第三篇-陶瓷材料及其制备工艺课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三篇,陶瓷材料及其,制备工艺,一、概述,三、粉体的制备,二、陶瓷原料,五、烧结原理与工艺,四、,配料及成形的原理,与工艺,六、陶瓷烧结后处理与加工,粉末制备,坯料制备,成形,干燥,烧结,后处理,成品,热压或热等静压烧结,陶瓷的制备工艺过程：,一、概述,1.,陶瓷的概念,传统上，“陶瓷”是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而制成的各种制品。,传统陶瓷包括常见的日用陶瓷制品和建筑陶瓷、电瓷等。,广义上， “陶瓷”是用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称。,日用陶瓷餐具,建筑陶瓷地砖,电瓷,传统陶瓷的主要原料：取之于自然界的,硅酸盐矿物,(,如粘土、长石、石英等,),，所以传统陶瓷可归属于硅酸盐类材料和制品,。,因此，陶瓷工业可与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业同属“硅酸盐工业”的范畴。,粘土矿物高岭石,钾长石,石英,A,超声波雾化器用,压电陶瓷晶片,氧化锆陶瓷,金属陶瓷阀门,这些氧化物陶瓷、压电陶瓷、金属陶瓷等的生产过程基本上还是,原料处理、成形、烧结这种传统的陶瓷生产方法,，但原料已不再使用或很少使用粘土等传统陶瓷原料，而已扩大到,化工原料和合成矿物，甚至是非硅酸盐、非氧化物原料，组成范围也延伸到无机非金属材料的范围中，并且出现了许多新的工艺,。,2.,陶瓷的分类,(1),按陶瓷概念和用途来分类：,结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、硬质、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料；,不同形状的特种结构陶瓷件,功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物,-,化学功能等陶瓷制品和材料，此外还有核能陶瓷和其它功能材料等。,电子绝缘件,氧化锆陶瓷光学导管,4.,陶瓷在现代化建设中的作用,首先，陶瓷是人民日常生活中听不可缺少的日用品，几千年来一直是人类用以生活的主要餐具、茶具和容器。,其次，陶瓷又是制造美术陈设器皿的最耐久最富于装饰性的材料，在我国外贸中占有一定的地位。,再次，陶瓷又是一个原料来源丰富，传统技艺悠久，具有坚硬、耐用及一系列优良性质的材料，在建筑、电力、电子、化学、冶金工业等，甚至农业和农产品加工中都大量应用。,最后，随着现代科学技术的飞速发展，使得具有优良性能的特种陶瓷得到了广泛应用。,二、陶瓷原料,粘土类原料,石英类原料,长石类原料,其他矿物原料,（瓷石，叶腊石，高铝质矿物原料，,碱土硅酸盐类原料，碳酸盐类）,新型陶瓷原料,（氧化物原料，碳化物类原料，氮化物原料）,1.,粘土类原料,粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物的混合体。,粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类（包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。,高岭石,叶腊石,伊利石,二氧化硅（,SiO,2,）在地壳中的丰度约为,60,。含,SiO,2,的矿物种类很多，部分以硅酸盐化合物的状态存在，构成各种矿物、岩石。另一部分则以独立状态存在，成为单独的矿物实体，其中结晶态二氧化硅统称为石英。,a.,水晶,b.,脉石英,c.,砂岩,d.,石英岩,e.,石英砂,2.,石英类原料,石英,水晶,长石是陶瓷生产中的主要熔剂性原料，一般用作,坯料、釉料、色料熔剂,等的基本成分，用量较大，是日用陶瓷的三大原料之一。自然界中长石的种类很多，归纳起来都是由以下四种长石组合而成：,3.,长石类原料,钠长石,(Ab) NaAlSi,3,O,8,或,Na,2,OAl,2,O,3,6SiO,2,钾长石,(Or) KAlSi,3,O,8,或,K,2,OAl,2,O,3,6SiO,2,钙长石,(An) CaAl,2,Si,2,O,8,或,Ca OAl,2,O,3,2SiO,2,钡长石,(Cn) BaAl,2,Si,2,O,8,或,BaOAl,2,O,3,2SiO,2,三、粉体的制备,粉体制备方法：,粉碎法,：,机械粉碎，气流粉碎；,杂质多，,1,m,以上；,合成法,：,固相法、液相法和气相法；,纯度、粒度可控，均匀性好，颗粒微细,。