1、常壓燒結(jié)
常壓燒結(jié)即對材料不進(jìn)行加壓而使其在大氣壓力下燒結(jié)辑揍,是目前應(yīng)用最普遍的一種燒結(jié)方法。它包括了在空氣條件下的常壓燒結(jié)和某種特殊氣體氣氛條件下的常壓燒結(jié)。該方法具有較高的燒結(jié)溫度幻妓,對爐內(nèi)的要求較高,且對能源的浪費(fèi)比較大劫拢。
Al2O3熔點(diǎn)高肉津,因此Al2O3陶瓷的制備常常需要添加燒結(jié)助劑,通過液相燒結(jié)致密尚镰。這種方法通撤Щ可促進(jìn)Al2O3陶瓷的燒結(jié),Al2O3陶瓷液相燒結(jié)通過化學(xué)反應(yīng)生成液相狗唉,促進(jìn)擴(kuò)散和粘性流動初烘,以達(dá)到顆粒的重排和傳質(zhì)過程,降低Al2O3陶瓷燒結(jié)溫度音哟,加速有效燒結(jié)貌授。
由于常壓燒結(jié)沒有外加驅(qū)動力,要將陶瓷內(nèi)部的氣孔全部排除達(dá)到理論密度是非常困難的犯渣。而特殊燒結(jié)工藝是指在氧化鋁陶瓷的燒結(jié)過程中外加燒結(jié)驅(qū)動力势嫁,促進(jìn)陶瓷的致密化。目前常見的特殊燒結(jié)工藝主要有熱壓燒結(jié)甥轿、熱等靜壓燒結(jié)水芍、微波加熱燒結(jié)、微波等離子體燒結(jié)绿相、放電等離子體燒結(jié)等凄在。
2、熱壓燒結(jié)
熱壓燒結(jié)就是高溫下對樣品施加單向壓力糯驯,促進(jìn)陶瓷達(dá)到全致密。與常規(guī)燒結(jié)相比届饰,在15MPa的壓力下燒結(jié)使陶瓷的燒結(jié)溫度降低了200℃同時致密度提高2%,而且這種趨勢隨著壓力的增加而提高臼蔼。對于純氧化鋁陶瓷狸眼,常規(guī)燒結(jié)需要1800℃以上的溫度;而20MPa的熱壓燒結(jié)只需要1500℃浴滴。
熱壓燒結(jié)提供的壓力促進(jìn)了顆粒內(nèi)原子的流動拓萌,同時壓力和表面能一起作為驅(qū)動力,加強(qiáng)了擴(kuò)散作用巡莹。由于熱壓燒結(jié)能在較低溫度下燒結(jié)司志,因而抑制了晶粒的長大,得到的樣品致密均勻降宅、晶粒小、強(qiáng)度高囚霸。但它不宜生產(chǎn)過高腰根、過厚、形狀復(fù)雜制品拓型,生產(chǎn)規(guī)模小额嘿,成本高。
3劣挫、熱等靜壓燒結(jié)
熱等靜壓燒結(jié)是對陶瓷坯體的各個方向同時施加壓力的燒結(jié)册养,降低陶瓷的燒結(jié)溫度,同時燒結(jié)得到的陶瓷結(jié)構(gòu)均勻险悲、性能好修梭。雖然熱等靜壓燒結(jié)能夠成功地降低陶瓷的燒結(jié)溫度、且可以獲得形狀復(fù)雜的物件专勇,但是熱等靜壓燒結(jié)需要提前對坯體進(jìn)行包封或者預(yù)燒結(jié)纸级、壓力條件也會比較苛刻。
4客洁、超高壓燒結(jié)
超高壓燒結(jié)即在較大壓力條件下進(jìn)行燒結(jié)描刹,由于壓力較大,原子擴(kuò)散受到抑制垢类,形核勢壘相對較小婆崔,因此,在較低溫度下即可制得高致密(>98%)高純度氧化鋁陶瓷革襟。超高壓燒結(jié)過程中十卖,壓力的存在使得顆粒內(nèi)的空位和原子擴(kuò)散速率増大卓您,壓力與表面能一起作為燒結(jié)驅(qū)動力,使擴(kuò)散作用増強(qiáng)壤趴。超高壓燒結(jié)通常只需在相對較低的溫度下進(jìn)行涎拉,抑制了晶粒的異常長大,從而獲得致密化程度高的圆、晶粒尺寸細(xì)小且分布均勻的高純氧化鋁陶瓷鼓拧。
