功能陶瓷的生產(chǎn)工藝過(guò)程課件

1、24 七月 20221功能陶瓷的生產(chǎn)工藝過(guò)程新型陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷的區(qū)別1、原料及其加工工藝區(qū) 別傳統(tǒng)陶瓷新型陶瓷原材料天然礦物原料人工精制合成原料成 型可塑、注漿、擠壓干壓、等靜壓、擠壓、軋膜、流延、熱壓鑄燒 成溫度在1350以下，燃料以煤、油、氣為主結(jié)構(gòu)陶瓷燒結(jié)溫度很高 （1600），功能陶瓷需精確控制溫度，燃料以電為主加 工一般不需加工切割、打孔、研磨、拋光等性 能以外觀效果為主側(cè)重力學(xué)性能以內(nèi)在性能為主：耐磨、耐溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度及各種敏感性用 途 日用、建筑、衛(wèi)生裝飾和藝術(shù)品 宇航、能源、冶金、化工、交通、電子、家電等行業(yè)新型陶瓷展望氣相凝聚法制備超微（納米）粉體用微波加熱代替?zhèn)鹘y(tǒng)燒結(jié)陶

2、瓷脆性的致命弱點(diǎn)將得到改變納米材料的應(yīng)用智能陶瓷的發(fā)展陶瓷的晶界工程設(shè)計(jì) 研究晶界的作用-晶界組成對(duì)材料性能的影響；晶界設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)晶界，獲得所要求的材料性能；制備符合實(shí)用要求的電子陶瓷產(chǎn)品。 1、原料及其加工工藝原料分類天然礦物原料：可塑性原料、脊性原料化工原料化學(xué)試劑分級(jí)工業(yè)純（IR） Industrial Reagent 98.0% 化學(xué)純（CP） Chemical Purity 99.0% 分析純（AR） Analytical Reagent 99.5% 光譜純（GR） Guarateend Reagent 99.9% 電子級(jí)原料 專用 1、原料及其加工工藝原料的評(píng)價(jià)與選擇原料的評(píng)價(jià) 化

3、學(xué)成份、結(jié)構(gòu)、顆粒度、形貌原料的選擇保證產(chǎn)品性能的前提下，盡量選擇低純度原料雜質(zhì)對(duì)產(chǎn)品性能的影響要具體分析 利：克制影響產(chǎn)品性能的不利因素；降低燒結(jié)溫度、促進(jìn)燒結(jié)（形成固溶體、低共熔物） 害：雜相、晶格缺陷，影響產(chǎn)品性能 主晶相原料采用化學(xué)純、電子級(jí)粉料，摻雜原料采用光譜純粉料1、原料及其加工工藝原料粉碎 1粉碎方法 用機(jī)械裝置對(duì)原料進(jìn)行撞擊、碾壓、磨擦，使原料破碎、圓滑粉碎原理 能量轉(zhuǎn)換過(guò)程：機(jī)械能表面能、缺陷能粉碎要求效率高：短期內(nèi)達(dá)到預(yù)定的細(xì)度；或者達(dá)到某一細(xì)度所消耗的能量少、時(shí)間短避免混入雜質(zhì)：減少粉碎機(jī)械裝置的雜質(zhì)引入 1、原料及其加工工藝原料粉碎 2球磨工藝原理 影響球磨效率的因素

4、轉(zhuǎn)速、球磨時(shí)間磨介填充率（25-35%）、磨介級(jí)配料、球、溶劑的配比：1:1:0.6-1筒體直徑、磨球與內(nèi)襯的質(zhì)料、磨球形狀1、原料及其加工工藝原料粉碎 3助磨劑作用原理粉碎機(jī)械的粉碎粒度極限 破碎后粉粒表面帶有電荷、偶極矩聚合；比表面增大、活性增強(qiáng)、表面吸附力增大聚合助磨劑屏蔽粉粒表面電荷的原理 助磨劑：含極性官能團(tuán)的有機(jī)液體 例：油酸CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH，羧基具有明顯“”極性，屏蔽負(fù)電荷，烷基朝外削弱粉粒之間的相互作用力助磨劑的作用：分散作用、潤(rùn)滑作用、劈裂作用1、原料及其加工工藝粉料的活化機(jī)械粉碎 增加粉料表面和表面能；增加粉料晶格缺陷能低溫煅燒：含氧

