陶瓷材料制備-

陶瓷材料的制備CERAMIC

華東師范大學(xué)一、陶瓷材料的基本概念、分類(lèi)、特點(diǎn)、性能等二、陶瓷材料的制備工藝（一）陶瓷坯料的制備（二）成型（三）釉制備及施釉（四）干燥

（五）燒成三、陶瓷基復(fù)合材料的制備

內(nèi)容概要華東師范大學(xué)非金屬材料一般指無(wú)機(jī)非金屬陶瓷材料，主要包括晶體、陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。陶瓷材料有廣義和狹義之分，廣義陶瓷即指無(wú)機(jī)非金屬陶瓷材料，狹義陶瓷包括傳統(tǒng)陶瓷和精細(xì)陶瓷。一、陶瓷(ceramics)基本概念華東師范大學(xué)傳統(tǒng)陶瓷——以粘土（塑性組分），長(zhǎng)石（熔劑組分），石英（惰性組分）等天然礦物為原料，經(jīng)粉碎、混合、磨細(xì)、成型、干燥、燒成等工序制成的產(chǎn)品?，F(xiàn)代（特種）陶瓷——以人工合成化合物為原料制備，用于技術(shù)和工程領(lǐng)域，如電子信息、能源、機(jī)械、化工、動(dòng)力、生物、航天航空和其它高新技術(shù)領(lǐng)域。2.陶瓷材料的分類(lèi)華東師范大學(xué)傳統(tǒng)陶瓷華東師范大學(xué)現(xiàn)代陶瓷華東師范大學(xué)現(xiàn)代陶瓷的分類(lèi)

結(jié)構(gòu)陶瓷——主要利用其熱、機(jī)械、化學(xué)等功能，有耐磨損材料、高強(qiáng)度材料、耐熱材料，硬質(zhì)材料、耐沖擊材料、低膨脹材料、隔熱材料等結(jié)構(gòu)材料。功能陶瓷——利用其電、磁、聲、光、催化、生物化學(xué)等功能，其中最主要的是絕緣材料、電介質(zhì)材料、壓電材料、磁性材料、半導(dǎo)體材料和透光性陶瓷等電子材料、具有生物化學(xué)功能的生物醫(yī)用材料、抗菌陶瓷材料等。華東師范大學(xué)結(jié)構(gòu)陶瓷氧化物陶瓷非氧化物陶瓷氧化鋁陶瓷氧化鋯陶瓷氧化鈹陶瓷氮化物陶瓷

碳化物陶瓷華東師范大學(xué)功能陶瓷裝置瓷電容器陶瓷高鋁瓷鎂質(zhì)瓷非鐵電電容器陶瓷反鐵電電容器陶瓷鐵電電容器陶瓷壓電陶瓷磁性瓷導(dǎo)電陶瓷和超導(dǎo)陶瓷其他功能陶瓷華東師范大學(xué)半導(dǎo)體陶瓷正溫度系數(shù)熱敏陶瓷負(fù)溫度系數(shù)熱敏陶瓷壓敏半導(dǎo)體陶瓷氣敏半導(dǎo)體陶瓷溫敏半導(dǎo)體陶瓷光敏半導(dǎo)體陶瓷華東師范大學(xué)3、陶瓷材料的特點(diǎn)

華東師范大學(xué)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

眾所周知，金屬材料(純金屬或合金)的化學(xué)健大都是金屬健，是由金屬正高于和充滿其間的電子云所組成，金屬鍵沒(méi)有方向性．因此金屬有很好的塑性變形性能。而作為非金屬化合物的陶瓷來(lái)講，其化學(xué)鍵是離子健和共價(jià)鍵。這種化學(xué)性有很強(qiáng)的方向性和很高的結(jié)合能。因此，陶瓷材料很難產(chǎn)生塑性變形．脆性大，裂紋敏感性強(qiáng)。這就是陶瓷材料的致命弱點(diǎn)。傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷的主要區(qū)別

華東師范大學(xué)力學(xué)性能

陶瓷材料是工程材料中剛度最好、硬度最高的材料，其硬度大多在1500HV以上。陶瓷的抗壓強(qiáng)度較高，但抗拉強(qiáng)度較低，塑性和韌性很差。熱性能

陶瓷材料一般具有高的熔點(diǎn)（大多在2000℃以上），且在高溫下具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性；陶瓷的導(dǎo)熱性低于金屬材料，陶瓷還是良好的隔熱材料。同時(shí)陶瓷的線膨脹系數(shù)比金屬低，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，陶瓷具有良好的尺寸穩(wěn)定性。4.陶瓷材料性能介紹

華東師范大學(xué)電性能

大多數(shù)陶瓷具有良好的電絕緣性，因此大量用于制作各種電壓（1kV~110kV）的絕緣器件。鐵電陶瓷（鈦酸鋇BaTiO3）具有較高的介電常數(shù)，可用于制作電容器，鐵電陶瓷在外電場(chǎng)的作用下，還能改變形狀，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能（具有壓電材料的特性），可用作擴(kuò)音機(jī)、電唱機(jī)、超聲波儀、聲納、醫(yī)療用聲譜儀等。少數(shù)陶瓷還具有半導(dǎo)體的特性，可作整流器?；瘜W(xué)性能

陶瓷材料在高溫下不易氧化，并對(duì)酸、堿、鹽具有良好的抗腐蝕能力。

華東師范大學(xué)光學(xué)性能

陶瓷材料還有獨(dú)特的光學(xué)性能，可用作固體激光器材料、光導(dǎo)纖維材料、光儲(chǔ)存器等，透明陶瓷可用于高壓鈉燈管等。磁性陶瓷（鐵氧體如：MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4）在錄音磁帶、唱片、變壓器鐵芯、大型計(jì)算機(jī)記憶元件方面的應(yīng)用有著廣泛的前途。