5、微波加熱法燒結(jié)
微波加熱法燒結(jié)是利用微波與陶瓷間的相互作用越妈,因?yàn)榻殡娮饔檬固沾蓛?nèi)部和表面同時燒結(jié)季俩。微波燒結(jié)不同于其它燒結(jié)方法,它的熱氣流是由內(nèi)向外梅掠,有利于坯體內(nèi)部的氣體向外擴(kuò)散酌住;同時微波使得晶粒的活性提高,更加易于遷移從而促進(jìn)致密化阎抒。
與其它燒結(jié)方法相比酪我,微波燒結(jié)能夠快速地升溫和燒結(jié),溫度場均勻且叁、熱應(yīng)力小都哭、無污染。微波燒結(jié)的燒結(jié)溫度比常規(guī)燒結(jié)降低了100℃至150℃逞带,且燒結(jié)時間比常規(guī)燒結(jié)少了近一個數(shù)量級欺矫。在相同條件下燒結(jié),微波燒結(jié)的致密度明顯要高于常規(guī)燒結(jié)吱台。微波燒結(jié)能夠燒結(jié)形狀復(fù)雜的物件姥憋,且燒結(jié)后的陶瓷內(nèi)部晶粒小、均勻性好苦爸、斷裂韌性好拼肥。
6、微波等離子體燒結(jié)
微波等離子體燒結(jié)與常規(guī)燒結(jié)相比密士,在相同的條件下能夠降低燒結(jié)溫度200℃成吓,并且燒結(jié)速度快、晶粒尺寸小孙般、機(jī)械強(qiáng)度高切咸。微波等離子體燒結(jié)促進(jìn)致密化的一個原因是快速升溫,快速升溫減少了因表面擴(kuò)散而引起的晶粒長大谊蚣,為體積擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散提供了較強(qiáng)的驅(qū)動力和較短的路程玲崩,從而降低氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度并且使晶粒細(xì)化。
7职鸟、放電等離子燒結(jié)
放電等離子燒結(jié)是近幾年發(fā)展起來的一種較新的燒結(jié)方式盟步,它是利用脈沖能藏斩、脈沖壓力產(chǎn)生的瞬間高溫場來實(shí)現(xiàn)陶瓷內(nèi)部晶粒的自發(fā)發(fā)熱從而使晶粒活化却盘,由于這種燒結(jié)方法升溫狰域、降溫快、保溫時間短黄橘,抑制了晶粒的生長兆览、縮短了陶瓷的制備周期、節(jié)約了能源塞关。放電等離子燒結(jié)實(shí)際上是一種新的熱壓燒結(jié)方法抬探,所得到的陶瓷樣品晶粒均勻、致密度高帆赢、機(jī)械性能好小压,是一種很有價值和前景的燒結(jié)方法。
在放電等離子體燒結(jié)制備高純氧化鋁陶瓷的過程中椰于,升溫速率對不同階段樣品燒結(jié)致密化具有較大影響怠益。在燒結(jié)初始階段,較快的升溫速率可以增加燒結(jié)體密度姻眼,而在燒結(jié)后期呼笨,較快的升溫速率會導(dǎo)致燒結(jié)體密度降低。
8栖俐、兩步燒結(jié)法
兩步燒結(jié)法即將樣品加熱到一個特定的溫度(T1)以排除坯體中的亞臨界氣孔,然后降至一個較低的溫度(T2)使坯體達(dá)到致密陷立。在兩步燒結(jié)法中的低溫?zé)Y(jié)階段肥寺,由于晶界遷移比晶界擴(kuò)散所需要的活化能髙,所以這一階段主要以晶界擴(kuò)散為主柱炼。因此糯敢,在兩步燒結(jié)法中的第二個階段,坯體不斷致密痒脊,但晶粒不會生長過快瞎弥。在兩步燒結(jié)法中的低溫?zé)Y(jié)階段,坯體完全致密的先決條件是在坯體收縮的過程中驮觅,坯體中的氣孔逐漸變成封閉氣孔祝鞍。
