1、,第三篇,陶瓷材料及其制備工藝,陶瓷的制備工藝過程：,一、概述,1. 陶瓷的概念,傳統(tǒng)上，“陶瓷”是指所有以粘土為主要原料與其它天然礦物原料經(jīng)過粉碎、混煉、成形、燒結等過程而制成的各種制品。 傳統(tǒng)陶瓷包括常見的日用陶瓷制品和建筑陶瓷、電瓷等。 廣義上， “陶瓷”是用陶瓷生產方法制造的無機非金屬固體材料和制品的通稱。,日用陶瓷餐具,建筑陶瓷地磚,電瓷,傳統(tǒng)陶瓷的主要原料：取之于自然界的硅酸鹽礦物(如粘土、長石、石英等)，所以傳統(tǒng)陶瓷可歸屬于硅酸鹽類材料和制品。 因此，陶瓷工業(yè)可與玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工業(yè)同屬“硅酸鹽工業(yè)”的范疇。,粘土礦物高嶺石,鉀長石,石英,A超聲波霧化器用 壓電陶瓷晶

2、片,氧化鋯陶瓷,金屬陶瓷閥門,這些氧化物陶瓷、壓電陶瓷、金屬陶瓷等的生產過程基本上還是原料處理、成形、燒結這種傳統(tǒng)的陶瓷生產方法，但原料已不再使用或很少使用粘土等傳統(tǒng)陶瓷原料，而已擴大到化工原料和合成礦物，甚至是非硅酸鹽、非氧化物原料，組成范圍也延伸到無機非金屬材料的范圍中，并且出現(xiàn)了許多新的工藝。,2. 陶瓷的分類,(1) 按陶瓷概念和用途來分類：,結構陶瓷主要是用于耐磨損、高強度、耐熱、耐熱沖擊、硬質、高剛性、低熱膨脹性和隔熱等結構陶瓷材料；,不同形狀的特種結構陶瓷件,功能陶瓷中包括電磁功能、光學功能和生物-化學功能等陶瓷制品和材料，此外還有核能陶瓷和其它功能材料等。,電子絕緣件,氧化鋯陶

3、瓷光學導管,4. 陶瓷在現(xiàn)代化建設中的作用,首先，陶瓷是人民日常生活中聽不可缺少的日用品，幾千年來一直是人類用以生活的主要餐具、茶具和容器。 其次，陶瓷又是制造美術陳設器皿的最耐久最富于裝飾性的材料，在我國外貿中占有一定的地位。 再次，陶瓷又是一個原料來源豐富，傳統(tǒng)技藝悠久，具有堅硬、耐用及一系列優(yōu)良性質的材料，在建筑、電力、電子、化學、冶金工業(yè)等，甚至農業(yè)和農產品加工中都大量應用。 最后，隨著現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展，使得具有優(yōu)良性能的特種陶瓷得到了廣泛應用。,二、陶瓷原料,粘土類原料 石英類原料 長石類原料 其他礦物原料 （瓷石，葉臘石，高鋁質礦物原料， 堿土硅酸鹽類原料，碳酸鹽類） 新型陶

4、瓷原料（氧化物原料，碳化物類原料，氮化物原料）,1.粘土類原料,粘土很少由單一礦物組成，而是多種微細礦物的混合體。,粘土礦物主要為高嶺石類（包括高嶺石、多水高嶺石等）、蒙脫石類（包括蒙脫石、葉蠟石等）和伊利石類（也稱水云母）等等。,高嶺石,葉臘石,伊利石,二氧化硅（SiO2）在地殼中的豐度約為60。含SiO2的礦物種類很多，部分以硅酸鹽化合物的狀態(tài)存在，構成各種礦物、巖石。另一部分則以獨立狀態(tài)存在，成為單獨的礦物實體，其中結晶態(tài)二氧化硅統(tǒng)稱為石英。 a.水晶 b.脈石英 c.砂巖 d.石英巖 e.石英砂,2.石英類原料,石英,水晶,長石是陶瓷生產中的主要熔劑性原料，一般用作坯料、釉料、色料熔劑

5、等的基本成分，用量較大，是日用陶瓷的三大原料之一。自然界中長石的種類很多，歸納起來都是由以下四種長石組合而成：,3.長石類原料,鈉長石(Ab) NaAlSi3O8或Na2OAl2O36SiO2 鉀長石(Or) KAlSi3O8或K2OAl2O36SiO2 鈣長石(An) CaAl2Si2O8或Ca OAl2O32SiO2 鋇長石(Cn) BaAl2Si2O8或BaOAl2O32SiO2,三、粉體的制備,粉體制備方法： 粉碎法：機械粉碎，氣流粉碎；雜質多，1m以上； 合成法：固相法、液相法和氣相法；純度、粒度可控，均勻性好，顆粒微細。,粉碎法,機械粉碎法： 沖擊式粉碎、球磨粉碎 行星式研磨、振動

