(精品)新型陶瓷 (2).ppt

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1、新新 型型 陶陶 瓷瓷1 1 新型陶瓷新型陶瓷 新型陶瓷（新型陶瓷（新型陶瓷（新型陶瓷（new ceramicsnew ceramicsnew ceramicsnew ceramics）不同国家和专业领域又称：）不同国家和专业领域又称：）不同国家和专业领域又称：）不同国家和专业领域又称：高技术陶瓷（高技术陶瓷（高技术陶瓷（高技术陶瓷（high technology ceramicshigh technology ceramicshigh technology ceramicshigh technology ceramics）；）；）；）；先进陶瓷（先进陶瓷（先进陶瓷（先进陶瓷（advanced

2、 ceramicsadvanced ceramicsadvanced ceramicsadvanced ceramics）；）；）；）；精细陶瓷（精细陶瓷（精细陶瓷（精细陶瓷（fine ceramicsfine ceramicsfine ceramicsfine ceramics）；）；）；）；近代陶瓷（近代陶瓷（近代陶瓷（近代陶瓷（modern ceramicsmodern ceramicsmodern ceramicsmodern ceramics）；）；）；）；高性能陶瓷（高性能陶瓷（高性能陶瓷（高性能陶瓷（high performance ceramicshigh performanc

3、e ceramicshigh performance ceramicshigh performance ceramics）；）；）；）；特种陶瓷（特种陶瓷（特种陶瓷（特种陶瓷（special ceramicsspecial ceramicsspecial ceramicsspecial ceramics）；）；）；）；工程陶瓷（工程陶瓷（工程陶瓷（工程陶瓷（engineering ceramicsengineering ceramicsengineering ceramicsengineering ceramics）。）。）。）。2 2 新型陶瓷新型陶瓷 定义：定义：新型陶瓷以精致的高纯天然无

4、机物或人以精致的高纯天然无机物或人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制工合成的无机化合物为原料，采用精密控制的加工工艺烧结，具有优异的性能。的加工工艺烧结，具有优异的性能。传统陶瓷传统陶瓷是用天然或人工合成的粉状化是用天然或人工合成的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成的，由无机合物，经过成型和高温烧结制成的，由无机化合物构成的多相固体材料。化合物构成的多相固体材料。3 3 新型陶瓷新型陶瓷 4 4 新型陶瓷新型陶瓷 传统陶瓷传统陶瓷(China)(China)1 1、主要原料：、主要原料：粘土粘土，石英，长石，高龄土，绢云母，滑石，石灰等，石英，长石，高龄土，绢云母，滑石，石灰等天然材料。加

5、入（天然材料。加入（MgO，ZnO，BaO，Cr2O3等）提高强度；加入等）提高强度；加入（Al2O3，ZrO2等）提高强度和热稳定性；加入（等）提高强度和热稳定性；加入（SiC等）提高导热性。等）提高导热性。2 2、传统生产过程：混和、成型、干燥、烧结、冷却、传统生产过程：混和、成型、干燥、烧结、冷却3 3、反应原理：复杂的物理、化学变化、反应原理：复杂的物理、化学变化4 4、主要成分：硅酸盐、主要成分：硅酸盐5 5、主要特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、主要特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点。易成型等优点。5 5 新型陶瓷新型陶瓷 陶瓷一般由晶相、玻璃相和气相组成。

6、陶瓷一般由晶相、玻璃相和气相组成。陶瓷一般由晶相、玻璃相和气相组成。陶瓷一般由晶相、玻璃相和气相组成。陶瓷显微组织示意图陶瓷显微组织示意图6 6 新型陶瓷新型陶瓷 晶相晶相是陶瓷材料的主要组成相，是化合物或固溶体。晶相主要有硅酸是陶瓷材料的主要组成相，是化合物或固溶体。晶相主要有硅酸盐、氧化物、非氧化物三种。盐、氧化物、非氧化物三种。玻璃相玻璃相是一种低熔点的非晶态固相。它粘接非晶态晶相，填充晶相是一种低熔点的非晶态固相。它粘接非晶态晶相，填充晶相间的空隙，提高致密度，降低烧结温度，抑制晶粒长大等。玻璃相间的空隙，提高致密度，降低烧结温度，抑制晶粒长大等。玻璃相会降低陶瓷的强度、耐热耐火性和绝

7、缘性。故陶瓷中玻璃相的体积会降低陶瓷的强度、耐热耐火性和绝缘性。故陶瓷中玻璃相的体积分数一般为分数一般为20%40%。气相气相（气孔）是指陶瓷孔隙中的气体。陶瓷的性能受气孔的含量、形（气孔）是指陶瓷孔隙中的气体。陶瓷的性能受气孔的含量、形状、分布等的影响，气孔会降低陶瓷的强度，增大介电损耗，降低状、分布等的影响，气孔会降低陶瓷的强度，增大介电损耗，降低致密度，提高绝热性和抗振性。普通陶瓷的气孔率为体积的致密度，提高绝热性和抗振性。普通陶瓷的气孔率为体积的5%10%，特种陶瓷和为功能陶瓷，特种陶瓷和为功能陶瓷5%以下。以下。7 7 新型陶瓷新型陶瓷 性能特点：性能特点：(1)(1)硬度硬度:是各