華東師范大學(xué)5.燒成

4.干燥

3.釉制備及施釉

2.成型1.陶瓷坯料的制備二、陶瓷材料的制備工藝華東師范大學(xué)坯料是指將陶瓷原料經(jīng)篩選、破碎等工序后進(jìn)行配料，再經(jīng)混合、細(xì)磨等工序后得到的具有成型性能的多組分混合物。

坯料的制備過(guò)程可大致分為原料處理、配料、混合制備三部分。2.1、陶瓷坯料的制備

華東師范大學(xué)（1）原料處理

a、預(yù)燒——對(duì)原料進(jìn)行的預(yù)先燒制b、精選——對(duì)原料進(jìn)行分離，提純，除去原料中的各種雜質(zhì)（尤其含鐵雜質(zhì)），使之在化學(xué)組成、礦物組成、顆粒尺寸上更符合原料的質(zhì)量要求。

物理方法：水選、篩選、磁選、超聲波選

化學(xué)方法：溶解法、升華法

物理化學(xué)方法：電解法、浮選法

陶瓷坯料的制備

華東師范大學(xué)(2)配料根據(jù)制品的化學(xué)性能要求、生產(chǎn)工藝確定坯料的組成；根據(jù)原料的性質(zhì)選擇合適的原料；根據(jù)特定的方法（如成分滿足法）確定配方。

華東師范大學(xué)(3)混合制備a、粉碎

粒度分析、比表面測(cè)定和X射線衍射技術(shù)

影響研磨效果的因素：研磨工藝和設(shè)備、研磨時(shí)間、強(qiáng)度和研磨介質(zhì)。華東師范大學(xué)b、脫水

注漿料的含水量為30～35%時(shí)才能澆注成型

可塑泥料是采用壓濾機(jī)脫水至含水量為20～25％

壓制粉料可分為：

濕法壓制粉料：含水量8％～15％；

干法壓制粉料：含水量3％～7％

脫水操作：壓濾脫水法、噴霧干燥技術(shù)

華東師范大學(xué)（4）、陳腐與練泥（a）陳腐

所謂陳腐就是把泥餅置于避光、空氣不流通的室內(nèi)或密閉容器內(nèi)，保持一段時(shí)間，該工藝也叫困料。因料室內(nèi)溫度應(yīng)保持在20℃左右，相對(duì)濕度要求在80%-90%。坯料在困制過(guò)程中，在毛細(xì)管的作用下，水分分布漸趨均勻。坯料困制時(shí)間越長(zhǎng)，水分分布就越均勻，其成型性也就越好。一般困料時(shí)間為10天左右。華東師范大學(xué)（b）練泥

經(jīng)過(guò)壓濾得到的泥餅和困料得到的坯料的組織疏松且不均勻，含有大量的氣泡。這樣既降低了坯料的可塑性，難以擠壓成型，通常采用真空練泥機(jī)多次練泥的方法，排除泥餅中的殘留空氣，提高泥料的致密度和可塑性，并使泥料組織均勻，改善成形性能，提高干燥強(qiáng)度和成瓷后的機(jī)械強(qiáng)度。

華東師范大學(xué)固相法

通過(guò)從固相到固相的變化，來(lái)制造粉體。其中包括化合或還原-化合法。制取硼化物的碳化硼法、熱分解法、自蔓延高溫合成法等。氣相法

直接利用氣體或通過(guò)各種手段將物質(zhì)變成氣體，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，最后在冷卻過(guò)程中凝聚長(zhǎng)大形成納米顆粒。包括氣相合成法、氣相熱分解法。特種陶瓷的粉料制備華東師范大學(xué)液相法

共同點(diǎn)是均以相溶液為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)各種方法使溶質(zhì)和溶液分離，溶質(zhì)形成一定大小和形狀的顆粒，得到所需粉末的前軀體，熱解后得到粉體。其中有直接沉淀法、共沉淀法、醇鹽水解法、溶膠-凝膠法。

華東師范大學(xué)機(jī)械法

有球磨、振動(dòng)球磨、攪動(dòng)球磨、氣流粉碎等。溶劑蒸發(fā)法

有酒精干燥法、冷凍干燥法、熱石油干燥法和噴霧干燥法等。氣相法和液相法是制取超細(xì)粉的主要方法。

華東師范大學(xué)

華東師范大學(xué)蔓延高溫合成法原理

自蔓延高溫合成（self–propagationhigh–temperaturesynthesis，簡(jiǎn)稱(chēng)SHS），又稱(chēng)為燃燒合成（combustionsynthesis）技術(shù)，是利用反應(yīng)物之間高的化學(xué)反應(yīng)熱的自加熱和自傳導(dǎo)作用來(lái)合成材料的一種技術(shù)，當(dāng)反應(yīng)物一旦被引燃，便會(huì)自動(dòng)向尚未反應(yīng)的區(qū)域傳播，直至反應(yīng)完全，是制備無(wú)機(jī)化合物高溫材料的一種新方法。

華東師范大學(xué)特點(diǎn)

