特種陶瓷課件.ppt

,特種陶瓷,1、傳統(tǒng)陶瓷與特種陶瓷特種陶瓷：采用高度精選的原料，具有能精確控制的化學組成，按照便于控制的制造技術加工的，便于進行結構設計的，具有優(yōu)異特性的陶瓷。,緒論,2、特種陶瓷現(xiàn)狀多品種、小批量；配角3、特種陶瓷發(fā)展方向緊密圍繞國民經(jīng)濟發(fā)展的需求，例：電子信息、能源、環(huán)保、汽車等行業(yè)；積極尋找特種陶瓷的“藍?！?，如：軍工、電力；尋找與人相關的產(chǎn)品；結構功能一體化：陶瓷牙，紅外陶瓷等。,醫(yī)用刀具,內(nèi)襯管道,耐磨片,廚房刀具,4.特種陶瓷性能化學鍵：以離子鍵及共價鍵為主；顯微結構：多數(shù)包括晶體、玻璃相、氣孔（無）；化學組成：氧化物、非氧化物、金屬陶瓷、纖維（金屬纖維或無機非金屬纖維）增強陶瓷；性能：高強度、高硬度、耐腐蝕、導電、絕緣、磁性、生物相容性等；,5、研究內(nèi)容,探求材料的組成、結構與性能之間的關系。首先是材料結構，包括原子結構、原子間的結合狀態(tài)、鍵型或電子結構，還有晶體結構類型、相的體系以及它們的結合關系；其次是材料尺寸因素、種類缺陷存在狀態(tài)及分布；第三是粉體特性、材料中的晶界對陶瓷性能的影響。,6、研究任務,1、研究現(xiàn)有材料性能及改變它的途徑；2、發(fā)掘材料新性能；3、探索和發(fā)展新材料；4、研究制備材料的最佳工藝；5、對燒后制品進行冷加工技術。,7、研究趨向與展望,研究趨向：從單一的力學、熱學、電學、磁學、光學等向復合功能的發(fā)展；制備過程中多種材料組成、形式的復合化，以改善陶瓷材料的脆性；基礎科學的研究。展望：特種陶瓷材料的產(chǎn)業(yè)化thehonourof“china”,第一章特種陶瓷粉體的制備及其性能表征,制備工藝過程顯微結構特殊性能制備工藝過程：粉體制備、成型、燒結。粉體制備是基礎。如：粉體的流動性、團聚狀況、顆粒度坯體的質(zhì)地、致密度、是否有缺陷陶瓷件的顯微結構均勻性、致密度、內(nèi)部有無缺陷、外表是否平整。,1.1特種陶瓷粉體應有的特性,1、化學組成精確：它決定了產(chǎn)品晶相和性能；2、化學組成均勻性好：化學組成分布不均勻?qū)е庐a(chǎn)品局部化學組成偏離，進而產(chǎn)生局部晶相的偏析和顯微結構的差異或異常；,3、純度高：粉體的雜質(zhì)含量要低，制備過程中盡量避免有害雜質(zhì)的引入；4、適當小的顆粒尺寸：可降低燒結溫度，而且還可展寬燒結溫度范圍，一般在0.51m，粒度過于小時，表面活性劇增，易吸附過多的空氣和有害物質(zhì)，并且易產(chǎn)生團聚；,5、球狀顆粒且尺寸均勻單一：球狀顆粒的流動性好、顆粒填充性好、氣孔分布均勻，從而在成型與燒結致密化過程中，可對晶粒的生長和氣孔的排除進行有效的控制；尺寸均勻單一可減小粉體的燒結活性差異，以獲得顯微結構均勻、性能優(yōu)良、一致性好的產(chǎn)品；6、分散性好，無團聚：軟團聚與硬團聚之分，影響產(chǎn)品的致密性。,近年來超細陶瓷粉的制備受到特別的重視。所謂超細粉(ultra-finePowder)通常是指平均粒度為0.010.1m的粉末。