功能陶瓷材料的合成与制备.pptx

第二章功能陶瓷材料的合成与制备陶瓷材料的特点一、陶瓷研究的发展历程二、功能陶瓷的定义、范围和分类三、陶瓷的性能与工艺特征四、功能陶瓷的应用和展望1四、功能陶瓷的应用和展望2§2.2功能陶瓷的制备工艺§2.2.1原料粉体（一）固相法2.固相反应法3.固相热分解法4.自蔓延高温合成法（Self-PropagatingHigh-TemperatureSynthesis,简称SHS）SHS的工艺流程图5.机械合金化(MechanochemicalSynthesis)（二）液相法2.溶胶－凝胶（Sol-gel)法金属醇盐的水解反应一般可表示为：与此同时，两种聚合反应也几乎同时进行。典型的溶胶－凝胶工艺流程3.溶剂蒸发法2)冷冻干燥法：是将金属盐的水溶液喷到低温有机液体中，由于快速热交换作用使溶液液滴瞬时冷冻成冰盐共存的小固粒。然后在低温低压下使固粒中的溶剂升华、脱水，最后热分解制得陶瓷粉体。（三）气相法用气相反应合成超微粒子是在平衡常数大的条件下进行的，原料金属化合物的反应率实质可接近100％。这时，气相单位体积的粒子生成数N、粒子直径D、气相的金属源浓度C0之间有如下关系式中，M：为生成物的分子量（对1mol金属源）；：生成物密度这样，粒子的大小就由成核数与金属源浓度之比决定。而成核速率又与反应温度和反应气体浓度有关，所以粒子的大小可由反应气体浓度得到控制。为此，CVD制备超细粉的先决条件是反应体系中能均匀生成足够数量的晶核。这需反应物有足够高的过饱和度，浓度必须相当高，且气体反应产物应能及时被移走；另外，体系平衡常数要高，某些体系中，可引入少量促进晶核生成的物质。例如,引入百分之几的水蒸气可大大促进反应TiCl4＋O2TiO2＋2Cl2中TiO2的形核速率。2.化学蒸发凝聚法二、原料粉体的处理实际生产中，粉料成型前需经一个附加工艺环节，即混磨、消除团聚和添加掺杂物。添加掺杂物通常在混磨阶段进行。最常用的磨细法是普通球磨，其它混磨方式还有碾磨、振动磨和气流磨。§2.2.2成型1）粘合剂（binder)增塑剂可在固态或准固态下软化黏合剂，从而增加坏体的柔韧性（如在流延成型的坯带）。其选用应遵循粘合剂的选用原则，通常是低分子量的有机物。在干性状态下中，黏合剂与增塑剂均匀混合成单一物质，增塑剂处于黏合剂的聚合链段之间，从而影响到链段的排列，并减弱相邻链段之间的范德华结合力，这就起到软化黏合剂的作用并减弱结合强度。常用的有：水、亚乙基二醇、甘油、邻苯二甲酸二丁酯等。对于黏合剂作为溶剂的成型工艺中（流延成型），增塑剂必须溶解于黏合剂的相同液体中。3）分散剂（dispersant)4）润滑剂（lubricant)5）其它添加物二、成型方法（A）模压成型模压成型三个过程：2）粉体压实3）坯体脱模模压成型特点干袋法等静压成型示意干袋法等静压成型操作示意湿袋法等静压成型粉末冷等静压成型的基本规律（2）粉末成型压坯密度与压制压力的关系（3）坯件密度的分布湿袋法等静压成型工艺粉末填充包套密封与除气压制操作坯体开裂原因有三点：1)压坯的弹性后效：包套中粉料加压成坯体后，在泄压过程中，由于内应力的作用，会导致坯件体积的弹性胀大，即称之为弹性后效。2)塑性包套的弹性回复：塑性包套在升压过程中，随粉末的压缩，处于压缩或拉伸状态，从而储有一定弹性能，其大小与包套壁厚薄和弹性变形成正比。这种弹性能是导致压坯开裂的主要动力之一。在泄压中，随压力降低储存在包套中的弹性能必然被释放出来，使包套从紧贴着坯件被压缩的状态，逐渐恢复到原始状态，坯体在弹性后效作用下膨胀，被压缩在坯体内部的气体也同时逸出到坯表面。在这三者力的作用下，包套与压坯发生分离，坯件内刚性芯模也发生分离。（二）可塑成型（A）挤出成型锥角大小：坯件直径d<10mm时，锥角以12º～13º为宜。挤压更大坯件时，可增至20º～30º。坯件直径与挤压筒直径之比（d/D）一般取1/(1.6~2)。从挤压嘴出来后经过一定长度的定型段l（l/d=2~2.5）。（B）轧膜成型（三）胶态成型注浆成型示意（B）注射成型注射成型机注射成型工艺（C）流延成型所谓干燥：就是固体物料受热后，蒸发出所含水分的过程。目的有三点：1.提高坯体强度。2.加速生产周期，节省燃料。3.使坯体有足够的吸抽能力。实践证明，干燥后的生坯强度随着水分的降低而提高，当坯体的水分降低到1％～2％时，就有足够的强度和吸附釉层的能力。干燥过程：是个复杂过程，既有热量的传递又有水分的扩散。以对流干燥为例，外界热气体以对流的方式把热量传给坯体表面，并以传导方式向坯体内部传热。表面受热后，水分蒸发向外扩散，随着表面水分的蒸发扩散，坯体内部的水分源源不断的向表面扩散补充。再由表面向外蒸发扩散，如此周而复始，最后达干燥要求。一、干燥机理（二）干燥过程(2)合理的干燥制度（3