燃燒引發(fā)的反應(yīng)或燃燒波的蔓延相當(dāng)快，一般為0.1～20.0cm／s，最高可達(dá)25.0cm／s，燃燒波的溫度或反應(yīng)溫度通常都在2100～3500K以上，最高可達(dá)5000K。SHS以自蔓延方式實(shí)現(xiàn)粉末間的反應(yīng)，與制備材料的傳統(tǒng)工藝比較，工序減少，流程縮短，工藝簡(jiǎn)單，一經(jīng)引燃啟動(dòng)過(guò)程后就不需要對(duì)其進(jìn)一步提供任何能量。由于燃燒波通過(guò)試樣時(shí)產(chǎn)生的高溫，可將易揮發(fā)雜質(zhì)排除，使產(chǎn)品純度高。

華東師范大學(xué)氣相合成法

原理

氣在等離子體高溫反應(yīng)器中，通過(guò)物理冷凝或化學(xué)氣相反應(yīng)過(guò)程，直接制取粒徑小于100um超細(xì)粉體的一種氣相沉積制粉法。常用的是等離子化學(xué)氣相合成法制粉。

華東師范大學(xué)

特點(diǎn):①高溫，溫度可達(dá)3000一20000K;②氣氛(中性、氧化性或還原性)可任意選擇和控制;③采用低沸點(diǎn)反應(yīng)物，易于提純，因此所得產(chǎn)品純度很高;④粒度可控并容易獲得粒度分布很窄的球形粉末;⑤可獲得介穩(wěn)相和低溫相結(jié)構(gòu)的粉末產(chǎn)品;⑥過(guò)程連續(xù)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)。

機(jī)械法--球磨

原理球磨機(jī)粉碎物料時(shí)筒體內(nèi)裝有物料、研磨體和水。它是依靠研磨體（球石）對(duì)原料的摩擦、撞擊作用及原料與球磨機(jī)筒壁的摩擦作用而進(jìn)行粉碎的。華東師范大學(xué)瀉落式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)拋落式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)離心式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

華東師范大學(xué)機(jī)械法--振動(dòng)球磨

原理

碰撞、擠壓及研磨，產(chǎn)品粒度可細(xì)至數(shù)微米。

特點(diǎn)：適應(yīng)性強(qiáng)，可用于干磨也可用于濕磨；可以粉碎各種軟的及硬的物料；可以得到較細(xì)的產(chǎn)品，干法可將最大粒徑為1-2mm的物料磨至2um，濕法可粉磨至5-0.1um；

華東師范大學(xué)

機(jī)械法--攪拌法華東師范大學(xué)

原理:筒體內(nèi)填充一定的磨礦介質(zhì)，螺旋攪拌器作緩慢旋轉(zhuǎn)，磨礦介質(zhì)和物料在筒體內(nèi)作整體的多維循環(huán)運(yùn)動(dòng)和自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，物料在磨礦介質(zhì)重量壓力與旋回轉(zhuǎn)共同產(chǎn)生的摩擦、擠壓、剪切和沖擊力的作用下，被有效地粉碎。可用于干法和濕法工藝，在干法工藝中常與空氣分級(jí)機(jī)構(gòu)成閉路流程，產(chǎn)品粒度可小于3um。濕法工藝多采用開(kāi)路流程，產(chǎn)量較高，產(chǎn)品粒度一般小于5～6um。

華東師范大學(xué)氣流粉碎法

原理氣流粉碎是利用氣流的能量進(jìn)行粉碎的。

特點(diǎn)經(jīng)氣流粉碎后的物料平均粒度細(xì)，粒度分布較窄，顆粒表面光滑，顆粒形狀規(guī)整，純度高，活性大，分散性好;可粉碎低熔點(diǎn)和熱敏性材料及生物活性制品(因?yàn)闅饬鞣鬯闄C(jī)以壓縮空氣為動(dòng)力，壓縮氣體在噴嘴處的絕熱膨脹會(huì)使系統(tǒng)溫度降低)。

華東師范大學(xué)

華東師范大學(xué)溶劑蒸發(fā)法

原理將溶劑中的水蒸發(fā)逸出,使溶液處于過(guò)飽和狀態(tài),從而使晶體生長(zhǎng)有足夠驅(qū)動(dòng)力的晶體生長(zhǎng)法。溶液蒸發(fā)法將溶液制成小滴后進(jìn)行快速蒸發(fā)得到粉體的方法，為了在溶劑蒸發(fā)過(guò)程中保持溶液的均勻性，使液滴內(nèi)組分偏析最小，必須將溶液分散成極微小的液滴，而且應(yīng)迅速進(jìn)行蒸發(fā)。粉碎的目的和意義

華東師范大學(xué)粉碎的目的：在于減小固體物料的尺寸，使之變成顆粒體（或稱(chēng)粉體）。其意義在于：有利于不同組分的分離，選礦及除去原料中的雜質(zhì)；●粉碎使固體物料顆?；?，將具有某些流體性質(zhì)，而具有良好的流動(dòng)性，因而有利于物料的輸送及給料控制；●減少固體顆粒尺寸，提高分散度，因而使之容易和流體或氣體作用，有利于均勻混合，促進(jìn)制品的均質(zhì)化；

華東師范大學(xué)陶瓷制品的成形，就是將坯料制成具有一定形狀和規(guī)格的坯體，并使坯料具有所要的機(jī)械強(qiáng)度和一定的致密度。普通成型方法主要有注漿成型、塑制成型與壓制成型三種工藝。具體選擇何種工藝需要依據(jù)最終產(chǎn)品的性質(zhì)，形狀和尺寸。2.2、成型

華東師范大學(xué)a.可塑成型可塑成型是利用模具或刀具等工藝裝備運(yùn)動(dòng)造成的壓力、剪力或擠壓力等外力，對(duì)具有可塑性坯料進(jìn)行加工，迫使材料在外力作用下發(fā)生可塑變形而制成坯體的方法?？伤艹尚头椒ㄓ行龎撼尚?，滾壓成形，塑壓成形、注塑成形和軋膜成形等集中類(lèi)型。（1）普通成型方法華東師范大學(xué)

