中國粉體網(wǎng)訊 特種陶瓷的主要制備工藝過程包括粉體制備、成型和燒結(jié)三步。在成型工藝完成后，燒結(jié)可以控制晶粒的生長，對材料的使用性能影響至關(guān)重大，所以，先進的陶瓷燒結(jié)技術(shù)及裝備一直是研究機構(gòu)和企業(yè)不斷突破的方向。
先進陶瓷燒結(jié)原理
燒結(jié)是指成型后的坯體在高溫作用下、通過坯體間顆粒相互粘結(jié)和物質(zhì)傳遞，氣孔排除，體積收縮，強度提高、逐漸變成具有一定的幾何形狀和堅固燒結(jié)體的致密化過程。
在宏觀和微觀上對燒結(jié)現(xiàn)象進行觀察，可以看到宏觀上，燒結(jié)后的產(chǎn)物體積收縮，致密度提高，強度增加。微觀上，氣孔形狀改變，晶體長大，成份變化（摻雜元素）。按照燒結(jié)過程中的變化，主要將燒結(jié)分為以下階段：
1、燒結(jié)前期階段
（1）粘結(jié)劑等的脫除：如石蠟在250~400℃全部汽化揮發(fā)。
（2）隨著燒結(jié)溫度升高。原子擴散加劇，空隙縮小，顆粒間由點接觸轉(zhuǎn)變?yōu)槊娼佑|，空隙縮小，連通孔隙變得封閉，并孤立分布。
（3）小顆粒率先出現(xiàn)晶界，晶界移動，晶粒變大。
2、燒結(jié)后期階段
（1）孔隙的消除：晶界上的物質(zhì)不斷擴散到孔隙處，使孔隙逐漸消除。
（2）晶粒長大：晶界移動，晶粒長大。
（燒結(jié)爐模型，來源：湖南頂立）
先進陶瓷燒結(jié)方法
迄今特種陶瓷燒結(jié)主要有如下幾種方法：
（1）常壓燒結(jié)法
屬于在大氣條件下將坯體燒結(jié)的過程。在無外加壓力下材料開始燒結(jié)，溫度一般達到材料的熔點0.5-0.8即可，在此溫度下固相燒結(jié)能引起足夠的原子擴散。液相燒結(jié)由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生液相促進擴散和粘滯流動的發(fā)生。合理的升溫制度方能保證制品減少開裂與結(jié)構(gòu)缺陷現(xiàn)象。
（2）熱壓燒結(jié)
熱壓燒結(jié)系指在燒成過程中對坯體施加一定的壓力，促使材料加速流動、重排及致密化。熱壓燒結(jié)一般比常壓燒結(jié)溫度低100度左右，主要根據(jù)制品有無液相生成而異。熱壓燒結(jié)采用預(yù)成型或?qū)⒎哿现苯友b入模內(nèi)，工藝簡單。
（3）熱等靜壓燒結(jié)
熱等靜壓一般是沿單軸方向進行加壓燒結(jié)，相對而言，這種方法是借助于氣體壓力而施加等靜壓的方法。除SiC、Si3N4使用該法外，Al2O3、超硬合金等也使用該方法。
連續(xù)熱壓燒結(jié)法生產(chǎn)效率高，但設(shè)備投資與模具費用較高，又不利于過高、過厚制品的燒制。熱等靜壓燒結(jié)可克服上述弊端，適用于形狀復(fù)雜制品的生產(chǎn)。目前一些特陶產(chǎn)品如陶瓷軸承、反射鏡及軍工需用的核燃料、槍管等，都可采用此種燒結(jié)工藝。
（4）反應(yīng)燒結(jié)法
指通過氣相或液相與基體相互反應(yīng)而導(dǎo)致陶瓷材料燒結(jié)的方法。最典型的產(chǎn)品是反應(yīng)燒結(jié)碳化硅和反應(yīng)燒結(jié)氮化硅制品。此種燒結(jié)方法的優(yōu)點是工藝簡單，制品可稍加加工或不加工，也可制備形狀復(fù)雜的制品。缺點是制品中最終殘余未反應(yīng)產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)不易控制，太厚的制品不易完全反應(yīng)燒結(jié)。
（5）液相燒結(jié)法
許多氧化物陶瓷采用低熔點助劑促進材料燒結(jié)。助劑的引入一般不會影響材料的性能而產(chǎn)生良好的效果。作為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷使用的添加劑，要注意到晶界玻璃相是造成高溫力學(xué)性能下降的主要因素。
（6）微波燒結(jié)法
微波燒結(jié)法是采用微波能直接加熱進行燒結(jié)的方法。如果使用控制氣氛石墨輔助加熱爐，溫度可以高達2000度以上，有采用微波連續(xù)加熱15m長的隧道爐裝置。使用微波爐燒結(jié)精細(xì)陶瓷，在產(chǎn)品質(zhì)量與降低能耗方面，均比其它類型窯爐優(yōu)越許多。
