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      氧化鋁陶瓷燒結的幾種工藝

      時(shi)間:2022-03-06 16:05:19作者:小(xiao)編點(dian)擊(ji):

      粉(fen)體成型後獲得形狀(zhuang)良好(hao)的(de)素坯,然(ran)後將(jiang)素坯(pi)在一定溫度下(xia)加熱,素(su)坯發生(sheng)體積收(shou)縮,最(zui)終(zhong)變(bian)成致密的燒結體(ti),這一過(guo)程(cheng)稱為燒結。氧化鋁陶瓷(ci)坯體燒結的驅動(dong)力(li)主(zhu)要是(shi)粉體表(biao)麵能(neng)的變化(hua),即(ji)粉體的表麵能下降,表麵(mian)積(ji)減少(shao),陶(tao)瓷實(shi)現致密(mi)化。在陶瓷燒結致密化的過程中,物(wu)質的傳(chuan)遞(di)可以通過固(gu)相(xiang)擴(kuo)散來進(jin)行(xing),包(bao)括表麵擴散(san)、晶界擴散、晶格擴散等。工(gong)業(ye)上(shang)一(yi)般(ban)使用常(chang)壓(ya)燒結。
      1、常壓燒結   
      常壓燒結即對材(cai)料不進行加壓而使(shi)其(qi)在大氣壓力下燒結,是目前(qian)應(ying)用(yong)最普遍的一種燒結方(fang)法。它(ta)包括了在(zai)空氣條(tiao)件(jian)下的常壓燒結和某(mou)種特(te)殊(shu)氣(qi)體氣氛條件下的常壓燒結。該(gai)方法具(ju)有較(jiao)高的燒結溫度,對(dui)爐內(nei)的要(yao)求(qiu)較高(gao),且(qie)對能源(yuan)的浪費(fei)比較大。 Al2O3熔(rong)點高,因此Al2O3陶瓷的製備常常需(xu)要添加燒結助(zhu)劑(ji),通過液相燒結致(zhi)密。這種方法通(tong)常可促(cu)進Al2O3陶瓷的燒結,Al2O3陶瓷液相燒結通過化學(xue)反應生成液相,促進擴散和粘性(xing)流動,以達到(dao)顆粒的重排和(he)傳質(zhi)過程,降低Al2O3陶瓷燒結溫度,加速有效燒結。   由(you)於(yu)常壓燒結沒(mei)有外加驅(qu)動力,要將陶瓷內部的氣孔(kong)全(quan)部排除達(da)到理論(lun)密度(du)是非(fei)常困難的。而特殊燒結工藝(yi)是指在氧(yang)化鋁(lv)陶瓷的燒結過程中外加燒結驅動力,促進陶瓷的致密化。目前常見的特殊燒結工藝主要有(you)熱壓燒結、熱等靜壓燒結、微波加熱(re)燒結、微波(bo)等離子(zi)體燒結、放(fang)電(dian)等(deng)離子體燒結等。

      2、熱壓燒結   熱壓燒結就(jiu)是高溫(wen)下對樣品(pin)施加單向壓力,促進陶瓷達到全致密。與常規燒結相比(bi),在15MPa的壓力下燒結使陶瓷的燒結溫度降低了(le)200℃同(tong)時致密度提高2%,而且這種趨(qu)勢隨(sui)著壓力的增(zeng)加(jia)而(er)提(ti)高。對於純氧化鋁陶瓷,常規燒結需要1800℃以上的溫度;而20MPa的熱壓燒結隻(zhi)需要1500℃。   熱壓燒結提供的壓力促進了顆粒內原子的流動,同時壓力和表麵能一起(qi)作(zuo)為驅動力,加強(qiang)了擴散作用。由於熱壓燒結能在較低溫度下燒結,因(yin)而抑製了晶粒(li)的長大,得到的樣品致密均勻(yun)、晶(jing)粒小、強度高。但(dan)它不宜生產過高、過厚(hou)、形狀複雜製品,生產(chan)規模(mo)小,成本高。