5、酸、含氧酸鹽、堿氧化物影響煅燒產(chǎn)物活性的因素 粉料粒度、雜質(zhì)、煅燒溫度、氣氛 活性粉料對(duì)空氣、水分的吸附煅燒活化機(jī)理 煅燒分解：臨界溫度 假晶結(jié)構(gòu) 生成微晶1、原料及其加工工藝Pb0.91La0.09(Zr0.65Ti0.35)O3配方計(jì)算2、配料計(jì)算陶瓷原料原料純度（A）摩爾質(zhì)量（M）摩爾比（x）相對(duì)重量（W=xW）百分含量實(shí)際投量PLZTPb3O496%685.600.91/3207.9762.896551La2O394%325.800.09/214.664.43471ZrO298%123.220.65180.0924.222471TiO295%79.900.35127.978.46891

6、原料預(yù)處理粉料的性能 高度活性、合成主晶相的微晶原料煅燒 改變礦物結(jié)構(gòu)、促進(jìn)晶型轉(zhuǎn)變、改善工藝性能熔塊合成合成主晶相：減少燒結(jié)過(guò)程因?yàn)樵戏磻?yīng)而造成的膨脹、收縮、氣孔完成多晶轉(zhuǎn)變：減少燒結(jié)過(guò)程因?yàn)榫娃D(zhuǎn)變產(chǎn)生的應(yīng)力產(chǎn)品變形、開(kāi)裂促進(jìn)原料混合均勻、反應(yīng)徹底3、粉料制備粉料制備工藝固相反應(yīng) 配料、反應(yīng)煅燒（預(yù)燒溫度：TG-DTA；晶相鑒定；粉料性能-最多數(shù)徑、中位徑、平均粒徑、標(biāo)準(zhǔn)偏差、偏度）溶液法 制備金屬鹽溶液、溶液反應(yīng)、固液分離（沉淀、沉淀物干燥、低溫煅燒）溶膠-凝膠法：溶膠制備、凝膠形成、低溫煅燒氣相法蒸氣冷凝法：加熱氣化、急速冷卻氣相反應(yīng)法：熱分解；化學(xué)反應(yīng) 3、粉料制備粉料的塑化 1塑

7、化原因 獲得可塑性塑化途徑 增塑劑：無(wú)機(jī)塑化劑、有機(jī)塑化劑有機(jī)塑化劑的組成粘結(jié)劑：聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、羧甲基纖維素增塑劑：甘油、乙二醇；鄰苯二甲酸二丁脂、癸二酸二丁脂溶劑：水、有機(jī)醇、環(huán)己酮3、粉料制備粉料的塑化 2有機(jī)塑化劑的使用防止還原作用 有機(jī)粘合劑高溫下有可能產(chǎn)生強(qiáng)還原性物質(zhì)，對(duì)陶瓷原料產(chǎn)生還原作用用量適當(dāng) 用量過(guò)多：粘模具（壓制成型）；用量過(guò)少：坯體開(kāi)裂、分層（壓制成型） 塑化劑用量：總質(zhì)量的3%-10%控制揮發(fā)溫度3、粉料制備粉料的造粒 1造粒：磨得很細(xì)的粉料，干燥、加一定量的塑化劑流動(dòng)性好、較粗的顆粒造粒的原因 細(xì)粉粒相對(duì)較大、較粗、較圓的粗顆粒增加流動(dòng)性，有利于壓制成型造粒