8、类材料中最高的(高聚物20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV）；(2)(2)刚度刚度:是各类材料中最高的；(3)(3)强度强度:理论强度很高（E/10-E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。（E/1000-E/100）。耐压（抗耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低，比抗压强度低一个数量级）较高的高温强度较高的高温强度；(4)(4)塑性塑性：在室温几乎没有塑性；(5)(5)韧性差，脆性大韧性差，脆性大，是陶瓷的最大缺点。8 8 新型陶瓷新型陶瓷 (6)热膨胀性低，导热性差，热膨胀性低，导热性差，多为

9、较好的绝热材料（=10-210-5w/mK）；(7)热稳定性热稳定性抗热振性（在不同温度范围波动时的寿命）急冷到水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很低（比金属低的多，日用陶瓷220）；(8)化学稳定性化学稳定性：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀（抗液体金属、酸、碱、盐）；(9)导电性：导电性：大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体（NiO，Fe3O4等）；(10)其它：其它：不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低。9 9 新型陶瓷新型陶瓷 新型陶瓷新型陶瓷的地位和作用新型陶瓷的地位和作用新型陶瓷的分类新型陶瓷的分类新型陶瓷特点新型陶瓷特点新型陶瓷的制备过程新型陶瓷的制备过程几种新型陶

10、瓷几种新型陶瓷新型陶瓷的发展动态新型陶瓷的发展动态1010 新型陶瓷新型陶瓷 一、新型陶瓷的地位和作用一、新型陶瓷的地位和作用是许多新兴科学技术的先导。是许多新兴科学技术的先导。许多新兴科技都是在划时代的许多新兴科技都是在划时代的新材料出现后产生的，如半导体材料、激光晶体、光导纤维、超新材料出现后产生的，如半导体材料、激光晶体、光导纤维、超导材料等。导材料等。是许多现代科技和现代工业发展的基础。是许多现代科技和现代工业发展的基础。科技的发展对材科技的发展对材料提出苛刻的要求，如航天航空要求高强度、耐高温、耐烧蚀；料提出苛刻的要求，如航天航空要求高强度、耐高温、耐烧蚀；原子能工业要求耐辐射和腐蚀

11、；电子工业要求超纯、特薄、特细原子能工业要求耐辐射和腐蚀；电子工业要求超纯、特薄、特细且均匀的电子材料；信息技术要求高灵敏、大容量材料等等。且均匀的电子材料；信息技术要求高灵敏、大容量材料等等。巩固国防、发展军用技术的作用。巩固国防、发展军用技术的作用。国防工业、军用技术历国防工业、军用技术历来是新材料、新技术的主要推动者和应用者来是新材料、新技术的主要推动者和应用者。1111 新型陶瓷新型陶瓷 1212 新型陶瓷新型陶瓷 二、新型陶瓷的分类二、新型陶瓷的分类按照化学组成可分为：按照化学组成可分为：按照化学组成可分为：按照化学组成可分为：分类氧化物陶瓷非氧化物陶瓷定义用高纯天然原料经化学方法处

12、理后制取用产量少的天然原料或自然界没有的新的无机人工合成的，其中不少能克服陶瓷固有脆性，作为超越金属功能界限的王牌新材料。种类氧化铝、氧化锆、氧化铍（BeO）、氧化钍TbO2、氧化铀（UO2）碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、碳化锆（ZrO）、硼化物用途集成电路基板和封装等电子领域高温结构材料特性烧结性能好，但热强性（蠕变抗力）较差高温强度高、抗氧化、抗热腐蚀的性能1313 新型陶瓷新型陶瓷 依据材料功能可分为：依据材料功能可分为：依据材料功能可分为：依据材料功能可分为：分类结构陶瓷功能陶瓷定义以强度、刚性、韧性、耐磨性、硬度、疲劳强度等力学性能为特征的材料以声、光、电、磁、热等物理性能

13、为特征种类高温高强陶瓷、工模具陶瓷、耐磨陶瓷，特种耐火陶瓷等集成电路封装材料（Al2O3）、敏感陶瓷（热、气敏、湿敏、压敏、色敏）用途发动机、热交换器、密封件、切削刀具等微电子、信息、自动控制和智能机械，生物功能特性优良的力学性能（高强、高硬、耐磨损），热学性能（抗热冲击、抗蠕变），化学性能（抗氧化，抗腐蚀）1414 新型陶瓷新型陶瓷 新型型陶陶瓷瓷功功能能与与用用途途 1515 新型陶瓷新型陶瓷 1616 新型陶瓷新型陶瓷 三、新型陶瓷的特点三、新型陶瓷的特点1.新型陶瓷与传统陶瓷的区别新型陶瓷与传统陶瓷的区别原料使用上：原料使用上：突破传统陶瓷以黏土为主，使用精选或精选或提纯提纯的氧化物、

14、硅化物、氮化物、硼化物等原料。成分上：成分上：传统陶瓷的组成与黏土的成分相关，不同产地料对产品组成与结构影响很大；新型陶瓷原料是提纯化合物，性质由原料的纯度和制备工艺决定，与产地原料无关。1717 新型陶瓷新型陶瓷 在制备工艺上：在制备工艺上：传统陶瓷以窑炉为主；新型陶瓷用真空烧结、气氛烧结、热压、热静压等手段实现。在性能与用途上：在性能与用途上：传统陶瓷体现日常应用；新型陶瓷具有高强度、高硬度、耐磨、耐蚀、感应性等特殊性能、使用在特殊场合,在高温,机械电子计算机航天医学工程广泛应用。1818 新型陶瓷新型陶瓷 2.新型陶瓷的结构与性能特点新型陶瓷的结构与性能特点结构特点：结构特点：1、结合键

