1、方必軍方必軍江蘇工業學院材料科學與工程學院江蘇工業學院材料科學與工程學院1、原料及其加工工藝、原料及其加工工藝區區 別別傳統陶瓷傳統陶瓷新型陶瓷新型陶瓷原材料原材料天然礦物原料天然礦物原料人工精制合成原料人工精制合成原料成成 型型可塑、注漿、擠壓可塑、注漿、擠壓干壓、等靜壓、擠壓、軋膜、流干壓、等靜壓、擠壓、軋膜、流延、熱壓鑄延、熱壓鑄燒燒 成成溫度在溫度在1350以下，燃以下，燃料以煤、油、氣為主料以煤、油、氣為主結構陶瓷燒結溫度很高結構陶瓷燒結溫度很高 （1600），功能陶瓷需精確控），功能陶瓷需精確控制溫度，燃料以電為主制溫度，燃料以電為主加加 工工一般不需加工一般不需加工切割、打孔、研

2、磨、拋光等切割、打孔、研磨、拋光等性性 能能以外觀效果為主以外觀效果為主側重力學性能側重力學性能以內在性能為主：耐磨、耐溫、以內在性能為主：耐磨、耐溫、耐腐蝕、高強度及各種敏感性耐腐蝕、高強度及各種敏感性用用 途途 日用、建筑、衛生裝飾日用、建筑、衛生裝飾和藝術品和藝術品 宇航、能源、冶金、化工、交通、宇航、能源、冶金、化工、交通、電子、家電等行業電子、家電等行業l氣相凝聚法制備超微納米粉體氣相凝聚法制備超微納米粉體l用微波加熱代替傳統燒結用微波加熱代替傳統燒結l陶瓷脆性的致命弱點將得到改變陶瓷脆性的致命弱點將得到改變l納米材料的應用納米材料的應用l智能陶瓷的開展智能陶瓷的開展l陶瓷的晶界工程

3、設計陶瓷的晶界工程設計l 研究晶界的作用研究晶界的作用-晶界組成對材料性能的影響；晶界組成對材料性能的影響；晶界設計晶界設計-設計晶界，獲得所要求的材料性能；制設計晶界，獲得所要求的材料性能；制備符合實用要求的電子陶瓷產品。備符合實用要求的電子陶瓷產品。 1、原料及其加工工藝、原料及其加工工藝l天然礦物原料：可塑性原料、脊性原料天然礦物原料：可塑性原料、脊性原料l化工原料化工原料l化學試劑分級化學試劑分級l工業純工業純IR Industrial Reagent 98.0% l化學純化學純CP Chemical Purity 99.0% l分析純分析純AR Analytical Reagent

4、99.5% l光譜純光譜純GR Guarateend Reagent 99.9% l電子級原料電子級原料 專用專用 1、原料及其加工工藝、原料及其加工工藝l原料的評價原料的評價l 化學成份、結構、顆粒度、形貌化學成份、結構、顆粒度、形貌l原料的選擇原料的選擇l保證產品性能的前提下，盡量選擇低純度原料保證產品性能的前提下，盡量選擇低純度原料l雜質對產品性能的影響要具體分析雜質對產品性能的影響要具體分析 l 利：克制影響產品性能的不利因素；降低燒結溫度、利：克制影響產品性能的不利因素；降低燒結溫度、促進燒結形成固溶體、低共熔物促進燒結形成固溶體、低共熔物l 害：雜相、晶格缺陷，影響產品性能害：雜相

5、、晶格缺陷，影響產品性能l 主晶相原料采用化學純、電子級粉料，摻雜原料采主晶相原料采用化學純、電子級粉料，摻雜原料采用光譜純粉料用光譜純粉料1、原料及其加工工藝、原料及其加工工藝l粉碎方法粉碎方法l 用機械裝置對原料進行撞擊、碾壓、磨擦，使用機械裝置對原料進行撞擊、碾壓、磨擦，使原料破碎、圓滑原料破碎、圓滑l粉碎原理粉碎原理l 能量轉換過程：機械能能量轉換過程：機械能外表能、缺陷能外表能、缺陷能l粉碎要求粉碎要求l效率高：短期內到達預定的細度；或者到達某一效率高：短期內到達預定的細度；或者到達某一細度所消耗的能量少、時間短細度所消耗的能量少、時間短l防止混入雜質：減少粉碎機械裝置的雜質引入防止