華東師范大學(xué)旋壓成型

原理旋壓是一種綜合了鍛造、擠壓、拉伸、彎曲、環(huán)軋、橫軋和滾擠等工藝特點(diǎn)的少無(wú)切削加工的先進(jìn)工藝，將金屬筒坯、平板毛坯或預(yù)制坯用尾頂頂緊在旋壓機(jī)芯模上，由主軸帶動(dòng)芯棒和坯料旋轉(zhuǎn)，同時(shí)旋壓輪從毛坯一側(cè)將材料擠壓在旋轉(zhuǎn)的芯模上，使材料產(chǎn)生逐點(diǎn)連續(xù)的塑性變形，從而獲得各種母線形狀的空心旋轉(zhuǎn)體零件。旋壓工藝的加工原理如圖2-1

華東師范大學(xué)

滾壓成型

原理滾壓成型工藝主要是靠材料的塑性移動(dòng)滾壓加工成各種形狀復(fù)雜的軸桿、閥門(mén)芯和特殊緊固件等產(chǎn)品。滾壓變形是線接觸，連續(xù)逐步地進(jìn)行，所需變形力較小，一個(gè)行程可生產(chǎn)一個(gè)或幾個(gè)工件華東師范大學(xué)

塑壓成型

原理塑壓成型是將含水量20%左右的可塑坯料，置于特殊的模型內(nèi)，用金屬或石膏模頭加壓而成型粗坯的一種方法。這種成型方法已成功地用于壓制魚(yú)盤(pán)等異型產(chǎn)品。華東師范大學(xué)

注塑成型

工藝流程：塑件的注塑成型工藝過(guò)程主要包括填充——保壓——冷卻——脫模等4個(gè)階段，這4個(gè)階段直接決定著制品的成型質(zhì)量，而且這4個(gè)階段是一個(gè)完整的連續(xù)過(guò)程。華東師范大學(xué)b.注漿成形法注漿成形法是指將具有流動(dòng)性的液態(tài)泥漿注入多孔模型內(nèi)（石膏模，多孔樹(shù)脂模等）。借助模型的吸水的能力，泥漿脫水、硬化，經(jīng)脫模獲得一定形狀的坯體的過(guò)程。

注漿成形法的適應(yīng)性較強(qiáng)，能得到各種結(jié)構(gòu)、形狀的坯體。根據(jù)成形壓力的大小和方式不同，分為基本注漿法、強(qiáng)化注漿法、熱壓鑄成形法和流延法等。

華東師范大學(xué)

熱壓鑄成型

原理其基本原理是利用石蠟受熱熔化和遇冷凝固的特點(diǎn)，將無(wú)可塑性的瘠性陶瓷粉料與熱石蠟液均勻混合形成可流動(dòng)的漿料，在一定壓力下注入金屬模具中成型，冷卻待蠟漿凝固后脫模取出成型好的坯體。坯體經(jīng)適當(dāng)修整，埋入吸附劑中加熱進(jìn)行脫蠟處理，然后再脫蠟坯體燒結(jié)成最終制品。華東師范大學(xué)

流延成型

工藝過(guò)程:將陶瓷粉末與分散劑、有機(jī)粘結(jié)劑、塑性劑在有機(jī)溶劑中混合，形成均勻穩(wěn)定的懸浮漿料。成型時(shí)漿料從料斗下部留至基帶上，通過(guò)基帶和刮刀的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成素坯，在表面張力的作用下形成光滑的上表面，坯膜的厚度有刮刀控制。待溶劑蒸發(fā)，有機(jī)結(jié)合劑在陶瓷顆粒形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成具有一定強(qiáng)度和柔韌性的素坯，干燥的素坯與基帶剝離后卷軸，經(jīng)過(guò)燒結(jié)得到成品。華東師范大學(xué)c.壓制成形法壓制成形是將含有一定水分的粒狀粉料填充到模具中，使其在壓力下成為具有一定形狀和強(qiáng)度的陶瓷坯體的成形方法。根據(jù)粉料中含水量的多少可分為：干壓成形（水含量小于7％）、半干壓成形（水含量7～15％）、特殊的壓制成形方法（如等靜壓法，水含量可低于3％）。

華東師范大學(xué)

干壓成型法

原理高純度粉體屬于瘠性材料，用傳統(tǒng)工藝無(wú)法使之成型。首先，通過(guò)加入一定量的表面活性劑，改變粉體表面性質(zhì)，包括改變顆粒表面吸附性能，改變粉體顆粒形狀，從而減少超細(xì)粉的團(tuán)聚效應(yīng)，使之均勻分布；加入潤(rùn)滑劑減少顆粒之間及顆粒與模具表面的摩擦；加入黏合劑增強(qiáng)粉料的粘結(jié)強(qiáng)度。將粉體進(jìn)行上述預(yù)處理后裝入模具，用壓機(jī)或?qū)Ｓ酶蓧撼尚蜋C(jī)以一定壓力和壓制方式使粉料成為致密坯體。華東師范大學(xué)

半干壓成型

原理在配料中加入較少水分（7—9%），拌勻并在較高的壓力下壓制或搗打成型。制品尺寸準(zhǔn)確，機(jī)械強(qiáng)度高。華東師范大學(xué)成形設(shè)備：多為摩擦螺旋壓力機(jī)或液壓機(jī)。壓制機(jī)理：較大的壓力，將粉末狀坯料在模具內(nèi)壓制成形。主要工藝參數(shù)：成形壓力、加壓速度