15、一般为强的离子键和共价键；、结合键一般为强的离子键和共价键；2、显微组织的不均匀性和复杂性：、显微组织的不均匀性和复杂性：显微组织由晶体相、玻璃相和气相组成，各显微组织由晶体相、玻璃相和气相组成，各相量变化很大分布不均，陶瓷材料一旦烧结成型，相量变化很大分布不均，陶瓷材料一旦烧结成型，无法用冷热加工工艺改变其显微组织和结构。无法用冷热加工工艺改变其显微组织和结构。1919 新型陶瓷新型陶瓷 性能特点：性能特点：熔点高、密度小。熔点高、密度小。熔点高、密度小。熔点高、密度小。化学稳定性好、抗腐蚀、抗氧化。化学稳定性好、抗腐蚀、抗氧化。化学稳定性好、抗腐蚀、抗氧化。化学稳定性好、抗腐蚀、抗氧化。高

16、强度、高硬度、高刚度、耐磨损。高强度、高硬度、高刚度、耐磨损。高强度、高硬度、高刚度、耐磨损。高强度、高硬度、高刚度、耐磨损。具有一定的热强性（抗蠕变）。具有一定的热强性（抗蠕变）。具有一定的热强性（抗蠕变）。具有一定的热强性（抗蠕变）。绝缘性、压电性、半导体性、磁性、电特性。绝缘性、压电性、半导体性、磁性、电特性。绝缘性、压电性、半导体性、磁性、电特性。绝缘性、压电性、半导体性、磁性、电特性。生物体适应性，催化剂等生物化学的功能。生物体适应性，催化剂等生物化学的功能。生物体适应性，催化剂等生物化学的功能。生物体适应性，催化剂等生物化学的功能。光学功能及其他一些特殊功能。光学功能及其他一些特殊

17、功能。光学功能及其他一些特殊功能。光学功能及其他一些特殊功能。韧性、塑性很小、塑性变形能力差、易发生脆性破坏。韧性、塑性很小、塑性变形能力差、易发生脆性破坏。韧性、塑性很小、塑性变形能力差、易发生脆性破坏。韧性、塑性很小、塑性变形能力差、易发生脆性破坏。加工成型性较差。加工成型性较差。加工成型性较差。加工成型性较差。2020 新型陶瓷新型陶瓷 四、新型陶瓷的制备技术 2121 新型陶瓷新型陶瓷 1.1.粉体制备粉体制备 原料粉体性能对陶瓷的成型烧结和显微结构有原料粉体性能对陶瓷的成型烧结和显微结构有原料粉体性能对陶瓷的成型烧结和显微结构有原料粉体性能对陶瓷的成型烧结和显微结构有 很大影响，进而

18、对陶瓷性能产生决定性的作用。很大影响，进而对陶瓷性能产生决定性的作用。很大影响，进而对陶瓷性能产生决定性的作用。很大影响，进而对陶瓷性能产生决定性的作用。新型陶瓷与传统陶瓷的最大区别之一就是它对新型陶瓷与传统陶瓷的最大区别之一就是它对新型陶瓷与传统陶瓷的最大区别之一就是它对新型陶瓷与传统陶瓷的最大区别之一就是它对 原料粉体的原料粉体的原料粉体的原料粉体的纯度、细度、颗粒分布、晶形、反应纯度、细度、颗粒分布、晶形、反应纯度、细度、颗粒分布、晶形、反应纯度、细度、颗粒分布、晶形、反应活性，团聚性活性，团聚性活性，团聚性活性，团聚性等都提出了更高的要求。等都提出了更高的要求。等都提出了更高的要求。等

19、都提出了更高的要求。2222 新型陶瓷新型陶瓷 （1）新型陶瓷对粉体的具体要求）新型陶瓷对粉体的具体要求高纯：高纯：杂质会大大影响制品性能。杂质会大大影响制品性能。超细：超细：烧结的推动力是颗粒的表面能，因此粉末粒度对烧结过程和制品性能有很大影响。颗粒尺寸烧结的推动力是颗粒的表面能，因此粉末粒度对烧结过程和制品性能有很大影响。颗粒尺寸与烧结时间关系如下（与烧结时间关系如下（n=34）：）：但要防止颗粒过细带来的麻烦但要防止颗粒过细带来的麻烦杂质、团聚以及成型困难。杂质、团聚以及成型困难。形貌：形貌：采用球型或等轴状且粒径分布范围窄的陶瓷粉体。采用球型或等轴状且粒径分布范围窄的陶瓷粉体。结晶形态

20、：结晶形态：不同结晶形态的粉体致密化行为不同；烧结后陶瓷材料结晶形态要求不同，不同结晶形态的粉体致密化行为不同；烧结后陶瓷材料结晶形态要求不同，所以要求粉体具有某种特定结晶形态。所以要求粉体具有某种特定结晶形态。无严重团聚：无严重团聚：因为团聚导致不均匀，因此要求粉体不含或少含团聚体，特别是硬团聚因为团聚导致不均匀，因此要求粉体不含或少含团聚体，特别是硬团聚体。体。2323 新型陶瓷新型陶瓷 选择粉体制备方法应当满足选择粉体制备方法应当满足选择粉体制备方法应当满足选择粉体制备方法应当满足：制备粉末的性能好；制备粉末的性能好；制备工艺可控性好；制备工艺可控性好；成本低；成本低；适合大规模生产。适