6、混入雜質：減少粉碎機械裝置的雜質引入 1、原料及其加工工藝、原料及其加工工藝l球磨工藝原理球磨工藝原理l l影響球磨效率的因素影響球磨效率的因素l轉速、球磨時間轉速、球磨時間l磨介填充率磨介填充率25-35%、磨介級配、磨介級配l料、球、溶劑的配比：料、球、溶劑的配比：1:1:0.6-1l筒體直徑、磨球與內襯的質料、磨球形狀筒體直徑、磨球與內襯的質料、磨球形狀1、原料及其加工工藝、原料及其加工工藝l助磨劑作用原理助磨劑作用原理l粉碎機械的粉碎粒度極限粉碎機械的粉碎粒度極限l 破碎后粉粒外表帶有電荷、偶極矩破碎后粉粒外表帶有電荷、偶極矩聚合；比聚合；比外表增大、活性增強、外表吸附力增大外表增大、

7、活性增強、外表吸附力增大聚合聚合l助磨劑屏蔽粉粒外表電荷的原理助磨劑屏蔽粉粒外表電荷的原理l 助磨劑：含極性官能團的有機液體助磨劑：含極性官能團的有機液體l 例：油酸例：油酸CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH，羧基具有明顯羧基具有明顯“極性，屏蔽負電荷，烷基朝極性，屏蔽負電荷，烷基朝外外削弱粉粒之間的相互作用力削弱粉粒之間的相互作用力l助磨劑的作用：分散作用、潤滑作用、劈裂作用助磨劑的作用：分散作用、潤滑作用、劈裂作用1、原料及其加工工藝、原料及其加工工藝l機械粉碎機械粉碎l 增加粉料外表和外表能；增加粉料晶格缺陷能增加粉料外表和外表能；增加粉料晶格缺陷能l低溫煅燒：含氧

8、酸、含氧酸鹽、堿低溫煅燒：含氧酸、含氧酸鹽、堿氧化物氧化物l影響煅燒產物活性的因素影響煅燒產物活性的因素l 粉料粒度、雜質、煅燒溫度、氣氛粉料粒度、雜質、煅燒溫度、氣氛l 活性粉料對空氣、水分的吸附活性粉料對空氣、水分的吸附l煅燒活化機理煅燒活化機理 l 煅燒分解：臨界溫度煅燒分解：臨界溫度l 假晶結構假晶結構l 生成微晶生成微晶1、原料及其加工工藝、原料及其加工工藝2、配料計算、配料計算陶瓷陶瓷原料原料原料純原料純度（度（A）摩爾摩爾質量質量（M）摩爾摩爾比（比（x）相對重相對重量量（W=xW）百分百分含量含量實際實際投量投量PLZTPb3O496%685.600.91/3207.9762.

9、89 6551La2O394%325.800.09/214.664.43471ZrO298%123.220.65 180.0924.22 2471TiO295%79.900.35 127.978.46891l粉料的性能粉料的性能l 高度活性、合成主晶相的微晶高度活性、合成主晶相的微晶l原料煅燒原料煅燒l 改變礦物結構、促進晶型轉變、改善工藝性能改變礦物結構、促進晶型轉變、改善工藝性能l熔塊合成熔塊合成l合成主晶相：減少燒結過程因為原料反響而造成的膨合成主晶相：減少燒結過程因為原料反響而造成的膨脹、收縮、氣孔脹、收縮、氣孔l完成多晶轉變：減少燒結過程因為晶型轉變產生的應完成多晶轉變：減少燒結過程

10、因為晶型轉變產生的應力力產品變形、開裂產品變形、開裂l促進原料混合均勻、反響徹底促進原料混合均勻、反響徹底3、粉料制備、粉料制備l固相反響固相反響l 配料、反響煅燒預燒溫度：配料、反響煅燒預燒溫度：TG-DTA；晶相鑒定；晶相鑒定；粉料性能粉料性能-最多數徑、中位徑、平均粒徑、標準偏差、偏最多數徑、中位徑、平均粒徑、標準偏差、偏度度l溶液法溶液法l 制備金屬鹽溶液、溶液反響、固液別離沉淀、沉制備金屬鹽溶液、溶液反響、固液別離沉淀、沉淀物枯燥、低溫煅燒淀物枯燥、低溫煅燒l溶膠溶膠-凝膠法：溶膠制備、凝膠形成、低溫煅燒凝膠法：溶膠制備、凝膠形成、低溫煅燒l氣相法氣相法l蒸氣冷凝法：加熱氣化、急速冷

