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技术陶瓷主要烧结方法介绍

03-12-2021

烧结是指陶瓷坯体成型后的致密化过程。在高温作用下,气孔消除,体积收缩,产生具有预期几何形状的固体烧结体。烧结过程对材料的性能有着至关重要的影响。生产不同种类的工艺陶瓷,针对不同的性能需求,选择合适的烧结方法非常重要。


 烧结技术陶瓷有多种方法:


(1)常压烧结

常压烧结是最常用的烧结方法之一,是指在常压下(即烧结过程中不需要额外的压力)通过添加合适的烧结助剂来加热烧结陶瓷制品的方法。 

常压烧结的缺点是烧结温度高,对窑炉的要求也高,能源浪费大。



(2)热压烧结

热压烧结  是一种针对难烧结陶瓷粉末的烧结方法,将陶瓷粉填充到陶瓷粉体中模具型腔然后从单轴方向加热,同时加压,即成型和烧结同时进行。 

陶瓷粉末在烧结过程中处于热塑性状态,有利于颗粒的接触、扩散和流动,因此成型压力较低;还可以降低烧结温度,缩短烧结时间,抑制晶粒长大,获得晶粒细密、致密、 以及良好的机械和电气性能。 无需添加烧结助剂或成型助剂,即可生产超高纯度陶瓷制品。 

热压烧结的缺点是采用单向压力,因此制品的形状和尺寸受到模具的限制,一般为圆柱形或环形。此外,单向压力还使得坯体内压力分布不均匀,容易造成陶瓷烧结体微观结构和力学性能的各向异性。



(3)热等静压烧结

热等静压烧结是指烧结致密化的过程 通过高温和全方位均衡的高压气体的共同作用,将陶瓷粉末、坯体或预烧体制成。适合制造形状复杂的制品,可以提高制品的密度和性能。热等静压烧结后的陶瓷零件密度均衡,各方向性能一致。

热等静压是一种综合了以下优点的烧结方法 常压烧结和热压烧结,不仅能像热压烧结一样增加密度,抑制晶粒长大,提高产品的性能。此外,它还可以生产形状非常复杂的陶瓷零件,例如大气的烧结方法,避免非等轴晶产品的晶粒取向。



(4)反应烧结

是指通过气相或液相与基体的相互反应而烧结陶瓷材料的方法。最典型的产品是反应烧结碳化硅和反应烧结氮化硅陶瓷。这种烧结方法的优点是工艺简单,产品可稍加加工或不加工,也可生产形状复杂的产品。缺点是制品中残留未反应的化学物质,结构不易控制,太厚的制品不易完全烧结。



(5)气压烧结

气压烧结(GPS)是指在高温烧结过程中施加一定的气体压力,以抑制陶瓷材料在高温下的分解和失重的烧结方法。从而可以提高烧结温度,进一步促进材料的致密化,获得高密度的陶瓷制品。 

气体加压烧结和热等静压烧结均采用气体作为传递压力的方法,但两者的压力和压力效果不同。 HIP烧结时气体压力较高(100~300MPa),主要作用是促进陶瓷完全致密化。 GPS烧结时,施加的气体压力较小(1~10MPa),主要抑制Si3N4或其他氮化物基高温材料的热分解。



(5) 气相沉积烧结

气相沉积烧结可分为物理气相法和化学气相法。物理方法主要有两种:溅射沉积和蒸发沉积。溅射法是在真空中用电子束轰击平面靶材,靶材原子受到激发,然后涂覆在样品基板上。化学气相沉积方法在加热基材材料的同时引入反应气体和气体混合物,在高温下分解或反应生成的材料沉积在基材上,形成致密的材料。


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