華東師范大學(xué)將粉末裝在合適的模具中，將裝壓模放在一定的傳壓介質(zhì)內(nèi)，使其各個(gè)方向均勻受壓而成形的方法叫等靜壓。傳遞壓力的介質(zhì)有液體，氣體，固體。

理論基礎(chǔ)——根據(jù)帕斯卡原理關(guān)于液體傳遞壓強(qiáng)的規(guī)律：加在密閉液體上的壓強(qiáng)，能夠大小不變的被液體向各個(gè)方向傳遞(2)等靜壓成形法華東師范大學(xué)無(wú)模制造成形技術(shù)實(shí)際上由兩部分構(gòu)成：一是用于計(jì)算機(jī)圖形處理和象素信息輸出的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，二是用于接收計(jì)算機(jī)輸出指令并將數(shù)字命令轉(zhuǎn)換成實(shí)際的陶瓷成形單元的外圍輸出設(shè)備和技術(shù)。相關(guān)的外用輸出設(shè)備及技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無(wú)模制造的關(guān)鍵，針對(duì)不同的材料體系和不同的輸出方法，已逐漸形成了各具特色的無(wú)模制造方法。

(3)微機(jī)控制無(wú)模具成形方法

華東師范大學(xué)微機(jī)控制無(wú)模具成形方法

無(wú)模制造過(guò)程

華東師范大學(xué)利用原位凝固劑催化漿料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生原位凝固的一種方法。傳統(tǒng)方法：密度不均勻，容易分層；產(chǎn)生缺陷等原位凝固注模成形法基本上克服了上述方法中的缺陷。該方法可成形大尺寸復(fù)雜形狀的部件，其坯體密度高且均勻，具有足夠的脫模強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了凝固時(shí)間的可控性。

(4)原位凝固成形方法

華東師范大學(xué)

釉是指覆蓋在陶瓷坯體表面上的一層很薄的均勻的玻璃態(tài)物質(zhì)。

陶瓷坯體表面的釉層，從外觀來(lái)說(shuō)，使陶瓷具有平滑而光澤的表面，增加了陶瓷的美觀；從機(jī)械性能來(lái)說(shuō)，正確配合的釉層可以增加陶瓷的強(qiáng)度與表面硬度，同時(shí)還可以使陶瓷的電絕緣性能、抗化學(xué)侵蝕性能有所提高。平滑而光澤的表面，不僅增加美觀，而且就日用瓷來(lái)說(shuō)，為飲用器皿的洗滌清潔提供了方便條件。2.3、釉制備及施釉

華東師范大學(xué)(1)釉的分類(lèi)

華東師范大學(xué)1、玻璃形成劑：形成玻璃的主要氧化物在釉層中以多面體的形式相互結(jié)合為連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，又稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)形成劑。2、助熔劑：在釉料熔化過(guò)程中能促進(jìn)高溫化學(xué)反應(yīng)，加速高熔點(diǎn)晶體（如SiO2）結(jié)構(gòu)鍵的斷裂和生成低共熔點(diǎn)的化合物。同時(shí)還起調(diào)整釉層物理化學(xué)性質(zhì)的作用。(2)釉組成

華東師范大學(xué)3、乳濁劑：它是保證釉層有足夠覆蓋能力的成分,也就是保證燒成時(shí)熔體析出的晶體、氣體或分散粒子出現(xiàn)折射率的差別，引起光線散射產(chǎn)生乳濁的化合物。4、著色劑：使釉層吸收可見(jiàn)光波，從而呈現(xiàn)不同顏色。5、其他輔助劑：為了提高釉面質(zhì)量、改善釉層物化性能，控制釉漿性能(如懸浮性、與坯體的粘附性)等而加入。

華東師范大學(xué)

釉料在加熱過(guò)程中將發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，如脫水、固相反應(yīng)、碳酸鹽和硫酸鹽分解、部分原料熔化并生成共熔體、熔融物相互溶解、部分原料揮發(fā)和坯釉間的相互反應(yīng)等。在反應(yīng)的同時(shí)，釉料開(kāi)始燒結(jié)、熔化并在坯體上鋪展為光滑釉面。(3)釉層的形成

華東師范大學(xué)排除坯體中水分的工藝過(guò)程稱(chēng)為“干燥”。干燥的目的：除去坯體中所含的一部分水分，使坯體具有一定的強(qiáng)度；提高坯體吸附釉層能力；縮短燒成周期，提高窯爐的周轉(zhuǎn)率，降低燃料消耗。2.4、干燥華東師范大學(xué)

1.熱空氣干燥法

熱源及加熱原理

以熱空氣為熱源，熱空氣通過(guò)對(duì)流傳熱將熱量傳給坯體，熱量由表及里傳遞，水分由里及表擴(kuò)散。

應(yīng)用范圍與特點(diǎn)

熱量傳遞方向與水分?jǐn)U散方向相反，干燥效率低，設(shè)備簡(jiǎn)單，熱源易得便于控制，適合傳統(tǒng)陶瓷小件產(chǎn)品的干燥。

華東師范大學(xué)干燥方法

2.共頻電干燥法

熱源及加熱原理

熱源為共頻電流，當(dāng)共頻電流通過(guò)濕坯，坯內(nèi)產(chǎn)生的熱量使水分蒸發(fā)。

應(yīng)用范圍與特點(diǎn)