粒度更細的粉末，如粒度為幾個納米(nm)，其表面原子數(shù)占總原子數(shù)40%以上，文獻中又稱之為原子簇(cluster)。物質(zhì)根據(jù)其聚集狀態(tài)的不同可分為穩(wěn)定狀態(tài)、不穩(wěn)定狀態(tài)和介穩(wěn)狀態(tài)。通常，塊狀物質(zhì)是穩(wěn)定的，粒度在2nm左右的顆粒是不穩(wěn)定的。后者在高倍電鏡下觀察，其結構處于不停的變化之中，很難攝取不變的顯微結構。處于穩(wěn)定和不穩(wěn)定兩種情況之間，即粒度大于3nm到微米級之間的粉末粒子都處于介穩(wěn)狀態(tài)。出現(xiàn)介穩(wěn)狀態(tài)的原因是顆粒的表面原子數(shù)占顆粒原子總數(shù)的比例較大，而且這個比例隨粉末粒度的減小而增大。,由于粉末表面能的增加使粉末性質(zhì)發(fā)生一系列變化，這一效應常稱為超細粉末的“表面效應”。(1)熔點下降。式中:T為塊狀物質(zhì)熔點(T)與超細粒子熔點之差；為固液界面的表面張力；為密度；L為塊狀物質(zhì)的熔化熱；D為粒子直徑。例：,(1),(2)蒸汽壓上升。其中：P、P分別表示超細粒子和塊狀物質(zhì)的蒸汽壓，M-摩爾質(zhì)量，R-氣體常數(shù)，Tc-絕對溫度。例：Ag的熔點961，沸點2163，但粒徑8nm的Ag粉在757加熱10分鐘后消失。,（2）,(3)超細粉燒結活性高,抗氧化穩(wěn)定性極差、易燃燒。由于熔點下降、蒸汽壓上升，因此用超細粉制備制件時，將會產(chǎn)生明顯的燒結活性，燒結溫度降低。例：粒徑20nm的Ag粉可以在6080進行燒結。,由于超細粉末單個粒子體積小，原子數(shù)少，所以其性質(zhì)與含“無限”多個原子的塊狀物質(zhì)不同。這種效應稱“體積效應”。顆粒越小,顆粒之間的靜電引力、范德華力等弱相互作用越大，所以晶格收縮、晶格常數(shù)變小。一般固體的熱振動僅限于晶格振動，固體本身是不運動的。但超細粉末除晶格振動外，還必須考慮顆粒的振動。超細金屬顆粒比導電體中電子自由行程還小，顆粒內(nèi)所含電子數(shù)有限，其能級間距不再趨于零，而是一個有限值，所以粒度小于10nm的超細金屬粉在真空中是電中性的。,超細粉末的體積比強磁物質(zhì)的磁疇還小。這種粒子即使不磁化也是一個永久磁體。它的磁化過程完全是由旋轉磁化完成的。因此，超細粉具有大的矯頑力。高矯頑力的粉末是制造高密度記錄磁帶的優(yōu)良原料。此外，超細粉還具有較高的臨界超導溫度Tc，良好的化學反應性、催化性能、吸附性能等。,1.2特種陶瓷粉體的性能及表征粉體：是大量微細固體粒子的集合系，它表示物質(zhì)的一種存在狀態(tài)。粉體是氣、液、固三態(tài)之外的第四相。它具有固體的很多屬性，且有一定的流動性和變形能力。,1.2.1顆粒粉體顆粒：是指在物質(zhì)的本質(zhì)結構不發(fā)生改變的情況下，分散或細化而得到的固態(tài)基本顆粒。這種基本顆粒一般是指沒有堆積、絮聯(lián)等結構的最小單元，即一次顆粒。顆粒團聚程度可以用團聚系數(shù)AF(50)表示:AF(50)=中等尺寸團聚體的直徑/顆粒的平均當量直徑式中，中等尺寸團聚體的直徑即在粒度分析中50%累計質(zhì)量的直徑。分析上式可知，團聚系數(shù)越大，表示粉體的團聚現(xiàn)象越嚴重。