      3、熱等靜壓燒結   熱等靜(jing)壓燒結是對陶瓷坯體的各(ge)個(ge)方向同時施(shi)加壓力的燒結,降低(di)陶瓷的燒結溫度,同時燒結得到的陶瓷結構(gou)均(jun)勻、性能好。雖然熱等靜壓燒結能夠成功地降低(di)陶瓷的燒結溫度、且可(ke)以(yi)獲(huo)得(de)形(xing)狀複雜(za)的物件,但是熱等靜壓燒結需要提前對坯體進行包封(feng)或(huo)者預(yu)燒結、壓力條件也(ye)會比較苛刻(ke)。
      4、超高壓燒結   超高壓燒結即在較大壓力條件下進行燒結,由於壓力較大,原子擴散受到抑製(zhi),形核勢壘相對較小,因此,在較低溫度下即可製得高致密(>98%)高純(chun)度氧化鋁陶瓷。超高壓燒結過程中(zhong),壓力的存(cun)在使得顆粒內的空位(wei)和原子擴散速率(lv)増(zeng)大,壓力與表麵能一起作為燒結驅動力,使擴散作用増強。超(chao)高壓燒結通常隻需在相對較低的溫度下進行,抑(yi)製了晶粒的異常長大(da),從而獲得致密化程度高、晶粒尺(chi)寸細(xi)小且分(fen)布均勻的高純氧化鋁陶瓷。
      5、微(wei)波加熱法(fa)燒結   微(wei)波加熱法(fa)燒結是利用微波與陶瓷間的相互作用,因為介(jie)電作用使陶瓷內部和表麵同時燒結。微波燒結不同於其它燒結方法,它的熱氣流(liu)是由內向外,有利於坯體內部(bu)的氣體向外(wai)擴散;同時微波使得晶粒的活性提高,更加易(yi)於遷移從(cong)而促進致密化。 與其它燒結方法相比,微波燒結能夠(gou)快(kuai)速(su)地升(sheng)溫和燒結,溫度場均勻、熱應力小、無(wu)汙染。微波燒結的燒結溫度比常規燒結降低了100℃至150℃,且燒結時間比常規(gui)燒結少了近(jin)一個數量(liang)級。在相同條件下燒結,微波燒結的致密度明(ming)顯(xian)要高於常規燒結。微波燒結能夠燒結形狀複(fu)雜的物件,且燒結後(hou)的陶瓷內部晶粒小、均勻性好、斷(duan)裂(lie)韌(ren)性好。
      6、微波等離子體燒結   微波等離子體燒結與常規燒結相比,在相同的條件下能夠降低燒結溫度200℃,並且燒結速度快、晶粒尺寸(cun)小、機械強度高。微波等離(li)子體燒結促進致密化的一個原(yuan)因是快速升溫,快速升溫減(jian)少了因表麵擴散而引(yin)起的晶粒長(zhang)大,為(wei)體積擴散和晶界擴散提供了較強的驅動力和較短的路(lu)程,從而降低氧化鋁陶瓷的燒結溫度並且使晶粒細化。

      7、放電等離子燒結   放電等離子燒結是近幾(ji)年發展起來(lai)的一種(zhong)較新的燒結方式,它是利用脈衝(chong)能、脈衝壓力產生的瞬(shun)間高溫場來實現陶瓷內部晶粒的自發發(fa)熱從而使晶粒活(huo)化,由於這種燒結方法升溫、降溫快、保溫時間短,抑製了晶粒的生長、縮短(duan)了陶瓷的製備周期(qi)、節約(yue)了能源。放電等離子燒結實際(ji)上是一種新的熱壓燒結方法,所得到的陶瓷樣品晶粒均勻、致密度高、機械性能好,是一種很有價值(zhi)和前景的燒結方法。   在放電等離子體燒結製備高純氧化鋁陶瓷的過程中,升溫速率對不(bu)同階段(duan)樣品燒結致密化具有較大影響。在燒結初(chu)始(shi)階段,較快的升溫速率可以增加燒結體密度,而在燒結後期,較快的升溫速率會導致燒結體密度降低。
      8、兩(liang)步燒結法   兩(liang)步燒結法即將樣品加熱到一個特定的溫度(T1)以排除(chu)坯體中的亞臨(lin)界氣孔,然後降至一個較低的溫度(T2)使坯體達到致密。在兩(liang)步燒結法中的低溫燒結階段,由於晶界(jie)遷(qian)移(yi)比晶界擴散所需要的活化能髙,所以這一階段主要以晶界擴散為主。因此,在兩(liang)步燒結法中的第二個階段,坯體不斷致密,但晶粒不會(hui)生長過快。在兩(liang)步燒結法中的低溫燒結階段,坯體完全致密的先(xian)決條件是在坯體收縮的過程中,坯體中的氣孔逐漸(jian)變成封閉氣孔。
      9、微波兩步法燒結   兩步法燒結可以在傳統(tong)燒結爐上進行,設(she)備成本低廉(lian),具有很(hen)強的應用價值。但是兩步法燒結由於需要在第(di)二個溫度點長時間保溫,因此(ci)是一種相對比較緩(huan)慢的燒結工藝。微波加熱通常以整體加熱、快速加熱為優(you)點,很少有研究(jiu)將微波加熱與(yu)兩步法加熱聯合起來。但是微波加熱能降低燒結溫度、縮(suo)短燒結時間的特點,將有利(li)於晶粒的進一步細化,並有效縮短兩步法的生產周期。

      10、高真空燒結   高真空燒結是一種在高度真空狀態(tai)下對陶瓷坯體進行燒結的燒結技術(shu)。真空燒結因具有降低升溫速率、抑製晶粒異(yi)常長大、減少不規則氣孔率等優勢在製備低氣孔率、小尺寸晶粒陶瓷方麵受到許多學者的重(zhong)視。高真空燒結不僅可以增強高純氧化鋁陶瓷的一些(xie)性能,而且還(hai)可以減少晶界處的雜質和燒結體中的氣孔。真空燒結製備高純氧化鋁陶瓷的過程中,氧化鋁晶格(ge)中的氧離子容(rong)易丟(diu)失(shi),形成大量的氧離子空位,鋁離子濃(nong)度相對增加,從而導致鋁離子擴散過程加快,有利於燒結的進行。 沈(shen)陽(yang)成年动漫app真空科(ke)技有限公司專業設計(ji)製造氧化鋁陶瓷燒結爐,小型(xing)實驗(yan)爐,生產型工業爐,歡迎(ying)來電谘詢(xun)!


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