坯體內(nèi)外同時(shí)加熱，受熱均勻，熱濕擴(kuò)散方向一致，干燥效率高，熱損耗少，設(shè)備簡(jiǎn)單且易控制，適合大件厚坯制品干燥。

華東師范大學(xué)干燥方法

3.微波干燥法

熱源及加熱原理

以高頻率長(zhǎng)波長(zhǎng)的電磁波為熱源，通過(guò)微波輻射坯體使其內(nèi)部極性水分子劇烈運(yùn)動(dòng)并摩擦生熱使水分排除。

應(yīng)用范圍與特點(diǎn)

坯體內(nèi)外同時(shí)加熱，快速加熱均勻，熱濕擴(kuò)散方向一致；干燥效率和質(zhì)量高；設(shè)備體小輕巧，易自控，但費(fèi)用高，電耗大，需避免微波輻射損害，他的使用范圍較廣。

華東師范大學(xué)干燥方法

4.紅外干燥法

熱源及加熱原理

使用短波長(zhǎng)的遠(yuǎn)紅外線做熱源，當(dāng)坯體吸收紅外線后改變并加劇坯內(nèi)水分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，坯體溫度升高，水分排除。

應(yīng)用范圍與特點(diǎn)

其主要特點(diǎn)與微波干燥類(lèi)似，不同的是設(shè)備造價(jià)低。

華東師范大學(xué)干燥方法

概念：將陶瓷坯體加熱至高溫，經(jīng)過(guò)一系列的物理化學(xué)變化（如膨脹、收縮、氣體的產(chǎn)生、液相的出現(xiàn)、舊晶相的消失、新晶相的析出等），冷卻至室溫后，坯體的礦物組成與顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，外形尺寸得以固定，強(qiáng)度得以提高，最終獲得某種特定使用性能（如機(jī)械強(qiáng)度、致密度、絕緣、耐熱等）陶瓷制品，這一工藝過(guò)程稱(chēng)為燒成。2.5、燒成

華東師范大學(xué)冷卻階段(燒成溫度-室溫)中溫階段（300℃-950℃）低溫階段（室溫-300℃）——坯體水分蒸發(fā)期——氧化分解及晶型轉(zhuǎn)化期——?；纱善诟邷仉A段（950℃-最高燒成溫度）——急冷階段、緩冷階段燒成過(guò)程中的物理化學(xué)變化華東師范大學(xué)粉料粒度鹽類(lèi)選擇及煅燒條件添加劑燒結(jié)溫度及保溫時(shí)間成型壓力氣氛影響因素?zé)蛇^(guò)程的影響因素華東師范大學(xué)1.成型壓力

成型壓力對(duì)基體的體積密度、吸水率和顯氣孔率都有影響；隨著成型壓力增大、集體體積密度增大而吸水率、顯氣孔率降低；在壓力增大的開(kāi)始階段，三者的變化幅度顯著，隨后變化平緩。

華東師范大學(xué)2.粉料粒度

在相同的成型壓力下，粒度大的粉體壓坯密度大，粒度小的粉體燒結(jié)密度大；同一粒度粉體，壓坯密度和燒結(jié)敏度均隨壓力的增大而增大。所以粉體粒度對(duì)坯體的致密度有影響。

華東師范大學(xué)3.添加劑

通常添加劑的作用有解凝（或稱(chēng)稀釋?zhuān)瑴p水），緩凝，促凝，可塑，塑化，懸浮等。具體的應(yīng)用應(yīng)根據(jù)陶瓷坯、釉漿的性能和工藝需要來(lái)選用。常見(jiàn)的陶瓷添加劑包括減水劑、增塑劑、絮凝劑、懸浮劑、粘合劑、坯體增強(qiáng)劑等。

華東師范大學(xué)4.燒結(jié)溫度

燒結(jié)溫度與致密性有密切的關(guān)系。燒結(jié)溫度過(guò)低，經(jīng)歷生長(zhǎng)緩慢，晶界移動(dòng)速率慢，驅(qū)動(dòng)力小，直接導(dǎo)致晶粒發(fā)育不完整，氣孔較多，晶界模糊。但是溫度過(guò)高，會(huì)造成晶界移動(dòng)速率大、驅(qū)動(dòng)力大，直接造成晶界移動(dòng)速率大于氣孔移動(dòng)速率

華東師范大學(xué)5.保溫時(shí)間

適當(dāng)?shù)谋乜梢耘懦龤饪?，促進(jìn)致密化，但過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間非但不會(huì)促進(jìn)致密，反而由于晶粒異常長(zhǎng)大而使致密度下降，坯體變形，有的材料彈性模量與抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能也會(huì)下降

華東師范大學(xué)6.煅燒溫度不同煅燒條件下的陶瓷表現(xiàn)出的燒結(jié)性能不一樣，煅燒溫度越高尤其是高于析晶溫度時(shí)，越不利于致密化。

華東師范大學(xué)7.氣氛

氣氛會(huì)影響陶瓷坯體在高溫下的物化反應(yīng)速度、體積變化、晶粒尺寸與氣孔大小等，尤其對(duì)陶瓷坯的顏色、透光度和釉面質(zhì)量的影響，更顯突出。1.陶瓷基復(fù)合材料的簡(jiǎn)介

現(xiàn)代陶瓷材料具有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕及重量輕等許多優(yōu)良的性能。但是，陶瓷材料同時(shí)也具有致命的缺點(diǎn)，即脆性，這一弱點(diǎn)正是目前陶瓷材料的使用受到很大限制的主要原因。因此，陶瓷材料的韌性化問(wèn)題便成了近年來(lái)陶瓷工作者們研究的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。現(xiàn)在這方面的研究已取得了初步進(jìn)展，探索出了若干種韌化陶瓷的途徑。其中，往陶瓷材料中加入起增韌作用的第二相而制成陶瓷基復(fù)合材料即是一種重要方法。三、陶瓷基復(fù)合材料的制備