11、卻蒸氣冷凝法：加熱氣化、急速冷卻l氣相反響法：熱分解；化學反響氣相反響法：熱分解；化學反響 3、粉料制備、粉料制備l塑化原因塑化原因 獲得可塑性獲得可塑性l塑化途徑塑化途徑 增塑劑：增塑劑：無機塑化劑、有機塑化劑無機塑化劑、有機塑化劑l有機塑化劑的組成有機塑化劑的組成l粘結劑：粘結劑：聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、羧甲基纖維素聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、羧甲基纖維素l增塑劑：增塑劑：甘油、乙二醇；鄰苯二甲酸二丁脂、癸二甘油、乙二醇；鄰苯二甲酸二丁脂、癸二酸二丁脂酸二丁脂l溶劑：溶劑：水、有機醇、環己酮水、有機醇、環己酮3、粉料制備、粉料制備l有機塑化劑的使用有機塑化劑的使用l防止復原作用防止復原作用l

12、有機粘合劑高溫下有可能產生強復原性物質，有機粘合劑高溫下有可能產生強復原性物質，對陶瓷原料產生復原作用對陶瓷原料產生復原作用l用量適當用量適當l 用量過多：粘模具壓制成型；用量過少：用量過多：粘模具壓制成型；用量過少：坯體開裂、分層壓制成型坯體開裂、分層壓制成型l 塑化劑用量：總質量的塑化劑用量：總質量的3%-10%l控制揮發溫度控制揮發溫度3、粉料制備、粉料制備l造粒：磨得很細的粉料，枯燥、加一定量的塑化劑造粒：磨得很細的粉料，枯燥、加一定量的塑化劑流動性好、較粗的顆粒流動性好、較粗的顆粒l造粒的原因造粒的原因l 細粉粒細粉粒相對較大、較粗、較圓的粗顆粒相對較大、較粗、較圓的粗顆粒增加流增加

13、流動性，有利于壓制成型動性，有利于壓制成型l造粒要求造粒要求 l粉體密度：愈大愈好，取決于塑化劑的性質和用量、粉體密度：愈大愈好，取決于塑化劑的性質和用量、造粒壓強、造粒次數造粒壓強、造粒次數l粉體形狀：球狀，流動性好、工藝簡單粉體形狀：球狀，流動性好、工藝簡單l粒度配合粒度配合3、粉料制備、粉料制備l造粒工藝造粒工藝 l手工造粒法手工造粒法l加壓造粒法加壓造粒法l凍結枯燥造粒法凍結枯燥造粒法l噴霧枯燥造粒法噴霧枯燥造粒法l實驗室加壓造粒手工造粒法流程：實驗室加壓造粒手工造粒法流程：l 粉料參加粘合劑混合均勻粉料參加粘合劑混合均勻過篩過篩在壓力機上在壓力機上用圓鋼模具壓實用圓鋼模具壓實破碎破碎

14、過篩過篩球形顆粒球形顆粒3、粉料制備、粉料制備4、成型、成型l壓制成型的坯體密度壓制成型的坯體密度l加壓方式的影響加壓方式的影響l成型壓力的影響成型壓力的影響l加壓速度、保壓時間加壓速度、保壓時間4、成型、成型4、成型、成型l流延法成型漿料制備流延法成型漿料制備l 細磨、煅燒的熟粉料細磨、煅燒的熟粉料參加溶劑抗凝聚劑、除泡參加溶劑抗凝聚劑、除泡劑、燒結促進劑、粘結劑、增塑劑、潤滑劑劑、燒結促進劑、粘結劑、增塑劑、潤滑劑濕法濕法混磨混磨真空除氣真空除氣穩定、流動性良好的漿料穩定、流動性良好的漿料4、成型、成型4、成型、成型4、成型、成型l熱壓鑄成型的粉料熱壓鑄成型的粉料l 熟料煅燒過的料熟料煅燒