6、粉碎等,1-動錐2-定錐 3-破碎后的物料4-破碎腔,1-電動機2-離合器操縱桿3-減速器4-摩擦離合器5-大齒圈6-筒身7-加料口 8-端蓋9-旋塞閥10-卸料管11-主軸頭12-軸承座13-機座14-襯板；15-研磨,氣流粉碎：,扁平式氣流粉碎機,管道式氣流粉碎機,（1）固相法 1.燒結法： A(S)+B(S)C(S)十D(G) 2.熱分解反應基本形式(S代表固相，G代表氣相)：SlS2十G1 3.化合反應法：A(s)+B(s)C(s)+D(g) 4.氧化還原法或還原碳化、還原氮化 如：3SiO2+6C+2N2 Si3N4+6CO （2）液相法 鹽溶液鹽晶體或氫氧化物粉末 A.化學共沉淀法

7、 B.溶膠凝膠法 C.噴霧熱分解法,合成法,(3)氣相法,CVD方法原理及氣象沉淀產物示意圖,四、配料及成型的原理與工藝,配料：方法兩種 (1)已知化學計量的配料計算 (2)根據(jù)化學成分的配料計算 混料：方法兩種 干混和濕混 注意加料程序和混料磨介的使用,塑化 就是指利用塑化劑，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發(fā)生無裂紋的變形。塑化劑一般有兩類：一類是無機塑化劑、另一類是有機塑化劑。 造粒 就是在較細的原料中加入塑化劑，制成粒度較粗、具有一定假顆粒度級配、流動性較好的粒子。造粒方法可以分為一般造粒法、加壓造粒法、噴霧造粒法、冷凍干燥法等。,成型,陶瓷粉體、坯料進一步加工成坯

8、體的這一過程稱為成形。 1.干壓成形,干凈壓成型示意圖1.粉體造粒；2.模具充填；3.單軸向加壓；4.脫模,2.等靜壓成型,等靜壓成型系統(tǒng)構造圖,3.熱壓鑄成型 4.塑性成形,棒(a)和管材(b)的擠制成形示意圖,5.流延法成型,(a)刮刀工藝,(b)帶式淺注工藝 流延法成型示意圖,五、燒結原理與工藝,燒結是指多孔狀陶瓷坯體在高溫條件下，表面積減小、孔隙率降低、機械性能提高的致密化過程。,陶瓷燒結示意圖 (a)顆粒間的松散接觸；(b)顆粒間形成頸部；(c)晶界向小晶粒方向移動并逐漸消失，晶粒逐漸長大；(d)顆?；ハ喽逊e形成多晶聚合體,(一) 概念,陶瓷的燒結過程一般分為五個階段： (1)低溫階

9、段（室溫至300左右） (2)中溫階段（亦稱分解氧化階段，300 至950C） (3)高溫階段（950C至燒成溫度） (4)保溫階段 (5)冷卻階段,陶瓷的燒結類型可以分固相燒結、液相燒結。,燒結過程示意相圖,(一) 概念,（二）幾種常用燒結方法,）熱壓燒結 ）熱等靜壓 ）放電等離子體燒結 ）微波燒結 ）反應燒結 ）爆炸燒結,常壓燒結：常壓 熱壓燒結：加壓 熱等靜壓燒結：高溫恒壓 氣氛燒結：防氧化、加氣 反應燒結：加入氣相或者液相以獲得一 定強度和精度,幫助理解,熱壓燒結,2.熱壓燒結： 包括一般熱壓燒結和等靜壓燒結。 熱壓燒結指在燒成過程中施加一定的壓力 （在），促使材料加速流動、重排與致密

10、化。連續(xù)熱壓燒結生產效率高，但設備與模具費用較高，又不利于過高過厚制品的燒制。 熱等靜壓燒結可克服上述弊缺，適合形狀復雜制品生產。目前一些高科技制品，如陶瓷軸承、反射鏡及軍工需用的核燃料、槍管等、亦可采用此種燒結工藝。,優(yōu)點：壓力有助于致密化，降低燒結溫度， 縮短燒結時間；燒成的陶瓷晶粒度 小，力學性質好；氣孔率接近于零， 密度接近于理論密度。,熱等靜壓燒結,高溫等靜壓工藝設備系統(tǒng)簡圖,燒結系統(tǒng)大致由四個部分組成：真空燒結腔（圖中6），加壓系統(tǒng)（圖中3），測溫系統(tǒng)（圖中7）和控制反饋系統(tǒng)。圖中1示意石墨模具，2代表用于電流傳導的石墨板，4是石墨模具中的壓頭，5是燒結樣品。,放電等離子體燒結,微波燒結,微波燒結陶瓷裝置示意圖,微波燒結系統(tǒng),高溫倒焰窯結構示意圖,梭式窯結構示意圖,1.間歇式窯爐,按其功能新穎性可分為電爐、高溫倒焰窯、梭式窯和鐘罩窯。,（三）燒結設備,2.連續(xù)式窯,連續(xù)式窯爐按制品的輸送方式可分為隧道窯、高溫推板窯和輥道窯。,高溫隧道窯,六、陶瓷燒結后處理加工,常見的后續(xù)加工處理方式主要有表面施釉、機械加工及表面表面金屬化。 施釉 (1)提高瓷件的機械強度與耐熱沖擊性能； (2)防止工件表面的低壓放電； (3)使瓷件的防潮功能提高。 機械