華東師范大學(xué)(1)

基體

陶瓷基復(fù)合材料的基體為陶瓷，這是一種包括范圍很廣的材料，屬于無(wú)機(jī)化合物而不是單質(zhì)，所以它的結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比金屬合金復(fù)雜得多?，F(xiàn)代陶瓷材料的研究，最早是從對(duì)硅酸鹽材料的研究開(kāi)始的，隨后又逐步擴(kuò)大到了其他的無(wú)機(jī)非金屬材料。目前被人們研究最多的是碳化硅、氮化硅、氧化鋁等，它們普遍具有耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度、重量輕和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。華東師范大學(xué)

陶瓷基基復(fù)合材料的基體與增強(qiáng)體陶瓷基復(fù)合材料中的增強(qiáng)體，通常也稱(chēng)為增韌體。從幾何尺寸上增強(qiáng)體可分為纖維(長(zhǎng)、短纖維)、晶須和顆粒三類(lèi)。

華東師范大學(xué)(2)增強(qiáng)體a.纖維:

在陶瓷基復(fù)合材料中使用得較為普遍的是碳纖維、玻璃纖維、硼纖維等；

將玻璃小球熔化，然后通過(guò)1mm左右直徑的小孔把它們拉出來(lái)。另外，纏繞纖維的心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度決定纖維的直徑，通常為10

m的數(shù)量級(jí)。

華東師范大學(xué)玻璃球玻璃球再熔化連續(xù)纖維上漿紗線繞線筒b.晶須：晶須為具有一定長(zhǎng)徑比(直徑0.3~1

m,長(zhǎng)0~100

m)的小單晶體。晶須的特點(diǎn)是沒(méi)有微裂紋、位錯(cuò)、孔洞和表面損傷等一類(lèi)缺陷，因此其強(qiáng)度接近理論強(qiáng)度。由于晶須具有最佳的熱性能、低密度和高楊氏模量，從而引起了人們對(duì)其特別的關(guān)注。在陶瓷基復(fù)合材料中使用得較為普遍的是SiC、A12O3及Si3N4晶須。

華東師范大學(xué)1.纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料

在陶瓷材料中，加入第二相纖維制成復(fù)合材料是改善陶瓷材料韌性的重要手段，按纖維排布方式的不同，又可將其分為單向排布長(zhǎng)纖維復(fù)合材料和多向排布纖維復(fù)合材料。

華東師范大學(xué)

陶瓷基基復(fù)合材料的種類(lèi)單向排布纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料的顯著特點(diǎn)是它具有各向異性，即沿纖維長(zhǎng)度方向上的縱向性能要大大優(yōu)于其橫向性能。在實(shí)際構(gòu)件中，主要是使用其縱向性能。在單向排布纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料中，當(dāng)裂紋擴(kuò)展遇到纖維時(shí)會(huì)受阻，這時(shí)，如果要使裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展就必須提高外加應(yīng)力。這一過(guò)程的示意圖如下：

華東師范大學(xué)單向排布纖維陶瓷基復(fù)合材料

華東師范大學(xué)

多向排布纖維陶瓷基復(fù)合材料

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單向排布纖維增韌陶瓷只是在纖維排列方向上的縱向性能較為優(yōu)越，而其橫向性能顯著低于縱向性能，所以只適用于單軸應(yīng)力的場(chǎng)合。而許多陶瓷構(gòu)件則要求在二維及三維方向上均具有優(yōu)良的性能，這就要進(jìn)一步研究多向排布纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料。二維多向排布纖維增韌復(fù)合材料的纖維的排布方式有兩種：一種是將纖維編織成纖維布，浸漬漿料后，根據(jù)需要的厚度將單層或若干層進(jìn)行熱壓燒結(jié)成型，如下圖所示。這種材料在纖維排布平面的二維方向上性能優(yōu)越，而在垂直于纖維排布面方向上的性能較差。一般應(yīng)用在對(duì)二維方向上有較高性能要求的構(gòu)件上。

華東師范大學(xué)纖維層基體

華東師范大學(xué)另一種是纖維分層單向排布，層間纖維成一定角度，如下圖所示。纖維層基體

華東師范大學(xué)

三維多向編織纖維增韌陶瓷是為了滿足某些情況的性能要求而設(shè)計(jì)的。這種材料最初是從宇航用三向C/C復(fù)合材料開(kāi)始的，現(xiàn)已發(fā)展到三向石英/石英等陶瓷復(fù)合材料。下圖為三向正交C/C纖維編織結(jié)構(gòu)示意圖。它是按直角坐標(biāo)將多束纖維分層交替編織而成。

華東師范大學(xué)由于每束纖維呈直線伸展，不存在相互交纏和繞曲，因而使纖維可以充分發(fā)揮最大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。XYZ這種三維多向編織結(jié)構(gòu)還可以通過(guò)調(diào)節(jié)纖維束的根數(shù)和股數(shù)，相鄰束間的間距，織物的體積密度以及纖維的總體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)以滿足性能要求。

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長(zhǎng)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料雖然性能優(yōu)越，但它的制備工藝復(fù)雜，而且纖維在基體中不易分布均勻。因此，近年來(lái)又發(fā)展了短纖維、晶須及顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料。