9、微波兩步法燒結(jié)
兩步法燒結(jié)可以在傳統(tǒng)燒結(jié)爐上進(jìn)行闯捎,設(shè)備成本低廉椰弊,具有很強(qiáng)的應(yīng)用價值。但是兩步法燒結(jié)由于需要在第二個溫度點(diǎn)長時間保溫瓤鼻,因此是一種相對比較緩慢的燒結(jié)工藝秉版。微波加熱通常以整體加熱贤重、快速加熱為優(yōu)點(diǎn),很少有研究將微波加熱與兩步法加熱聯(lián)合起來清焕。但是微波加熱能降低燒結(jié)溫度并蝗、縮短燒結(jié)時間的特點(diǎn),將有利于晶粒的進(jìn)一步細(xì)化秸妥,并有效縮短兩步法的生產(chǎn)周期滚停。
10、高真空燒結(jié)
高真空燒結(jié)是一種在高度真空狀態(tài)下對陶瓷坯體進(jìn)行燒結(jié)的燒結(jié)技術(shù)筛峭。真空燒結(jié)因具有降低升溫速率铐刘、抑制晶粒異常長大、減少不規(guī)則氣孔率等優(yōu)勢在制備低氣孔率影晓、小尺寸晶粒陶瓷方面受到許多學(xué)者的重視镰吵。
髙真空燒結(jié)不僅可以増強(qiáng)高純氧化鋁陶瓷的一些性能,而且還可以減少晶界處的雜質(zhì)和燒結(jié)體中的氣孔捉瘟。真空燒結(jié)制備高純氧化鋁陶瓷的過程中旁班,氧化鋁晶格中的氧離子容易丟失,形成大量的氧離子空位铲锭,鋁離子濃度相對增加职菜,從而導(dǎo)致鋁離子擴(kuò)散過程加快,有利于燒結(jié)的進(jìn)行欲华。
附:不同燒結(jié)方法制備的氧化鋁陶瓷的性能比較
1、常壓燒結(jié)
常壓燒結(jié)即對材料不進(jìn)行加壓而使其在大氣壓力下燒結(jié)天殉,是目前應(yīng)用最普遍的一種燒結(jié)方法脚培。它包括了在空氣條件下的常壓燒結(jié)和某種特殊氣體氣氛條件下的常壓燒結(jié)。該方法具有較高的燒結(jié)溫度靡鞭,對爐內(nèi)的要求較高纺围,且對能源的浪費(fèi)比較大。
Al2O3熔點(diǎn)高蜘辕,因此Al2O3陶瓷的制備常常需要添加燒結(jié)助劑僧旬,通過液相燒結(jié)致密。這種方法通潮婆樱可促進(jìn)Al2O3陶瓷的燒結(jié)蛇更,Al2O3陶瓷液相燒結(jié)通過化學(xué)反應(yīng)生成液相,促進(jìn)擴(kuò)散和粘性流動往堡,以達(dá)到顆粒的重排和傳質(zhì)過程械荷,降低Al2O3陶瓷燒結(jié)溫度,加速有效燒結(jié)虑灰。
由于常壓燒結(jié)沒有外加驅(qū)動力吨瞎,要將陶瓷內(nèi)部的氣孔全部排除達(dá)到理論密度是非常困難的痹兜。而特殊燒結(jié)工藝是指在氧化鋁陶瓷的燒結(jié)過程中外加燒結(jié)驅(qū)動力,促進(jìn)陶瓷的致密化颤诀。目前常見的特殊燒結(jié)工藝主要有熱壓燒結(jié)字旭、熱等靜壓燒結(jié)、微波加熱燒結(jié)崖叫、微波等離子體燒結(jié)遗淳、放電等離子體燒結(jié)等。
2心傀、熱壓燒結(jié)
熱壓燒結(jié)就是高溫下對樣品施加單向壓力止既,促進(jìn)陶瓷達(dá)到全致密。與常規(guī)燒結(jié)相比垂暖,在15MPa的壓力下燒結(jié)使陶瓷的燒結(jié)溫度降低了200℃同時致密度提高2%核瘤,而且這種趨勢隨著壓力的增加而提高。對于純氧化鋁陶瓷穗阐,常規(guī)燒結(jié)需要1800℃以上的溫度涉泡;而20MPa的熱壓燒結(jié)只需要1500℃。