（7）電弧等離子燒結(jié)法
其加熱與熱壓法不同，它是在施加壓力的同時，還施加一脈沖電壓于產(chǎn)品，燒結(jié)中材料被韌化的同時也致密化。實驗證明此種方法既能實現(xiàn)快速燒結(jié)，又能使材料形成細(xì)晶高致密結(jié)構(gòu)形態(tài)，對于納米級材料燒結(jié)更適合。
（8）自蔓延燒結(jié)法
通過材料自身快速化學(xué)放熱反應(yīng)制成陶瓷制品，此種燒結(jié)方法可降低生產(chǎn)費用。
（9）氣相沉積法
氣相沉積法又分物理氣相法與化學(xué)氣相法兩種。物理法中主要有濺射沉積與蒸發(fā)沉積法兩種。濺射法是在真空中將電子束轟擊一平整靶材上，將靶材原子激發(fā)后涂覆在樣品基板上。化學(xué)氣相沉積法是在底材料加熱的同時，引入反應(yīng)氣體與氣體混合物，高溫下分解或反應(yīng)生成的產(chǎn)物沉積在底材上，形成致密材料。
在先進陶瓷制備技術(shù)和制造裝備的革新當(dāng)中，陶瓷燒結(jié)設(shè)備與燒結(jié)技術(shù)的創(chuàng)新是進一步提高先進陶瓷材料性能的最關(guān)鍵因素之一。對此，科研工作者成功開發(fā)了多種陶瓷燒結(jié)制備新工藝，如閃燒、冷燒結(jié)、振蕩壓力燒結(jié)等。
對于先進陶瓷的燒結(jié)而言，選擇合適的燒結(jié)方法非常重要。同時，燒結(jié)不同材質(zhì)、不同用途的陶瓷材料，還應(yīng)該選擇合適的燒結(jié)裝備，那么，燒結(jié)設(shè)備該如何選擇呢？中國粉體網(wǎng)將在鄭州舉辦“2021第四屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”。屆時，來自湖南頂立科技有限公司的副總經(jīng)理胡祥龍先生帶來題為《先進陶瓷特種熱工裝備研制進展及發(fā)展趨勢》的報告。胡總將針對SiC、B4C、AlN、Si3N4等先進陶瓷的無壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、氣壓燒結(jié)等燒結(jié)工藝和設(shè)備，講述相關(guān)工藝選擇、關(guān)鍵技術(shù)和典型應(yīng)用，為陶瓷生產(chǎn)企業(yè)提供設(shè)備最新應(yīng)用技術(shù)和選型參考。（鑒于當(dāng)前防控需要，原定于2021年8月13-14日在鄭州喆鵬酒店舉辦的“第四屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”將延期舉辦，計劃參會的單位可以聯(lián)系會務(wù)組，具體舉辦日期主辦方確定后將第一時間通知您�。�
專家介紹：
胡祥龍，湖南頂立科技有限公司副總經(jīng)理，高級工程師，材料學(xué)博士。長期從事新材料高端熱工裝備研制和新材料工藝研究，實現(xiàn)了我國航空航天高端新材料熱工裝備重大突破，取得了系列技術(shù)成果；承擔(dān)了國家省部級等重大課題研究24項；獲得省部級科學(xué)技術(shù)獎勵13項，其中湖南省科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎1項、三等獎2項、湖南省國防科技進步獎一等獎2項；主持制訂行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項；擁有授權(quán)專利80項，其中發(fā)明專利27項；通過科技成果鑒定5項，多項技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。
參考來源：
[1]劉志國.特種陶瓷燒結(jié)技術(shù)
[2]特種陶瓷：燒結(jié)技術(shù)大揭秘.中國粉體網(wǎng)
[3]王坤等.特種陶瓷材料的制備工藝進展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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