一般情況下，未經(jīng)特殊處理的超細粉末在水中的團聚系數(shù)的值在30左右。,顆粒之間自發(fā)團聚的原因：1、分子間的范德華引力；2、顆粒間的靜電引力；3、吸附水分的毛細管力；4、顆粒間的磁引力；5、顆粒表面不平滑引起的機械糾纏力。研究者把團聚分為軟團聚和硬團聚兩種，這種分類方法是基于對研磨過程觀察和測試得到的，其觀點認為：軟團聚主要是靜電力和范德華力作用形成的，因而通過化學作用和施加機械力即可分散；而硬團聚形成的原因除了靜電力和范德華力之外，還存在化學鍵作用，因此硬團聚體不易破壞。,制備過程和物質(zhì)本身性質(zhì)對顆粒分散性的作用:制備過程:例如對于二氧化鈦，采用不同的制備體系，如水溶膠體系和有機制備體系，獲得的納米二氧化鈦分散性就不同，水溶膠體系一般制得的納米二氧化鈦，隨著制備條件不同，而表現(xiàn)出不穩(wěn)定，分散性隨制備條件而變化，會出現(xiàn)硬團聚現(xiàn)象；而采用有機體系制備的納米二氧化鈦分散性較好，有較好的穩(wěn)定性，加水二次烘干，也不會發(fā)生硬團聚問題。物質(zhì)本身性質(zhì):比如碳酸鈣，在未烘干的濕態(tài)下用電鏡觀察，其顆粒粒徑為10-50nm，但是烘干后，顆粒發(fā)生硬團聚，顆粒粒徑為1-50微米；而SiC高溫氣相沉積形成的SiC納米顆粒15nm左右，即使與水混合，烘干后也不發(fā)生硬團聚。因此，似乎不可以用統(tǒng)一模式來解釋不同物質(zhì)的納米顆粒在硬團聚問題上的原因。,機理解釋角度：每一個顆粒組成和晶型是否一致?納米粉體每一個顆粒應當化學組成一致。此時納米顆粒分散性好，即使所謂的軟團聚形成大顆粒，與其他顆粒組成也一致。故：一般雜質(zhì)較多的納米顆粒分散性差。一次顆粒的微觀分子結構應當一致。例如：二氧化鈦納米顆粒，從微觀角度看，其表面是不平的，相對于顆粒幾何中心點，如果其每一個納米顆粒最外端都是氧原子組成，那么兩個同樣微觀結構的納米顆粒，由于分子斥力，它的分散性肯定較好，或者納米顆粒外圍層原子均是鈦原子，它的分散性也肯定較好，即使發(fā)生團聚，也是不穩(wěn)定的，即所謂的軟團聚。如果納米顆粒中存在既有氧原子組成最外層的，又有外圍層原子是鈦原子的，發(fā)生團聚應當是必然的，而且是難以分開的硬團聚。粉體要獲得良好分散性，必須先獲得均勻微觀結構。,1.2.2粉體顆粒的粒度,粉體的粒度：凡構成某種粉體的顆粒群，其顆粒的平均大小即為該粉體的粒度。顆粒形狀的不規(guī)則，如：條狀、多邊形狀、片狀等，因此，表示顆粒平均大小的方法有多種：,等體積球相當徑：無論從幾何還是從物理學的角度來看，球是最容易處理的，因此，往往以球為基礎，把顆粒看作相當?shù)那?，與顆粒同體積的球的直徑稱為等體積球相當徑，其大?。?=,2、等面積球相當徑：與顆粒等表面積的球的直徑稱為等表面積球相當徑，其大小對表面積的測定一般通過流體透過法或吸附法間接得到，流體透過多孔體的運動在層流條件下服從達西公式；氬氣、液體吸附法是當吸附與脫附平衡后，服從朗格繆爾方程。,流體的透過系數(shù)可由達西定律進行計算：,可以看出，通過試樣的流體流量與壓力差成正比。因此，我們測定流體的壓力，計算其壓力差，就可以定性的認識多孔材料的透過性能。