熱壓燒結(jié)提供的壓力促進(jìn)了顆粒內(nèi)原子的流動能莫,同時壓力和表面能一起作為驅(qū)動力政茄,加強(qiáng)了擴(kuò)散作用。由于熱壓燒結(jié)能在較低溫度下燒結(jié)妇愉,因而抑制了晶粒的長大彭闷,得到的樣品致密均勻、晶粒小芳企、強(qiáng)度高拨聚。但它不宜生產(chǎn)過高、過厚琐览、形狀復(fù)雜制品,生產(chǎn)規(guī)模小柑土,成本高蜀肘。
3、熱等靜壓燒結(jié)
熱等靜壓燒結(jié)是對陶瓷坯體的各個方向同時施加壓力的燒結(jié)稽屏,降低陶瓷的燒結(jié)溫度扮宠,同時燒結(jié)得到的陶瓷結(jié)構(gòu)均勻、性能好狐榔。雖然熱等靜壓燒結(jié)能夠成功地降低陶瓷的燒結(jié)溫度坛增、且可以獲得形狀復(fù)雜的物件,但是熱等靜壓燒結(jié)需要提前對坯體進(jìn)行包封或者預(yù)燒結(jié)薄腻、壓力條件也會比較苛刻收捣。
4届案、超高壓燒結(jié)
超高壓燒結(jié)即在較大壓力條件下進(jìn)行燒結(jié),由于壓力較大罢艾,原子擴(kuò)散受到抑制楣颠,形核勢壘相對較小,因此咐蚯,在較低溫度下即可制得高致密(>98%)高純度氧化鋁陶瓷拯拓。超高壓燒結(jié)過程中,壓力的存在使得顆粒內(nèi)的空位和原子擴(kuò)散速率増大须涣,壓力與表面能一起作為燒結(jié)驅(qū)動力涌咪,使擴(kuò)散作用増強(qiáng)。超高壓燒結(jié)通常只需在相對較低的溫度下進(jìn)行盐腻,抑制了晶粒的異常長大降乔,從而獲得致密化程度高、晶粒尺寸細(xì)小且分布均勻的高純氧化鋁陶瓷嘁汗。
5鹤肥、微波加熱法燒結(jié)
微波加熱法燒結(jié)是利用微波與陶瓷間的相互作用,因?yàn)榻殡娮饔檬固沾蓛?nèi)部和表面同時燒結(jié)揣恳。微波燒結(jié)不同于其它燒結(jié)方法冠樱,它的熱氣流是由內(nèi)向外,有利于坯體內(nèi)部的氣體向外擴(kuò)散一膝;同時微波使得晶粒的活性提高颠舞,更加易于遷移從而促進(jìn)致密化。
與其它燒結(jié)方法相比顾腊,微波燒結(jié)能夠快速地升溫和燒結(jié)粤铭,溫度場均勻、熱應(yīng)力小杂靶、無污染梆惯。微波燒結(jié)的燒結(jié)溫度比常規(guī)燒結(jié)降低了100℃至150℃,且燒結(jié)時間比常規(guī)燒結(jié)少了近一個數(shù)量級吗垮。在相同條件下燒結(jié)垛吗,微波燒結(jié)的致密度明顯要高于常規(guī)燒結(jié)。微波燒結(jié)能夠燒結(jié)形狀復(fù)雜的物件烁登,且燒結(jié)后的陶瓷內(nèi)部晶粒小怯屉、均勻性好、斷裂韌性好饵沧。
6锨络、微波等離子體燒結(jié)
微波等離子體燒結(jié)與常規(guī)燒結(jié)相比,在相同的條件下能夠降低燒結(jié)溫度200℃,并且燒結(jié)速度快羡儿、晶粒尺寸小礼患、機(jī)械強(qiáng)度高。微波等離子體燒結(jié)促進(jìn)致密化的一個原因是快速升溫搜痕,快速升溫減少了因表面擴(kuò)散而引起的晶粒長大细咽,為體積擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散提供了較強(qiáng)的驅(qū)動力和較短的路程,從而降低氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度并且使晶粒細(xì)化绍撇。