21、合大规模生产。2424 新型陶瓷新型陶瓷 粉体制粉体制备备方法方法机械法机械法合成法合成法定定义义采用机械粉碎方法将机械采用机械粉碎方法将机械能能转转化化为颗为颗粒的表面能，使粒的表面能，使粗粗颗颗粒破碎粒破碎为细为细粉粉由离子、原子、分子通由离子、原子、分子通过过反反应应、成核和成、成核和成长长、收集、后收集、后处处理等手段理等手段获获取微取微细细粉末粉末特点特点工工艺简单艺简单、成本低；但、成本低；但杂质杂质易混入、易混入、难难制取超制取超微微细细粉末粉末(1m)纯纯度、粒度可控，均匀度、粒度可控，均匀性好，可性好，可实现颗实现颗粒在分粒在分子子级级水平上复合、均化水平上复合、均化分分类类

22、滚动滚动、振、振动动、搅动搅动、球磨、球磨和气流粉碎和气流粉碎固相、液相和气相法固相、液相和气相法（2）制备粉体的方法）制备粉体的方法2525 新型陶瓷新型陶瓷 研磨体的运动轨迹研磨体的运动轨迹（3）机械法制备粉体）机械法制备粉体2626 新型陶瓷新型陶瓷 球磨粉碎应选择适当装球量、球料比、填充量、球磨粉碎应选择适当装球量、球料比、填充量、球磨介质，达到：球磨介质，达到：提高分散度、减小粒度。提高分散度、减小粒度。球磨混合使各组分混合均匀，用强力研磨可得局部合金化粉，利用球磨混合使各组分混合均匀，用强力研磨可得局部合金化粉，利用多种化合物可得复杂化合物粉。多种化合物可得复杂化合物粉。粉末粒度变

23、细，杂质暴露，有利净化。粉末粒度变细，杂质暴露，有利净化。球磨过程是一个复杂的物理化学过程：使粉末变细，改变粉末物理、球磨过程是一个复杂的物理化学过程：使粉末变细，改变粉末物理、化学性质，增加表面能，增加晶格不完整性，形成表面无定形层，从而化学性质，增加表面能，增加晶格不完整性，形成表面无定形层，从而增加整个粒子的能量，使成型和烧结性能得到改善。增加整个粒子的能量，使成型和烧结性能得到改善。（机械力化学）（机械力化学）（机械力化学）（机械力化学）最大缺点最大缺点：球：球-球，球球，球-料，球料，球-筒，料筒，料-筒相互撞击，磨损，耗能，筒相互撞击，磨损，耗能，引入杂质。引入杂质。2727 新型

24、陶瓷新型陶瓷 超细气流粉碎分级机超细气流粉碎分级机 物料经高压空气通过超物料经高压空气通过超音速喷嘴向粉碎室高速喷射，音速喷嘴向粉碎室高速喷射，物料被加速、在喷嘴交汇处物料被加速、在喷嘴交汇处反复冲击、碰撞、达到粉碎、反复冲击、碰撞、达到粉碎、粒度分布较窄、可获得粒度分布较窄、可获得97%小于小于5m超细粉粒。超细粉粒。Superfine pulverizing grader2828 新型陶瓷新型陶瓷 连续式搅拌研磨机连续式搅拌研磨机连续式搅拌研磨机连续式搅拌研磨机特点：连续生产和快速研磨大特点：连续生产和快速研磨大特点：连续生产和快速研磨大特点：连续生产和快速研磨大量物料，量物料，量物料，量

25、物料，粒度分布曲线窄。粒度分布曲线窄。粒度分布曲线窄。粒度分布曲线窄。2929 新型陶瓷新型陶瓷 3030 新型陶瓷新型陶瓷 （4）合成法）合成法制备粉体制备粉体3131 新型陶瓷新型陶瓷 气相法：气相法：化学气相沉积法(CVD)：可生成薄膜、晶须、晶粒、颗粒、超细颗粒等。热分解法：可制取Ni粉、Fe粉及化合物粉末 SiH4 600 800 Si2H2蒸发-凝聚法:将原料用电孤或等离子流等加热至高温(活化反应物系的分子)，使之气化，接着利用较大温度梯度条件急冷，凝聚成微粒。化学合成法(CCVD):SiCL42H2 1150-1200 Si4HCl等离子体增强反应沉积(PECVD):SiH4xN

26、H3 约350 SiOx(或SiOxHy)3232 新型陶瓷新型陶瓷 液相法液相法:反应沉淀法：反应沉淀法：反应沉淀法：反应沉淀法：在某种金属盐溶液中添加沉淀剂制成一种在某种金属盐溶液中添加沉淀剂制成一种盐或氢氧化物，然后经热分解而得该金属的氧化物（溶液盐或氢氧化物，然后经热分解而得该金属的氧化物（溶液内部自己产生沉淀剂，称为内部自己产生沉淀剂，称为均匀沉淀法均匀沉淀法）。若使两种金属）。若使两种金属的盐同时沉淀，可得复合金属氧化物粉末，这种方法称为的盐同时沉淀，可得复合金属氧化物粉末，这种方法称为共沉淀法共沉淀法共沉淀法共沉淀法。这种方法生产的粉末纯度高，组分均匀，可直。这种方法生产的粉末纯