8、要求 粉體密度：愈大愈好，取決于塑化劑的性質(zhì)和用量、造粒壓強(qiáng)、造粒次數(shù)粉體形狀：球狀，流動(dòng)性好、工藝簡(jiǎn)單粒度配合3、粉料制備粉料的造粒 2造粒工藝 手工造粒法加壓造粒法凍結(jié)干燥造粒法噴霧干燥造粒法實(shí)驗(yàn)室加壓造粒（手工造粒）法流程： 粉料加入粘合劑混合均勻過(guò)篩在壓力機(jī)上用圓鋼模具壓實(shí)破碎過(guò)篩球形顆粒3、粉料制備4、成型干壓成型壓制成型的坯體密度加壓方式的影響成型壓力的影響加壓速度、保壓時(shí)間4、成型等靜壓成型4、成型流延法成型 1流延法成型漿料制備 細(xì)磨、煅燒的熟粉料加入溶劑（抗凝聚劑、除泡劑、燒結(jié)促進(jìn)劑）、粘結(jié)劑、增塑劑、潤(rùn)滑劑濕法混磨真空除氣穩(wěn)定、流動(dòng)性良好的漿料4、成型流延法成型 24、成型

9、注漿成型4、成型熱壓鑄成型 1熱壓鑄成型的粉料 熟料（煅燒過(guò)的料） 含水量小于0.5%熱壓鑄成型的粘結(jié)劑 石蠟：50-55熔化、冷凝后體積收縮5%-7% 添加少量表面活性劑（硬脂酸、油酸、蜂蠟），增加鑄漿的流動(dòng)性4、成型熱壓鑄成型 2鑄漿的配制鑄漿的配比：粉料（含0.4-0.8%的油酸）87.5-86.5%，石蠟（含表面活性劑）12.5-13.5%鑄漿配制工藝 蠟餅制備：加熱石蠟至70-90、使之熔化，把已加熱的粉料倒入石蠟液中，邊加熱、邊攪拌 將蠟餅放入和蠟機(jī)中：快速和蠟機(jī)，100-110、轉(zhuǎn)筒速度40r/min，熔化蠟餅；慢速和蠟機(jī)，60-70、攪拌速度30r/min，排除氣泡4、成型熱壓

10、鑄成型 34、成型熱壓鑄成型 4鑄漿性能的影響因素鑄漿的粘度、流動(dòng)性 粘結(jié)劑含量大、鑄漿粘度小、流動(dòng)性好，成型性能好；收縮率、氣孔率增加 加入表面活性劑，提高鑄漿的流動(dòng)性鑄漿的可鑄性 粘度小、流動(dòng)性好、成型壓力大，可鑄性好鑄漿的穩(wěn)定性 粉料粒度大、粗顆粒多、密度大，鑄漿穩(wěn)定性差4、成型熱壓鑄成型 5熱壓鑄成型工藝壓力303.98-506.63kPa鑄漿溫度65-90模具溫度0-20加壓速度、壓力持續(xù)時(shí)間熱壓鑄坯體的排膠工藝 熱壓鑄成型坯體埋入疏松、惰性的吸附劑之中，在高溫下進(jìn)行脫蠟4、成型熱壓鑄成型 64、成型燒結(jié)過(guò)程體系中的自由能變化5、燒成燒結(jié)推動(dòng)力燒結(jié)推動(dòng)力：物系自由能的降低表面能、界面

