(chǎn)出高致密細(xì)晶結(jié)構(gòu),材料的透光性及力學(xué)性能比其它燒結(jié)工藝獲得的制品更佳。
    隨著微電子、數(shù)據(jù)存儲、先進(jìn)顯示與光學(xué)涂層越來越多的需求,對精密陶瓷薄膜的需求大幅增長。
社會需求與高科技發(fā)展是精密陶瓷燒結(jié)水平不斷提高與優(yōu)化的原動力,精密陶瓷燒結(jié)技術(shù)將不斷取得新進(jìn)步。

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