27、度高，组分均匀，可直接制备复杂陶瓷。接制备复杂陶瓷。溶胶溶胶溶胶溶胶-凝胶法：凝胶法：凝胶法：凝胶法：借助胶体分散体系的制粉方法，可制取借助胶体分散体系的制粉方法，可制取超细陶瓷粉末。胶体稳定，可使金属离子均匀分布其中，超细陶瓷粉末。胶体稳定，可使金属离子均匀分布其中，胶体脱水后的凝胶可获取高活性粉体。胶体脱水后的凝胶可获取高活性粉体。3333 新型陶瓷新型陶瓷 固相法：固相法：化合或还原化合或还原-化合法：化合法：生产碳化物、硅化物、生产碳化物、硅化物、氮化物或氧化物粉末。氮化物或氧化物粉末。碳化硼法：碳化硼法：制取金属硼化物的主要工业方法。制取金属硼化物的主要工业方法。CrCr2 2O O

28、3 34B4B2CrB2CrBB B2 2O O3 3 氧化硼溶于热水，可从产物中去除。氧化硼溶于热水，可从产物中去除。固相热分解法：固相热分解法：硫酸铝铵在空气中热分解可硫酸铝铵在空气中热分解可获得的获得的AlAl2 2O O3粉末。粉末。3434 新型陶瓷新型陶瓷 自蔓延高温合成法：自蔓延高温合成法：自蔓延高温合成法：自蔓延高温合成法：(又称又称又称又称SHSSHSSHSSHS技术技术技术技术)粉末混合物点燃，靠强烈的放粉末混合物点燃，靠强烈的放粉末混合物点燃，靠强烈的放粉末混合物点燃，靠强烈的放热反应的感应和传播，使燃烧波推热反应的感应和传播，使燃烧波推热反应的感应和传播，使燃烧波推热反

29、应的感应和传播，使燃烧波推移前进，反应物便转化生成物，控移前进，反应物便转化生成物，控移前进，反应物便转化生成物，控移前进，反应物便转化生成物，控制燃烧波面的传播速度及燃波后部制燃烧波面的传播速度及燃波后部制燃烧波面的传播速度及燃波后部制燃烧波面的传播速度及燃波后部所形的高温区，能形成高纯化合物。所形的高温区，能形成高纯化合物。所形的高温区，能形成高纯化合物。所形的高温区，能形成高纯化合物。如超导化合物合成：如超导化合物合成：如超导化合物合成：如超导化合物合成：3Cu3Cu3Cu3Cu2BaO2BaO2BaO2BaO2 2 2 21 1 1 12Y2Y2Y2Y2 2 2 2O O O O3 3

30、 3 3O O O O2 2 2 2YBaYBaYBaYBa2 2 2 2CuCuCuCu3 3 3 3O O O O7 7 7 7-x-x-x-x反应温度约反应温度约2000-4000K2000-4000K；反应速度约反应速度约0.1-15cm0.1-15cms s；反应中有液相，能促进原子反应中有液相，能促进原子的扩散。的扩散。SHS反应模型反应模型3535 新型陶瓷新型陶瓷 （5）几种粉末的制备）几种粉末的制备金属（非金属）直接氮化的工艺金属（非金属）直接氮化的工艺氧化物与碳、氮反应的工艺氧化物与碳、氮反应的工艺3636 新型陶瓷新型陶瓷 气相沉积氮化物的条件气相沉积氮化物的条件3737

31、 新型陶瓷新型陶瓷 还原还原还原还原-化合法、化合法制取碳化物的工艺条件化合法、化合法制取碳化物的工艺条件化合法、化合法制取碳化物的工艺条件化合法、化合法制取碳化物的工艺条件3838 新型陶瓷新型陶瓷 碳化物的气相沉积工艺条件碳化物的气相沉积工艺条件3939 新型陶瓷新型陶瓷 碳化硼法制备硼化物的工艺条件碳化硼法制备硼化物的工艺条件化学气相沉积硼化物的条件化学气相沉积硼化物的条件化学气相沉积硼化物的条件化学气相沉积硼化物的条件4040 新型陶瓷新型陶瓷 2.新型陶瓷的成型新型陶瓷的成型 成型是制备高性能陶瓷及其部件的关成型是制备高性能陶瓷及其部件的关键，其过程中造成的缺陷往往是陶瓷制品的键，其

32、过程中造成的缺陷往往是陶瓷制品的主要缺陷，且难在烧结过程中去除。主要缺陷，且难在烧结过程中去除。新型陶瓷成型需对其进行新型陶瓷成型需对其进行预处理预处理预处理预处理，成型，成型技术中有常规的技术中有常规的挤压成型、模压成型和可塑挤压成型、模压成型和可塑挤压成型、模压成型和可塑挤压成型、模压成型和可塑成型（挤塑成型）成型（挤塑成型）成型（挤塑成型）成型（挤塑成型）；先进的；先进的注凝成型、直接注凝成型、直接注凝成型、直接注凝成型、直接凝固注膜成型技术凝固注膜成型技术凝固注膜成型技术凝固注膜成型技术等。等。等。等。4141 新型陶瓷新型陶瓷 （1）原料预处理）原料预处理煅烧：煅烧：去除杂质，去除化