15、過的料l 含水量小于含水量小于0.5%l熱壓鑄成型的粘結劑熱壓鑄成型的粘結劑l 石蠟：石蠟：50-55熔化、冷凝后體積收縮熔化、冷凝后體積收縮5%-7%l 添加少量外表活性劑硬脂酸、油酸、蜂添加少量外表活性劑硬脂酸、油酸、蜂蠟蠟，增加鑄漿的流動性，增加鑄漿的流動性4、成型、成型l鑄漿的配制鑄漿的配制l鑄漿的配比：粉料含鑄漿的配比：粉料含0.4-0.8%的油酸的油酸87.5-86.5%，石蠟含外表活性劑，石蠟含外表活性劑12.5-13.5%l鑄漿配制工藝鑄漿配制工藝l 蠟餅制備：加熱石蠟至蠟餅制備：加熱石蠟至70-90、使之熔化，把、使之熔化，把已加熱的粉料倒入石蠟液中，邊加熱、邊攪拌已加熱的粉

16、料倒入石蠟液中，邊加熱、邊攪拌l 將蠟餅放入和蠟機中：快速和蠟機，將蠟餅放入和蠟機中：快速和蠟機，100-110、轉筒速度轉筒速度40r/min，熔化蠟餅；慢速和蠟機，熔化蠟餅；慢速和蠟機，60-70、攪拌速度、攪拌速度30r/min，排除氣泡，排除氣泡4、成型、成型4、成型、成型l鑄漿性能的影響因素鑄漿性能的影響因素l鑄漿的粘度、流動性鑄漿的粘度、流動性l 粘結劑含量大、鑄漿粘度小、流動性好，成型粘結劑含量大、鑄漿粘度小、流動性好，成型性能好；收縮率、氣孔率增加性能好；收縮率、氣孔率增加l 參加外表活性劑，提高鑄漿的流動性參加外表活性劑，提高鑄漿的流動性l鑄漿的可鑄性鑄漿的可鑄性l 粘度小、

17、流動性好、成型壓力大，可鑄性好粘度小、流動性好、成型壓力大，可鑄性好l鑄漿的穩定性鑄漿的穩定性l 粉料粒度大、粗顆粒多、密度大，鑄漿穩定性粉料粒度大、粗顆粒多、密度大，鑄漿穩定性差差4、成型、成型l熱壓鑄成型工藝熱壓鑄成型工藝l鑄漿溫度鑄漿溫度65-90l模具溫度模具溫度0-20l加壓速度、壓力持續時間加壓速度、壓力持續時間l熱壓鑄坯體的排膠工藝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，熱壓鑄成型坯體埋入疏松、惰性的吸附劑之中，在高溫下進行脫蠟在高溫下進行脫蠟4、成型、成型4、成型、成型5、燒成、燒成l燒結推動力：物系自由能的降低燒結推動力：物系自由能的降低l外表能、界面

18、能的降低外表能、界面能的降低l位錯、結構缺陷、彈性應力的減少或消失位錯、結構缺陷、彈性應力的減少或消失l外來雜質的排除外來雜質的排除l 高溫下物系自由能差降低、傳質勢壘較小、晶粒質高溫下物系自由能差降低、傳質勢壘較小、晶粒質點平均熱動能較大，點平均熱動能較大，P-外表自由能成為物質傳遞的外表自由能成為物質傳遞的主要推動力。主要推動力。5、燒結、燒結1211dWPdVdAPrr G. C. Kuczynski等徑球體模型等徑球體模型球體頸部曲率半徑球體頸部曲率半徑、頸部體積、頸部體積V、頸部外表積、頸部外表積A、顆粒、顆粒半徑半徑r、接觸頸部半徑、接觸頸部半徑x5、燒結、燒結5、燒結、燒結傳質方

19、式傳質方式蒸發蒸發-凝聚凝聚擴散擴散流動流動溶解溶解-沉淀沉淀原因原因壓力差壓力差 P空位濃度差空位濃度差 C應力應力-應變應變溶解度溶解度 C條件條件 P 1-10 Par n0/Nr f可觀的液相量可觀的液相量固相在液相中溶解度大固相在液相中溶解度大固固-液潤濕液潤濕特點特點凸面蒸發，凹面凸面蒸發，凹面凝聚凝聚 L/L = 0空位與結構基元相空位與結構基元相對擴散對擴散中心距縮短中心距縮短流動同時引起顆粒重排流動同時引起顆粒重排 L/L t 致密化速率最致密化速率最高高接觸點溶解到平面上沉積，接觸點溶解到平面上沉積，小顆粒溶解到大顆粒沉積小顆粒溶解到大顆粒沉積傳質同時又是晶粒生長過程傳質同