華東師范大學(xué)2.晶須和顆粒增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料

由于晶須的尺寸很小，從宏觀上看與粉末一樣，因此在制備復(fù)合材料時(shí)，只需將晶須分散后與基體粉末混合均勻，然后對(duì)混好的粉末進(jìn)行熱壓燒結(jié)，即可制得致密的晶須增韌陶瓷基復(fù)合材料。目前常用的是SiC，Si3N4，Al2O3晶須，常用的基體則為Al2O3，ZrO2，SiO2，Si3N4及莫來(lái)石等。晶須增韌陶瓷基復(fù)合材料的性能與基體和晶須的選擇、晶須的含量及分布等因素有關(guān)。

華東師范大學(xué)由于晶須具有較大的長(zhǎng)徑比，因此，當(dāng)其含量較高時(shí)，因其橋架效應(yīng)而使致密化變得因難，從而引起了密度的下降并導(dǎo)致性能的下降。為了克服這一弱點(diǎn)，可采用顆粒來(lái)代替晶須制成復(fù)合材料，這種復(fù)合材料在原料的混合均勻化及燒結(jié)致密化方面均比晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料要容易。

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當(dāng)所用的顆粒為SiC，TiC時(shí)，基體材料采用最多的是Al2O3，Si3N4。目前，這些復(fù)合材料已廣泛用來(lái)制造刀具。晶須與顆粒對(duì)陶瓷材料的增韌均有一定作用，且各有利弊：

晶須的增強(qiáng)增韌效果好，但含量高時(shí)會(huì)使致密度下降；顆?？煽朔ы毜囊蝗觞c(diǎn)，但其增強(qiáng)增韌效果卻不如晶須。

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華東師范大學(xué)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制備

纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的性能取決于多種因素，如基體、纖維及二者之間的結(jié)合等。從基體方面看，與氣孔的尺寸及數(shù)量，裂紋的大小以及一些其它缺陷有關(guān)；從纖維方面來(lái)看，則與纖維中的雜質(zhì)、纖維的氧化程度、損傷及其他固有缺陷有關(guān)；從基體與纖維的結(jié)合情況上看，則與界面及結(jié)合效果、纖維在基體中的取向，以及載體與纖維的熱膨脹系數(shù)差有關(guān)。

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正因?yàn)橛腥绱硕嗟挠绊懸蛩?，所以在?shí)際中針對(duì)不同的材料的制作方法也會(huì)不同，成型技術(shù)的不斷研究與改進(jìn)，正是為了能獲得性能更為優(yōu)良的材料。

1．泥漿燒鑄法這種方法是在陶瓷泥漿中分散纖維。然后澆鑄在石膏模型中。這種方法比較古老，不受制品形狀的限制。但對(duì)提高產(chǎn)品性能的效果顯著，成本低，工藝簡(jiǎn)單，適合于短纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制作。

華東師范大學(xué)目前采用的纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的成型主法主要有以下幾種：2．熱壓燒結(jié)法將特長(zhǎng)纖維切短(<3mm)，然后分散并與基體粉末混合，再用熱壓燒結(jié)的方法即可制得高性能的復(fù)合材料。這種方法中，纖維與基體之間的結(jié)合較好，是目前采用較多的方法。

華東師范大學(xué)這種短纖維增強(qiáng)體在與基體粉末混合時(shí)取向是無(wú)序的，但在冷壓成型及熱壓燒結(jié)的過(guò)程中，短纖維由于在基體壓實(shí)與致密化過(guò)程中沿壓力方向轉(zhuǎn)動(dòng)，所以導(dǎo)致了在最終制得的復(fù)合材料中，短纖維沿加壓面而擇優(yōu)取向，這也就產(chǎn)生了材料性能上一定程度的各向異性。

華東師范大學(xué)3.浸漬法這種方法適用于長(zhǎng)纖維。首先把纖維編織成所需形狀，然后用陶瓷泥漿浸漬，干燥后進(jìn)行焙燒。浸漬法的優(yōu)點(diǎn)是纖維取向可自由調(diào)節(jié)，如單向排布及多向排布等。浸漬法的缺點(diǎn)則是不能制造大尺寸的制品，而且所得制品的致密度較低。

華東師范大學(xué)

華東師范大學(xué)

晶須與顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料的加工與制備晶須與顆粒的尺寸均很小，只是幾何形狀上有些區(qū)別，用它們進(jìn)行增韌的陶瓷基復(fù)合材料的制造工藝是基本相同的。

華東師范大學(xué)這種復(fù)合材料的制備工藝比長(zhǎng)纖維復(fù)合材料簡(jiǎn)便得多，只需將晶須或顆粒分散后并與基體粉末混合均勻，再用熱壓燒結(jié)的方法即可制得高性能的復(fù)合材料。

華東師范大學(xué)與陶瓷材料相似，晶須與顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料的制造工藝也可大致分為以下幾個(gè)步驟：配料成型燒結(jié)精加工

這一過(guò)程看似簡(jiǎn)單，實(shí)則包含著相當(dāng)復(fù)雜的內(nèi)容。即使坯體由超細(xì)粉(微米級(jí))原料組成，其產(chǎn)品質(zhì)量也不易控制，所以隨著現(xiàn)代科技對(duì)材料提出的要求的不斷提高，這方面的研究還必持進(jìn)一步深入。把幾種原料粉末混合配成坯料的方法可分為干法和濕法兩種。現(xiàn)今新型陶瓷領(lǐng)域混合處理加工的微米級(jí)、超微米級(jí)粉末方法由于效率和可靠性的原因大多采用濕法。

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1．配料高性能的陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)具有均質(zhì)、孔隙少的微觀組織。為了得到這樣品質(zhì)的材料，必須首先嚴(yán)格挑選原料。

濕法主要采用水作溶劑，但在氮化硅、碳化尼等非氧化物系的原料混合時(shí)，為防止原料