6.7.1低溫?zé)膳c快速燒成6.7.1.1低溫?zé)膳c快速燒成的作用（一）低溫?zé)膳c快速燒成的含義一般來說，凡燒成溫度有較大幅度降低（如降低幅度在80～100℃以上者）且產(chǎn)品性能與通常燒成的性能相近的燒成方法可稱為低溫?zé)?。快速燒成指的是產(chǎn)品性能無變化，而燒成時間大量縮短的燒成方法。6.7燒成新方法1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理（二）低溫與快燒的作用1.節(jié)約能源燒成溫度對燃料消耗的影響，可用下式表示： F=100-0.13（t2-t1）式中F為溫度t1時的單位燃耗與溫度t2時的單位燃耗之比，（%）。2.充分利用原料資源促進新型陶瓷原料的開發(fā)利用1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理3.提高窯爐與窯具的使用壽命4.縮短生產(chǎn)周期、提高生產(chǎn)效率5.低溫?zé)?，有利于提高色料的顯色效果，豐富釉下彩和色

釉的品種。6.快速燒成可使坯體中晶粒細小，從而提高瓷件的強度、改

善某些介電性能。并非任何品種都值得采用低溫?zé)苫蚩焖贌伞?/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.1.3快速燒成的工藝措施1.坯、釉料能適應(yīng)快速燒成的要求坯料：（1）干燥收縮和燒成收縮均小（2）坯料的熱膨脹系數(shù)要小，最好它隨溫度的變化呈線性關(guān)系（3）希望坯料的導(dǎo)熱性能好（4）希望坯料中少含晶型轉(zhuǎn)變的成分2.減少坯體入窯水分、提高坯體入窯溫度3.控制坯體厚度、形狀和大小4.選用溫差小和保溫良好的窯具5.選用抗熱震性能良好的窯具釉料：化學(xué)活性強，始熔溫度高，高溫粘度低，膨脹系數(shù)較常規(guī)燒成時小。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.1.4

快燒產(chǎn)品的質(zhì)量生產(chǎn)實踐和研究的結(jié)果表明，在縮短燒成周期的同時，適當(dāng)?shù)靥岣邿蓽囟龋?0～30℃）是能夠使陶瓷產(chǎn)品的顯微結(jié)構(gòu)和物相組成不受影響。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理快速燒成對三種陶瓷電容器介質(zhì)介電性能的影響：Ⅰ類：(Ca,Sr,Nd,Mg)TiO3;Ⅱ類：BaTiO3、CeO2;

Ⅲ類：BaTiO3、Nd2O3·3TiO2;1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理熱壓燒結(jié)是在高溫下加壓促使坯體燒結(jié)的方法，也是一種使坯體的成型和燒結(jié)同時完成的新工藝。6.7.2.1熱壓燒結(jié)的理論基礎(chǔ)1熱壓燒結(jié)的傳質(zhì)過程除了擴散傳質(zhì)外，又出現(xiàn)了兩個明顯的傳質(zhì)過程：晶界滑移傳質(zhì)、擠壓蠕變傳質(zhì)1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理（1）晶界滑移傳質(zhì)a.高溫低壓時以塑性滑移為主。b.低溫高壓時以碎裂型滑移為主。晶界滑移傳質(zhì)是一種高效率的傳質(zhì)過程。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理（2）擠壓蠕變傳質(zhì)主要是相對靜止的晶界在正壓力作用下的緩變過程。是一種相對慢速的傳質(zhì)過程。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理2.熱壓燒結(jié)的致密化過程（1）熱壓初期密度迅速增大，大部分氣孔都在此階段消失。坯體內(nèi)出現(xiàn)壓力作用下的顆粒重排、晶界滑移引起的局部碎裂或塑性流動傳質(zhì)，將大型堆積間隙填充。（2）熱壓中期密度的增加速度顯著變慢。擠壓晶界出現(xiàn)，主要為擠壓蠕變傳質(zhì)，是在壓力作用下的空格點擴散以及與此相伴隨的晶界中氣孔的消失。（3）熱壓后期外加壓力作用已經(jīng)很不明顯，主要傳質(zhì)推動力與普通燒結(jié)相似。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.2.2熱壓設(shè)備（熱壓機）1加熱爐2加壓裝置3模具4測溫測壓設(shè)備熱源：電加熱元件：SiC、MoSi2、鎳鉻絲、白金絲、鉬絲、導(dǎo)電的模具石墨等杠桿式壓機、液壓機要求：機械強度高；高溫下能抗氧化；熱膨脹性接近于所熱壓的材料，且二者之間不反應(yīng)或粘結(jié)。5熱壓氣氛空氣、真空、或保護氣氛（還原性氣氛或惰性）1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.2.3熱壓燒結(jié)制度1.熱壓制度的類型1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理2.不同熱壓制度的效果1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理3.熱壓參數(shù)的確定（1）熱壓時的燒結(jié)溫度主要是根據(jù)熱壓材料的性質(zhì)、材料與