33、学及物理吸附的水分、气分、有机物等，去除杂质，去除化学及物理吸附的水分、气分、有机物等，从而提高纯度、减少烧结收缩，提高合格率，同时形成稳定结晶相。从而提高纯度、减少烧结收缩，提高合格率，同时形成稳定结晶相。如如-Al2O3-Al2O3。混合：混合：分为干混和湿混。可在球磨机、分为干混和湿混。可在球磨机、V形混料机、锥形混料机、形混料机、锥形混料机、酒桶式混料机、螺旋混料机等中进行。酒桶式混料机、螺旋混料机等中进行。塑化：塑化：在物料中加入在物料中加入塑化剂塑化剂使物料具有可塑性。使物料具有可塑性。制粒：制粒：粉末过细时，流动性差，装模容积大，不易压制和充模，需粉末过细时，流动性差，装模容积大

34、，不易压制和充模，需制粒。分为普通制粒、压块制粒和喷雾制粒法。制粒。分为普通制粒、压块制粒和喷雾制粒法。悬浮：通过控制浆料的悬浮：通过控制浆料的PH值或通过有机表面活性物质（阿拉伯树胶、值或通过有机表面活性物质（阿拉伯树胶、明胶、羧甲基纤维素等）吸附的方法使瘠性料浆具有悬浮性。明胶、羧甲基纤维素等）吸附的方法使瘠性料浆具有悬浮性。4242 新型陶瓷新型陶瓷 塑化剂组成塑化剂组成塑化剂组成塑化剂组成组成部分组成部分组成部分组成部分组成物质组成物质组成物质组成物质功效功效功效功效胶粘剂胶粘剂胶粘剂胶粘剂聚乙烯醇（聚乙烯醇（聚乙烯醇（聚乙烯醇（PVAPVA）、聚乙烯醇缩丁醛）、聚乙烯醇缩丁醛）、聚乙

35、烯醇缩丁醛）、聚乙烯醇缩丁醛（PVBPVB）、聚乙二醇（）、聚乙二醇（）、聚乙二醇（）、聚乙二醇（PVG PVG）、甲基纤）、甲基纤）、甲基纤）、甲基纤维素、羧甲基纤维素维素、羧甲基纤维素维素、羧甲基纤维素维素、羧甲基纤维素(CMC)(CMC)、乙基纤维素、乙基纤维素、乙基纤维素、乙基纤维素(EC)(EC)、羟丙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基纤维素(HPC)(HPC)、石蜡等、石蜡等、石蜡等、石蜡等粘结增塑剂有效成分粘结增塑剂有效成分粘结增塑剂有效成分粘结增塑剂有效成分增塑剂增塑剂增塑剂增塑剂有机增塑剂：甘油、邻苯二甲酸二丁酯、有机增塑剂：甘油、邻苯二甲酸二丁酯、有机增塑剂：甘油

36、、邻苯二甲酸二丁酯、有机增塑剂：甘油、邻苯二甲酸二丁酯、草酸、乙酸三甘醇等。草酸、乙酸三甘醇等。草酸、乙酸三甘醇等。草酸、乙酸三甘醇等。无机增塑剂：水玻璃、粘土、磷酸铝等无机增塑剂：水玻璃、粘土、磷酸铝等无机增塑剂：水玻璃、粘土、磷酸铝等无机增塑剂：水玻璃、粘土、磷酸铝等溶剂溶剂溶剂溶剂水、无水乙醇、丙酮、苯、乙酸乙酯等水、无水乙醇、丙酮、苯、乙酸乙酯等水、无水乙醇、丙酮、苯、乙酸乙酯等水、无水乙醇、丙酮、苯、乙酸乙酯等溶解胶粘剂、增塑剂并溶解胶粘剂、增塑剂并溶解胶粘剂、增塑剂并溶解胶粘剂、增塑剂并能和物料构成可塑物质能和物料构成可塑物质能和物料构成可塑物质能和物料构成可塑物质 塑化剂选择方针

37、塑化剂选择方针：根据成型方法、物料性质、制品性能：根据成型方法、物料性质、制品性能要求、价格及烧结时塑化剂能否排除及其温度范围等考虑。要求、价格及烧结时塑化剂能否排除及其温度范围等考虑。4343 新型陶瓷新型陶瓷 （2 2）注凝成型（）注凝成型（）注凝成型（）注凝成型（gel-castinggel-casting）传统注浆成型传统注浆成型传统注浆成型传统注浆成型+有机化学理论有机化学理论有机化学理论有机化学理论 将陶瓷粉料分散于含有有机单体的将陶瓷粉料分散于含有有机单体的将陶瓷粉料分散于含有有机单体的将陶瓷粉料分散于含有有机单体的溶液中，制备成溶液中，制备成溶液中，制备成溶液中，制备成高固相体

38、积分数的高固相体积分数的高固相体积分数的高固相体积分数的悬浮体悬浮体悬浮体悬浮体（大于（大于（大于（大于50%50%50%50%），然后注入一定），然后注入一定），然后注入一定），然后注入一定形状的模具中，通过大分子形状的模具中，通过大分子形状的模具中，通过大分子形状的模具中，通过大分子原位网原位网原位网原位网状聚合状聚合状聚合状聚合，粉体颗粒聚集，使单体形，粉体颗粒聚集，使单体形，粉体颗粒聚集，使单体形，粉体颗粒聚集，使单体形成负载陶瓷粉体的低粘度载体，通成负载陶瓷粉体的低粘度载体，通成负载陶瓷粉体的低粘度载体，通成负载陶瓷粉体的低粘度载体，通过交联作用形成凝胶。过交联作用形成凝胶。过交联作