11、能的降低位錯(cuò)、結(jié)構(gòu)缺陷、彈性應(yīng)力的減少或消失外來(lái)雜質(zhì)的排除 高溫下物系自由能差降低、傳質(zhì)勢(shì)壘較小、晶粒質(zhì)點(diǎn)平均熱動(dòng)能較大，P-表面自由能成為物質(zhì)傳遞的主要推動(dòng)力。5、燒結(jié)燒結(jié)模型G. C. Kuczynski等徑球體模型球體頸部曲率半徑、頸部體積V、頸部表面積A、顆粒半徑r、接觸頸部半徑x5、燒結(jié)燒結(jié)傳質(zhì)機(jī)理5、燒結(jié)傳質(zhì)方式蒸發(fā)-凝聚擴(kuò)散流動(dòng)溶解-沉淀原因壓力差P空位濃度差C應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)芙舛菴條件P 1-10 Par n0/Nr f可觀的液相量固相在液相中溶解度大固-液潤(rùn)濕特點(diǎn)凸面蒸發(fā)，凹面凝聚L/L = 0空位與結(jié)構(gòu)基元相對(duì)擴(kuò)散中心距縮短流動(dòng)同時(shí)引起顆粒重排L/L t 致密化速率最高接觸點(diǎn)溶

12、解到平面上沉積，小顆粒溶解到大顆粒沉積傳質(zhì)同時(shí)又是晶粒生長(zhǎng)過(guò)程公式x/r = Kr-2/3t1/3x/r = Kr-3/5t1/5L/L = Kr-6/5t2/5L/L = 3/2/rtd/dt = K(1-)/rx/r = Kr-2/3t1/6L/L = Kr-4/3t1/3工藝控制溫度（蒸氣壓）粒度溫度（擴(kuò)散系數(shù)）粒度粘度粒度粒度溫度（溶解度）粘度液相數(shù)量燒結(jié)工藝升溫階段 升溫速率、裝爐方式、粉料掩埋 特殊升溫方式保溫階段最高燒結(jié)溫度：0.95TS-1.05TS保溫時(shí)間：降溫階段冷卻速度冷卻方式：保溫緩冷、隨爐冷卻、淬火急冷5、燒結(jié)熱鍛、熱拉和熱軋熱鍛無(wú)側(cè)向壓力，坯體橫向自由變形加上負(fù)荷，

13、坯體軸向以10-2-10-4/min速率減小，至所需厚度卸壓降溫 -Al2O3、含鉍層狀鐵電體、鐵氧體熱拉和熱軋?zhí)沾膳黧w具有極好的高溫可塑性；拉模、軋輥具有良好的耐熱性、表面光滑性、機(jī)械強(qiáng)度產(chǎn)品添加少量玻璃或金屬作為增塑劑6、陶瓷材料的熱加工急冷和緩冷急冷（淬火）：油冷、風(fēng)冷保留高溫相組成，避免緩冷過(guò)程中的分凝、析晶、相變產(chǎn)生表面壓應(yīng)力，提高坯體的拉伸強(qiáng)度 獨(dú)石電容器緩冷（退火）促使晶粒長(zhǎng)大、分凝、析晶、相變 微波陶瓷、晶界層電容器消除表面、內(nèi)部應(yīng)力，使相平衡過(guò)程充分進(jìn)行6、陶瓷材料的熱加工機(jī)械加工機(jī)床：專用超精度加工機(jī)床 高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性、高重復(fù)性刀具 金剛石刀具硬度、剛度大、壽命長(zhǎng)，加工穩(wěn)定、精密金剛石刀口可以磨成數(shù)納米，切削量小于亞微米級(jí)切削點(diǎn)能保持較低的溫度7、陶瓷材料的冷加工銀電極漿料的制備 1瓷介電容器電極漿料要求漿料中銀含量大于65%燒滲溫度合適粘度合適存放時(shí)間和使用壽命長(zhǎng)銀漿組成銀及其化合物助熔劑：Bi2O3、PbB4O7；各種熔塊粘合劑：懸浮能力、粘結(jié)性、揮發(fā)性8、陶瓷材料的表面金屬化銀電極漿料的制備 2銀粉的制備抗壞血酸還原法 C6H8O6+2AgNO32Ag+C6H6O6+2HNO3 酸性水溶液，乙二醇或丙三醇作為分散劑三乙醇胺還原法 2AgNO3+Na2CO3Ag2CO3