,粉碎法,机械粉碎法：,冲击式粉碎、球磨粉碎,行星式研磨、振动粉碎等,1-,动锥,2-,定锥,3-,破碎后的物料,4-,破碎腔,1-,电动机,2-,离合器操纵杆,3-,减速器,4-,摩擦离合器,5-,大齿圈,6-,筒身,7-,加料口,8-,端盖,9-,旋塞阀,10-,卸料管,11-,主轴头,12-,轴承座,13-,机座,14-,衬板；,15-,研磨,气流粉碎：,扁平式气流粉碎机,管道式气流粉碎机,（,1,）固相法,1.,烧结法：,A,(S),+B,(S),C,(S),十,D,(G),2.,热分解反应基本形式,(S,代表固相，,G,代表气相,),：,SlS2,十,G1,3.,化合反应法：,A(s)+B(s)C(s)+D(g),4.,氧化还原法或还原碳化、还原氮化,如：,3SiO2+6C+2N2 Si3N4+6CO,（,2,）液相法,盐溶液盐晶体或氢氧化物粉末,A.,化学共沉淀法,B.,溶胶凝胶法,C.,喷雾热分解法,合成法,(3),气相法,CVD,方法原理及,气象沉淀产物示意图,四、配料及成型的原理与工艺,配料,：方法两种,(1),已知化学计量的配料计算,(2),根据化学成分的配料计算,混料,：方法两种,干混和湿混,注意,加料程序,和,混料磨介的使用,塑化,就是指利用,塑化剂,，使原料坯料具有可塑性，而可塑性是指坯料在外力的作用下,发生无裂纹的变,形。,塑化剂,一般有,两类,：,一类是无机塑化剂、另一类是有机塑化剂。,造粒,就是在较细的原料中加入塑化剂，制成粒度较粗、具有一定假颗粒度级配、流动性较好的粒子。造粒方法可以分为一般造粒法、加压造粒法、喷雾造粒法、冷冻干燥法等。,成型,陶瓷粉体,、,坯料进,一步加工成,坯体,的,这,一,过程称为,成形。,1.,干压成形,干净压成型示意图,1.,粉体造粒,；,2.,模具充填,；,3.,单轴向加压,；,4.,脱模,2.,等静压成型,等静压成型系统构造图,3.,热压铸成型,4.,塑性成形,棒,(a),和管材,(b),的,挤制,成形示意,图,5.,流延法成型,(a),刮刀工艺,(b),带式浅注工艺,流延法成型,示意图,五、烧结原理与工艺,烧结,是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。,陶瓷烧结示意图,(a,),颗粒间的松散接触,；,(b),颗粒间形成颈部,；,(c),晶界向小晶粒方向,移动并逐渐,消失，晶粒,逐渐长大,；,(d),颗粒,互相,堆积,形成多晶,聚合体,(,一,),概念,陶瓷的烧结过程一般分为五个阶段：,(1),低温阶段（室温至,300,左右）,(2),中温阶段（亦称分解氧化阶段，,300,至,950,C,）,(3),高温阶段（,950,C,至烧成温度）,(4),保温阶段,(5),冷却阶段,陶瓷的,烧结类型,可以分固相,烧结,、液相,烧结,。,T,1,T,3,T,2,T,m B,T,m A,烧结过程示意相图,(,一,),概念,（二）几种常用烧结方法,）热压烧结,）热等静压,）放电等离子体烧结,）微波烧结,）反应烧结,）爆炸烧结,常压烧结：,常压,热压烧结：,加压,热等静压烧结：,高温恒压,气氛烧结：,防氧化、加气,反应烧结：,加入气相或者液相以获得一 定强度和精度,帮助理解,热压烧结,2.,热压烧结,：,包括一般热压烧结和等静压烧结。,热压烧结指在烧成过程中施加一定的压力 （在），促使材料加速流动、重排与,致密化,。连续热压烧结生产效率高，但设备与模具费用较高，又不利于过高过厚制品的烧制。,热等静压烧结可克服上述弊缺，适合形状复杂制品生产。目前一些高科技制品，如陶瓷轴承、反射镜及军工需用的核燃料、枪管等、亦可采用此种烧结工艺。,优点,：压力有助于致密化，降低烧结温度，,缩短烧结时间；烧成的陶瓷晶粒度,小，力学性质好；气孔率接近于零，,密度接近于理论密度。,热等静压烧结,高温等静压工艺设备系统简图,烧结系统大致由四个部分组成：真空烧结腔（图中,6,），加压系统（图中,3,），测温系统（图中,7,）和控制反馈系统。图中,1,示意石墨模具，,2,代表用于电流传导的石墨板，,4,是石墨模具中的压头，,5,是烧结样品。,放电等离子体烧结,微波烧结,微波烧结陶瓷装置示意图,微波烧结系统,高温倒焰窑,结构,示意图,梭式窑结构示意图,1.,间歇式窑炉,按其功能新颖性可分为电炉、高温倒焰窑、梭式窑和钟罩窑。,（三）烧结设备,2.,连续式窑,连续式窑炉按制品的输送方式可分为隧道窑、高温推板窑和辊道窑。,高温隧道窑,六、陶瓷烧结后处理加工,常见的后续,加工,处理,方式主要有表面施釉、,机械,加工及表面,表面金属化,。,施釉,(1),提高瓷件的机械强度与耐热冲击性能；,(2),防止工件表面的低压放电；,(3),使瓷件的防潮功能提高。,机械加工,可以使陶瓷,制品适应,尺寸公差的要求，也可以改善陶瓷,制品,表面的,光洁度,或去除表面的缺陷,。方法有磨削、激光和超声波加工等。,金属化,为了满足电,性能的需要或,实现,陶瓷,与金属,的封接，需要在陶瓷表面牢固地,镀上一层金属薄膜,，常見的陶瓷,金属,化方法有,被银法,、,电镀,法等。,陶瓷与金属的封接形式包括玻璃釉封接、金属焊接封接、活化金层封接、激光焊接、固相封接等。,