特种陶瓷的新型烧结技术

特种陶瓷的新型烧结技术一.特种陶瓷的微波烧结技术及研究进展陶瓷材料的微波烧结原理与目前的常规烧结工艺有着本质的区别。传统的加热是利用电阻加热，通过辐射，传导或对流的方式将发热体的热量传递给样品，热流方向是从样品表面指向心部，形成样品表面温度高，心部温度低的温度场。而微波烧结是利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料在电磁场中的介质损耗使材料整体加热至烧结温度而实现致密化的方法。由于材料可内外均匀地整体吸收微波能并被加热，使得处于微波场中的被烧结物内部的热梯度和热流方向与常规烧结时完全不同。微波可以实现快速均匀加热而不会引起试样开裂或在试样内形成热应力，更重要的是快速烧结可使材料内部形成均匀的细晶结构和较高的致密性，从而改善材料性能。同时，由于材料内部不同组分对微波的吸收程度不同，因此可实现有选择性烧结，从而制备出具有新型微观结构和优良性能的材料。利用微波烧结特种陶瓷材料，有利于降低烧结温度，提高烧结速率，改善显微结构和性能，并且在节能环保方面也存在巨大潜力。目前微波烧结技术应用于制备特种陶瓷材料的范围在不断扩展，其中多孔陶瓷，生物陶瓷，非氧化物陶瓷及陶瓷复合材料等将成为今后利用微波烧结技术研究和开发的重点。虽然微波技术在陶瓷材料烧结领域内有很好应用前景，在某些方面也得到了一定程度的产业化应用，但是其烧结机理不清楚及许多工程技术问题限制了微波烧结技术的发展。（1）测定材料的介电常数及掌握不同频率下各种材料介电常数的变化规律，对优化烧结工艺和设计微波设备可以提供丰富的理论依据。（2）微波保温材料的选型，烧结过程中温度均匀性的控制，是生产出质量稳定的陶瓷产品的关键。（3）大功率微波发生器的研制，微波能的转换效率的提高，微波高温材料成本的控制等是解决高温微波加热设备的工业化应用的难题。二.Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷烧结技术研究进展1.热压烧结为了提高压电陶瓷的致密度,尽量抑制碱金属元素的挥发,从而获得更高的压电性能,研究人员首先尝试采用先进的烧结工艺。1962年,Jaeger和Egerton采用热压法烧结制备了相对密度接近于99%的Na0.5K0.5NbO3陶瓷,其居里温度Tc为420e。热压烧结是将干燥粉料充填在模型内,再从单轴方向边加压边加热,使成形和烧结同时完成的一种烧结方法。由于热压烧结过程中加热加压同时进行,粉料处于热塑性状态,有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程进行,因而能够降低烧结温度,缩短烧结时间,从而抑制晶粒长大,得到晶粒细小、致密度较高和机械性能、电学性能良好的产品。2.放电等离子烧结自1988年日本研制出第一台工业型放电等离子烧结(SparkPlasmaSintering,SPS)装置以来,该方法在新材料研究领域扮演着越来越重要的角色。放电等离子烧结设备类似于热压烧结炉,所不同的是给一个承压导电模具加上可控脉冲电流,通过调节脉冲电流的大小来控制升温速度和烧结温度。放电等离子烧结的中间过程和现象十分复杂,其烧结机理到目前还没有完全定论,尤其是对于导电材料和非导电材料烧结而言,研究人员认为其烧结机理存在很大的差异。然而,尽管其烧结机理还没有完全弄清楚,但其应用近年来却得到了快速发展。由于其融等离子活化和热压为一体,具有升温速度快、烧结时间短、冷却迅速、外加压力和烧结气氛可控制、节能环保等特点,在诸多材料制备领域得到了广泛的应用研究。三.纳米Ti(C.N)基金属陶瓷制备技术研究进展1.真空烧结炉内压力小于大气压的条件下进行的烧结#叫真空烧结。真空烧结比较有利于氧化物在较低温度下还原。在液相出现以前促进粘结金属和碳化物之间的扩散。以及烧结体内气体的解析和排除#可大大减少气相与固相之间的反应#缩小气体介质的影响，工艺上比较容易控制。周书助等利用分段真空烧结法主要研究了纳米。烧结过程中的组织结构和相变。在微米基金属陶瓷中后发生固溶反应消失。而在纳米基金属陶瓷中发生固溶反应消失。另外，纳米基金属陶瓷在固相反应完成之前，随着烧结温度的升高硬质相的晶格常数增加。纳米基金属陶瓷粘结相的晶格常数随着烧结温度的增加而升高。2.放电等离子烧结放电等离子烧结是一种利用断直流脉冲电流直接通电烧结的加压烧结法。通断式直流脉冲电流的主要作用是产生放电等离子体，放电冲击压力焦耳热和电场扩散作用在放电等离子烧结过程中。电极通入直流脉冲电流瞬间产生的放电等离子体使烧结体内部颗粒均匀地自身产生焦耳热，并使颗粒表面活化，放电等离子烧结具有快速加热和冷却的特点。烧结温度低，烧结时间短，可获得细小，均匀的组织，并能保持原始材料的自然状态。而且，通过控制烧结组分与工艺，能烧结类似于梯度材料及大型工件等复杂材料。3.热压烧结热压烧结是在加热粉体的同时施加一定的压力。样品的致密化主要依靠外加压力作用实现物质的迁移。热压烧结与无压烧结相比，烧结温度较低，而且烧结中气孔率也低。热压烧结用于制备纳米材料时，可使用的压力通常很高#烧结效果较好。很多材料的热压烧结表明，样品可在比无压烧结低几十甚至几百度的温度下达到致密，同时晶粒生长较慢，从而可得到细晶粒的陶瓷材料。