模具的作用情況及材料的顆粒細度等來確定。（2）對于單相材料（難熔化合物和純氧化物等）來說，熱壓

溫度為其熔點（絕對溫度）的0.75~0.9。（3）熱壓燒結(jié)的溫度應(yīng)選擇在材料具有較大塑性時的溫度。（4）熱壓時的壓力由試驗確定。（5）大型產(chǎn)品的熱壓燒結(jié)溫度要高些，保溫時間要長些。（6）冷卻速度和材料的抗熱震性及制品的大小、形狀有關(guān)。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.2.5熱壓燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展1.半連續(xù)熱壓1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理2.超高熱壓3.反應(yīng)熱壓是一種壓強超過7Mpa的熱壓燒結(jié)。超高溫、超高壓合成熱壓：壓強超過7Mpa、溫度超高1400℃的熱壓燒結(jié)將高溫下坯料可能發(fā)生的某種化學(xué)反應(yīng)過程加以利用的一種熱壓燒結(jié)工藝。綜合利用熱能、機械能、化學(xué)能促使燒結(jié)完成。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.3熱等靜壓燒結(jié)(HotIsostaticPressing)6.7.3.1熱等靜壓工藝過程與參數(shù)

是使坯料在各個方向上承受均勻壓力而成型的同時，進行高溫?zé)Y(jié)的工藝，也是一種成型和燒成同時進行的方法。1.備料粉料或預(yù)壓坯體。2.裝料封套材料：金屬箔、玻璃、陶瓷纖維或高熔點金屬（Mo、W、Ta）等。高溫下具有良好的塑性又能很好地傳遞壓力的材料。3.除氣1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理5.后處理即進行第二次熱等靜壓燒結(jié)，以促使缺陷愈合、消除殘余氣孔。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理等靜壓前后TiC/TiNi的顯微結(jié)構(gòu)1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.3.2熱等靜壓設(shè)備1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.4真空燒結(jié)法在真空中進行燒結(jié)的方法。在真空中施加機械壓力進行燒結(jié)的方法稱為真空熱壓燒結(jié)。優(yōu)點：1.可避免O2、N2及填料成分對材料的污染，提高材料的性能。2.真空燒結(jié)有利于坯體的排氣，可獲得高度致密的制品。3.能更好地排除Si、Al、Mg、Ca等微量氧化物雜質(zhì)。4.經(jīng)真空燒結(jié)的陶瓷切削刀具易于焊接。主要用于燒結(jié)高溫陶瓷以及含TiC的硬質(zhì)合金、含鈷的金屬陶瓷等。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.5微波燒結(jié)（MicrowaveSintering）微波燒結(jié)是利用微波具有的特殊波段與材料的基本細微結(jié)構(gòu)耦合而產(chǎn)生熱量，材料在電磁場中的介質(zhì)損耗使材料整體加熱至燒結(jié)溫度而實現(xiàn)致密化的方法。在微波燒結(jié)技術(shù)中使用的頻率主要為915MHz和2.45GHz兩種波段。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.5.1微波燒結(jié)的優(yōu)點（1）微波與材料直接耦合導(dǎo)致整體加熱。（2）微波燒結(jié)升溫速度快，燒結(jié)時間短。（3）安全無污染。（4）能實現(xiàn)空間選擇性燒結(jié)。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.5.2微波燒結(jié)機理在絕熱環(huán)境下，當(dāng)忽略材料在加熱過程中的潛能（如反應(yīng)熱、相變熱等）變化時，單位體積材料在微波場作用下的升溫速率為：式中f為微波工作頻率；ε’為材料介電損耗；ε0為空間介電常數(shù)；E為微波電場強度；Cp為材料熱容；ρ為材料密度。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.5.3材料與微波場的作用類型材料與微波的作用方式示意圖Al2O3，MgO，SiO2以及大多數(shù)玻璃制品等金屬材料Co2O3，MnO2，NiO，CuO，SiC，ZrO2，BaTiO3，Si3N4等1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.5.4微波燒結(jié)系統(tǒng)微波燒結(jié)系統(tǒng)主要包括三部分：微波發(fā)生器（微波源，microwavegenerator）；微波傳輸系統(tǒng)（波導(dǎo)，waveguide）；微波諧振腔（燒結(jié)腔體，Resonancechamber）。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理5KW,2.45GHz微波發(fā)生器紅外測溫裝置&控制冷卻水系統(tǒng)微波燒結(jié)陶瓷裝置示意圖保溫結(jié)構(gòu)多模諧振腔其它重要部分：測溫與控制系統(tǒng)；保溫結(jié)構(gòu)；輔助加熱體。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.6反應(yīng)燒結(jié)（reaction-bondedsintering）反應(yīng)燒結(jié)是讓原料混合物發(fā)生固相反應(yīng)或原料混合物與外加氣（液）體發(fā)生固—氣（液）反應(yīng)，以合成材料，或者對反應(yīng)后的反應(yīng)體施加其它處理工藝以加工成所需材料的一種技術(shù)。反應(yīng)燒結(jié)氮化硅（Reaction-BondedSiliconNitride，RBSN）反應(yīng)燒結(jié)碳化硅（Reaction-BondedSiliconCarbide，RBSC）1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.7