39、用形成凝胶。过交联作用形成凝胶。优点：适合于大多数粉体，便优点：适合于大多数粉体，便于操作，成本低。于操作，成本低。注凝成型工艺流程注凝成型工艺流程4444 新型陶瓷新型陶瓷 AlAl2 2O O3 3注浆成型工艺条件注浆成型工艺条件 影响注凝成型主要因素：催化剂、引发剂用量；泥浆制影响注凝成型主要因素：催化剂、引发剂用量；泥浆制备时的分散剂和备时的分散剂和PHPH值。值。注凝成型凝胶时间的决定因素：引发剂、催化剂用量注凝成型凝胶时间的决定因素：引发剂、催化剂用量以及制备过程的温度。以及制备过程的温度。缺点：缺点：脱模工艺复杂，不适宜制作大尺寸部件。脱模工艺复杂，不适宜制作大尺寸部件。4545

40、 新型陶瓷新型陶瓷 （3 3 3 3）直接凝固注膜成型）直接凝固注膜成型）直接凝固注膜成型）直接凝固注膜成型(Direct coagulation(Direct coagulation(Direct coagulation(Direct coagulation casting)DCCcasting)DCCcasting)DCCcasting)DCC由瑞士苏黎世联邦高等工业学院由瑞士苏黎世联邦高等工业学院由瑞士苏黎世联邦高等工业学院由瑞士苏黎世联邦高等工业学院L.J.L.J.小组提出。小组提出。小组提出。小组提出。采用采用采用采用生物酶催化生物酶催化生物酶催化生物酶催化陶瓷浆料的化学反应，使浇注

41、到陶瓷浆料的化学反应，使浇注到陶瓷浆料的化学反应，使浇注到陶瓷浆料的化学反应，使浇注到模具中的模具中的模具中的模具中的高固相含量、低粘度高固相含量、低粘度高固相含量、低粘度高固相含量、低粘度的浆料靠范德华力产生的浆料靠范德华力产生的浆料靠范德华力产生的浆料靠范德华力产生原位凝，凝固的坯体有足够强度可脱模。原位凝，凝固的坯体有足够强度可脱模。原位凝，凝固的坯体有足够强度可脱模。原位凝，凝固的坯体有足够强度可脱模。4646 新型陶瓷新型陶瓷 DCC原理原理 陶瓷微粒在浆料中存在着两种相互作用力：颗粒之陶瓷微粒在浆料中存在着两种相互作用力：颗粒之陶瓷微粒在浆料中存在着两种相互作用力：颗粒之陶瓷微粒在

42、浆料中存在着两种相互作用力：颗粒之间的范德华吸引力和由双电层引起的斥力。间的范德华吸引力和由双电层引起的斥力。间的范德华吸引力和由双电层引起的斥力。间的范德华吸引力和由双电层引起的斥力。受控的酶催化反应来调节陶瓷浆料的受控的酶催化反应来调节陶瓷浆料的受控的酶催化反应来调节陶瓷浆料的受控的酶催化反应来调节陶瓷浆料的PHPHPHPH值以及增加值以及增加值以及增加值以及增加电解质浓度使双电层电位接近于零，从而使高固相含量电解质浓度使双电层电位接近于零，从而使高固相含量电解质浓度使双电层电位接近于零，从而使高固相含量电解质浓度使双电层电位接近于零，从而使高固相含量的陶瓷浆料注模前反应缓慢进行，浆料保持

43、低粘度；注的陶瓷浆料注模前反应缓慢进行，浆料保持低粘度；注的陶瓷浆料注模前反应缓慢进行，浆料保持低粘度；注的陶瓷浆料注模前反应缓慢进行，浆料保持低粘度；注模后反应加快进行，浆料凝固，使流态的浆料转变成固模后反应加快进行，浆料凝固，使流态的浆料转变成固模后反应加快进行，浆料凝固，使流态的浆料转变成固模后反应加快进行，浆料凝固，使流态的浆料转变成固态的坯体。态的坯体。态的坯体。态的坯体。4747 新型陶瓷新型陶瓷 DCCDCC工艺工艺 基本工艺：在高固含量、低强度浆料混合后加入催化剂，在注模后浆料凝固而生成湿而坚硬的素坯。由于高固含量、低粘度的浆料有利于浆料中的气泡排除和复杂形状的浇注；浆料的固相

44、含量影响成型坯体的强度和密度。因而，DCC工艺过程关键有两个：一是高固相含量浆料的工艺过程关键有两个：一是高固相含量浆料的制备；二是酶催化凝固反应的选择和控制。制备；二是酶催化凝固反应的选择和控制。研究表明，只有当固含量大于55(体积分数)，凝固后的坯体才具有足够的强度脱模，而相应的粘度应小于1Pas。现已可做到固含量的体积分数可大于60，甚至可大于70。4848 新型陶瓷新型陶瓷 酶催化反应酶催化反应酶催化反应酶催化反应PHPH值变化范围值变化范围值变化范围值变化范围尿素酶引起的尿素水解反应尿素酶引起的尿素水解反应尿素酶引起的尿素水解反应尿素酶引起的尿素水解反应4-94-9或或或或12-91