20、時又是晶粒生長過程公式公式x/r = Kr-2/3t1/3x/r = Kr-3/5t1/5 L/L = Kr-6/5t2/5 L/L = 3/2 / r td /dt = K(1- )/rx/r = Kr-2/3t1/6 L/L = Kr-4/3t1/3工藝控制工藝控制溫度（蒸氣壓）溫度（蒸氣壓）粒度粒度溫度（擴散系數）溫度（擴散系數）粒度粒度粘度粘度粒度粒度粒度粒度溫度（溶解度）溫度（溶解度）粘度粘度液相數量液相數量l升溫階段升溫階段 升溫速率、裝爐方式、粉料掩埋升溫速率、裝爐方式、粉料掩埋 特殊升溫方式特殊升溫方式l保溫階段保溫階段l最高燒結溫度：最高燒結溫度：0.95TS-1.05TSl

21、保溫時間：保溫時間：l降溫階段降溫階段l冷卻速度冷卻速度l冷卻方式：保溫緩冷、隨爐冷卻、淬火急冷冷卻方式：保溫緩冷、隨爐冷卻、淬火急冷5、燒結、燒結0expSttb Tl熱鍛熱鍛l無側向壓力，坯體橫向自由變形無側向壓力，坯體橫向自由變形l加上負荷，坯體軸向以加上負荷，坯體軸向以10-2-10-4/min速率減小，至所速率減小，至所需厚度需厚度l卸壓降溫卸壓降溫l -Al2O3、含鉍層狀鐵電體、鐵氧體、含鉍層狀鐵電體、鐵氧體l熱拉和熱軋熱拉和熱軋l陶瓷坯體具有極好的高溫可塑性；拉模、軋輥具有良陶瓷坯體具有極好的高溫可塑性；拉模、軋輥具有良好的耐熱性、外表光滑性、機械強度好的耐熱性、外表光滑性、機

22、械強度l產品添加少量玻璃或金屬作為增塑劑產品添加少量玻璃或金屬作為增塑劑6、陶瓷材料的熱加工、陶瓷材料的熱加工l急冷淬火：油冷、風冷急冷淬火：油冷、風冷l保存高溫相組成，防止緩冷過程中的分凝、析晶、保存高溫相組成，防止緩冷過程中的分凝、析晶、相變相變l產生外表壓應力，提高坯體的拉伸強度產生外表壓應力，提高坯體的拉伸強度l 獨石電容器獨石電容器l緩冷退火緩冷退火l促使晶粒長大、分凝、析晶、相變促使晶粒長大、分凝、析晶、相變l 微波陶瓷、晶界層電容器微波陶瓷、晶界層電容器l消除外表、內部應力，使相平衡過程充分進行消除外表、內部應力，使相平衡過程充分進行6、陶瓷材料的熱加工、陶瓷材料的熱加工l機床：

23、機床：專用超精度加工機床專用超精度加工機床 高精度、高生產率、高可靠性、高重復性高精度、高生產率、高可靠性、高重復性l刀具刀具 金剛石刀具金剛石刀具l硬度、剛度大、壽命長，加工穩定、精密硬度、剛度大、壽命長，加工穩定、精密l金剛石刀口可以磨成數納米，切削量小于亞微金剛石刀口可以磨成數納米，切削量小于亞微米級米級l切削點能保持較低的溫度切削點能保持較低的溫度7、陶瓷材料的冷加工、陶瓷材料的冷加工l瓷介電容器電極漿料要求瓷介電容器電極漿料要求l漿料中銀含量大于漿料中銀含量大于65%l燒滲溫度適宜燒滲溫度適宜l粘度適宜粘度適宜l存放時間和使用壽命長存放時間和使用壽命長l銀漿組成銀漿組成l銀及其化合物銀及其化合物l助熔劑：助熔劑：Bi2O3、PbB4O7；各種熔塊；各種熔塊l粘合劑：懸浮能力、粘結性、揮發性粘合劑：懸浮能力、粘結性、揮發性8、陶瓷材料的外表金屬化、陶瓷材料的外表金屬化l銀粉的制備銀粉