放電等離子體燒結(jié)(SparkPlasmaSintering，SPS)又稱脈沖電流燒結(jié)。該技術(shù)的主要特點是利用體加熱和表面活化，實現(xiàn)材料的超快速致密化燒結(jié)?？蓮V泛用于磁性材料、梯度功能材料、納米陶瓷、纖維增強陶瓷和金屬間化合物等系列新型材料的燒結(jié)。SPS主要是利用外加脈沖強電流形成的電場清潔粉末顆粒表面氧化物和吸附的氣體，凈化材料，活化粉末表面，提高粉末表面的擴散能力，再在較低機械壓力下利用強電流短時加熱粉體進行燒結(jié)致密。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.7.8爆炸燒結(jié)（ExplosionSintering）爆炸粉末燒結(jié)是利用炸藥爆轟產(chǎn)生的能量，以沖擊波的形式作用于金屬或非金屬粉末，在瞬態(tài)、高溫、高壓下發(fā)生燒結(jié)的一種材料加工或合成的新技術(shù)。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.8.1間歇式窯爐電爐、高溫倒焰窯、梭式窯和鐘罩窯。6.8.1.1電爐電阻爐、感應(yīng)爐、電弧爐等。6.8燒結(jié)設(shè)備1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理1、電阻加熱爐箱式電阻爐實物圖（a）和爐體結(jié)構(gòu)示意圖（b）

1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理管式電阻爐實物圖（a）和爐體結(jié)構(gòu)示意圖（b）1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理2、電磁感應(yīng)加熱爐（magneticinductionheating）由于電磁感應(yīng)作用在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，而這種感應(yīng)電流因為導(dǎo)體的電阻而產(chǎn)生熱能的一種電爐。它又可分為感應(yīng)熔煉爐和感應(yīng)加熱爐，常利用感應(yīng)爐研制氮化硅等。3、電弧爐（arcinductionheating）熱量主要由電弧產(chǎn)生的電加熱爐，用于人工合成云母、生產(chǎn)氧化鋁空心球及硅酸鋁耐火纖維優(yōu)質(zhì)保溫材料等。1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.8.1.2高溫倒焰窯（reverseflamekiln）倒焰窯示意圖1-窯室；2-燃燒室；3-灰坑；4-窯底吸火孔；5-支煙道；6-主煙道；7-擋火墻；8-窯墻；9-窯頂；10-噴火口1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.8.1.3梭式窯（drawerkiln）梭式窯結(jié)構(gòu)示意圖1-窯室；2-窯墻；3-窯頂；4-燒嘴；5-升降窯門；6-支煙道；7-窯車；8-軌道1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.8.1.4鐘罩窯（bellkiln）1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.8.2連續(xù)式窯隧道窯、高溫推板窯和輥道窯。6.8.2.1、隧道窯（tunnelkiln）1/17/2023國家精品課程——陶瓷工藝原理6.8.2.2