7尘忿、放電等離子燒結(jié)
放電等離子燒結(jié)是近幾年發(fā)展起來的一種較新的燒結(jié)方式,它是利用脈沖能督垮、脈沖壓力產(chǎn)生的瞬間高溫場來實(shí)現(xiàn)陶瓷內(nèi)部晶粒的自發(fā)發(fā)熱從而使晶谅庞担活化,由于這種燒結(jié)方法升溫影啸、降溫快剩骏、保溫時間短,抑制了晶粒的生長羡财、縮短了陶瓷的制備周期监镰、節(jié)約了能源。放電等離子燒結(jié)實(shí)際上是一種新的熱壓燒結(jié)方法伐怀,所得到的陶瓷樣品晶粒均勻俐芬、致密度高、機(jī)械性能好细溅,是一種很有價值和前景的燒結(jié)方法褥傍。
在放電等離子體燒結(jié)制備高純氧化鋁陶瓷的過程中,升溫速率對不同階段樣品燒結(jié)致密化具有較大影響喇聊。在燒結(jié)初始階段恍风,較快的升溫速率可以增加燒結(jié)體密度,而在燒結(jié)后期誓篱,較快的升溫速率會導(dǎo)致燒結(jié)體密度降低朋贬。
8、兩步燒結(jié)法
兩步燒結(jié)法即將樣品加熱到一個特定的溫度(T1)以排除坯體中的亞臨界氣孔窜骄,然后降至一個較低的溫度(T2)使坯體達(dá)到致密兄世。在兩步燒結(jié)法中的低溫?zé)Y(jié)階段,由于晶界遷移比晶界擴(kuò)散所需要的活化能髙啊研,所以這一階段主要以晶界擴(kuò)散為主。因此鸥拧,在兩步燒結(jié)法中的第二個階段党远,坯體不斷致密,但晶粒不會生長過快。在兩步燒結(jié)法中的低溫?zé)Y(jié)階段蒸败,坯體完全致密的先決條件是在坯體收縮的過程中圾恐,坯體中的氣孔逐漸變成封閉氣孔。
9雅沽、微波兩步法燒結(jié)
兩步法燒結(jié)可以在傳統(tǒng)燒結(jié)爐上進(jìn)行擂椎,設(shè)備成本低廉,具有很強(qiáng)的應(yīng)用價值蚜症。但是兩步法燒結(jié)由于需要在第二個溫度點(diǎn)長時間保溫融卿,因此是一種相對比較緩慢的燒結(jié)工藝。微波加熱通常以整體加熱慎接、快速加熱為優(yōu)點(diǎn)油蒙,很少有研究將微波加熱與兩步法加熱聯(lián)合起來。但是微波加熱能降低燒結(jié)溫度药妄、縮短燒結(jié)時間的特點(diǎn)保地,將有利于晶粒的進(jìn)一步細(xì)化,并有效縮短兩步法的生產(chǎn)周期刀昼。
10嗓奢、高真空燒結(jié)
高真空燒結(jié)是一種在高度真空狀態(tài)下對陶瓷坯體進(jìn)行燒結(jié)的燒結(jié)技術(shù)。真空燒結(jié)因具有降低升溫速率浑厚、抑制晶粒異常長大股耽、減少不規(guī)則氣孔率等優(yōu)勢在制備低氣孔率、小尺寸晶粒陶瓷方面受到許多學(xué)者的重視瞻颂。
髙真空燒結(jié)不僅可以増強(qiáng)高純氧化鋁陶瓷的一些性能豺谈,而且還可以減少晶界處的雜質(zhì)和燒結(jié)體中的氣孔。真空燒結(jié)制備高純氧化鋁陶瓷的過程中贡这,氧化鋁晶格中的氧離子容易丟失茬末,形成大量的氧離子空位,鋁離子濃度相對增加盖矫,從而導(dǎo)致鋁離子擴(kuò)散過程加快丽惭,有利于燒結(jié)的進(jìn)行。
附:不同燒結(jié)方法制備的氧化鋁陶瓷的性能比較