45、2-9酰胺酶引起的酰胺水解反应酰胺酶引起的酰胺水解反应酰胺酶引起的酰胺水解反应酰胺酶引起的酰胺水解反应3-73-7或或或或11-711-7酯酶引起的酯水解反应酯酶引起的酯水解反应酯酶引起的酯水解反应酯酶引起的酯水解反应10-510-5葡萄糖氧化酶引起的葡萄糖葡萄糖氧化酶引起的葡萄糖葡萄糖氧化酶引起的葡萄糖葡萄糖氧化酶引起的葡萄糖氧化氧化氧化氧化10-410-4自催化反应自催化反应自催化反应自催化反应PHPH值变化范围值变化范围值变化范围值变化范围尿素水解反应尿素水解反应尿素水解反应尿素水解反应(T(T8080)3-73-7甲酰胺水解反应甲酰胺水解反应甲酰胺水解反应甲酰胺水解反应(T(T8080

46、)3-73-7或或或或12-712-7酯水解反应酯水解反应酯水解反应酯水解反应10-510-5内酯水解反应内酯水解反应内酯水解反应内酯水解反应9-49-4陶瓷浆料内部反应可改变的陶瓷浆料内部反应可改变的 PH值范围值范围酶催酶催化反应的进行与化反应的进行与酶催化剂的用量、酶催化剂的用量、反应温度和时间反应温度和时间有关。酶催化反有关。酶催化反应同时改变浆料应同时改变浆料的的PH值和提高粒值和提高粒子强度。子强度。4949 新型陶瓷新型陶瓷 存在的问题存在的问题：uuDCCDCC工艺可以制备微观结构均匀的素坯，但强工艺可以制备微观结构均匀的素坯，但强工艺可以制备微观结构均匀的素坯，但强工艺可以制

47、备微观结构均匀的素坯，但强度低；度低；度低；度低；uu注凝成型虽然素坯强度高，但胶黏剂排除过程注凝成型虽然素坯强度高，但胶黏剂排除过程注凝成型虽然素坯强度高，但胶黏剂排除过程注凝成型虽然素坯强度高，但胶黏剂排除过程复杂，且有有害气体排出。复杂，且有有害气体排出。复杂，且有有害气体排出。复杂，且有有害气体排出。5050 新型陶瓷新型陶瓷 （4）其他成型方法）其他成型方法干压成型（模压成型）：干压成型（模压成型）：通过粒径配合提高堆积通过粒径配合提高堆积密度，缩小孔隙率。效率高，利于连续生产，尺寸精度高，密度，缩小孔隙率。效率高，利于连续生产，尺寸精度高，收缩小，性能好；但是模具磨损大、成本高、坯

48、体密度不收缩小，性能好；但是模具磨损大、成本高、坯体密度不均匀，易开裂等。均匀，易开裂等。冷等静压成型：冷等静压成型：坯体致密均匀，不易变形开裂。坯体致密均匀，不易变形开裂。压滤成型：压滤成型：比注浆法有所进步，但仍然强度较低，易比注浆法有所进步，但仍然强度较低，易变形，干燥周期长。变形，干燥周期长。塑性成型：塑性成型：加入加入25-50%25-50%（体积分数）的塑化剂，普遍（体积分数）的塑化剂，普遍用于传统陶瓷。用于传统陶瓷。5151 新型陶瓷新型陶瓷 挤压成型：挤压成型：污染小，效率高，易于自动化连续生产，污染小，效率高，易于自动化连续生产，广泛用于管、棒、片、蜂窝、筛格状等制品。广泛用

49、于管、棒、片、蜂窝、筛格状等制品。注射成型：注射成型：尺寸精度高，制品形状复杂，适合大批量尺寸精度高，制品形状复杂，适合大批量生产，但应控制成型工艺和脱排树脂过程。生产，但应控制成型工艺和脱排树脂过程。流延成型：流延成型：可制备具有一定柔韧性的生坯带。可以制可制备具有一定柔韧性的生坯带。可以制备极为米至几毫米的陶瓷薄片，且可以印刷各种图案并烧备极为米至几毫米的陶瓷薄片，且可以印刷各种图案并烧结，自动化程度高。但要避免产生厚度不均、易弯曲等缺结，自动化程度高。但要避免产生厚度不均、易弯曲等缺陷。陷。5252 新型陶瓷新型陶瓷 3.新型陶瓷的烧结新型陶瓷的烧结3.1概述概述定义：定义：定义：定义：

50、成型后的陶瓷坯体，通过加热，使粉体颗粒产生粘成型后的陶瓷坯体，通过加热，使粉体颗粒产生粘结，经过物质迁移，在低于熔点以下使粉末成型体变成结，经过物质迁移，在低于熔点以下使粉末成型体变成致密、坚硬的烧结体的致密化过程成为烧结。致密、坚硬的烧结体的致密化过程成为烧结。意义：意义：意义：意义：烧结过程直接影响陶瓷的显微结构烧结过程直接影响陶瓷的显微结构晶粒及气孔晶粒及气孔的尺寸与分布，进而对性能产生重要影响。的尺寸与分布，进而对性能产生重要影响。烧结是赋予陶瓷各种特殊性能的关键工序。烧结是赋予陶瓷各种特殊性能的关键工序。5353 新型陶瓷新型陶瓷 烧结过程示意图烧结过程示意图5454 新型陶瓷新型陶