,朗格繆爾吸附理論作如下假定：吸附劑表面性質(zhì)是均一，化學吸附過程僅在表面單分子層進行；被吸附分子之間無作用力，相互不受影響；氣體分子在吸附劑表面上的吸附與脫附在一定條件下已處于動態(tài)平衡。據(jù)此，可推導出朗格繆爾等溫式：式中被吸附分子覆蓋的固體表面積與固體總面積之比；G，Gm氣相平衡分壓p下及單分子層覆蓋滿(1)時的吸附量；k吸附平衡常數(shù)；p吸附質(zhì)氣相平衡分壓。上式可見，當氣相分壓p很低時，kp1，則GGmkp，G與p成正比；當氣相分壓p很高時，kp1，則GGm，此時G與p無關，吸附達到飽和。,3、等沉降速度球相當徑：也稱為斯托克斯徑，它是以在流體中與實際顆粒以相等沉降速度下降的球的直徑來表示實際顆粒的粒度的。斯托克斯定律：其中，V-斯托克斯沉降速度；D-斯托克斯徑；流體介質(zhì)的粘度；s、f分別是顆粒及流體的密度。,4、馬丁徑：沿一定方向把顆粒的投影面積二等分線的長度。該等分線可以在任何方向畫出，只要對所有顆粒來說，保持同一方向；5、費萊特徑：顆粒影象的二對邊切線（相互平行）之間的距離。只要選定一個方向后，任意顆粒影象的切線都必須與該方向平行；6、投影面積徑：與顆粒影象有相同面積的圓的直徑。其中，只有顯微鏡法，可以有目的地將一次顆粒徑與團聚顆粒徑分開。,1.2.3粉體顆粒的粒度分布實際粉體所含顆粒的粒度大都有一個分布范圍，是多分散體系，采用粒度分布來表征該體系中顆粒大小不均一程度。,(1)頻度分布：頻度分布直方圖和頻度分布曲線；橫坐標表示各粒級的起迄粒度，縱坐標表示該粒級的顆粒所占百分數(shù)，即直方圖中所對應矩形面積占所有矩形總面積的百分數(shù)；頻度分布曲線是任意粒度間隔內(nèi)顆粒的百分數(shù)等于曲線下方該間隔內(nèi)的面積占曲線下方總面積的百分數(shù)。曲線上最高點的最多數(shù)徑或最可幾徑、眾數(shù)直徑Dm，對應于累積百分數(shù)為50%的中位徑D1/2，以及平均徑D。(2)累積分布：橫坐標表示顆粒徑，縱坐標表示在某粒徑以下的顆粒占總顆粒的個數(shù)或質(zhì)量百分比。,1.2.5粉體顆粒的形態(tài)及其表征顆粒形態(tài)對粉體系統(tǒng)的性質(zhì)，如：流動性、自然堆積密度、安息角、比表面以及成形體密度、燒結體性質(zhì)等有直接的影響。應用中常使用形狀因子來表征顆粒的形狀相對于標準形狀的偏離。,1、Wadell（沃德爾）球形度：=相同體積球的表面積/實際顆粒的表面積，一般1；若=1則該顆粒為球形。2、長短度和扁平度：一個粒子可以取其短徑b，長徑l以及厚度t三個尺寸。長短度=l/b；扁平度=b/t。3、動力形狀因子K：K=Dd/Dv，其中，Dd-顆粒在介質(zhì)中的沉降阻力相當徑；Dv-等體積球徑，即K的意義就是顆粒在介質(zhì)中層流區(qū)運動時的阻力與同體積的球以相同速度運動時的阻力之比。,1.2.4粉體的填充粉體的性能與塊狀物質(zhì)有很大的差異，主要原因就是二者的表面狀態(tài)存在很多不同，隨著顆粒的不斷細化，逐漸由吸附凝聚態(tài)到出現(xiàn)量子化效應（量子化是微觀世界中一個普遍的現(xiàn)象，它敘述微觀世界的物質(zhì)所可以具備的能量或是其它的參數(shù)不會是任何一個值，而是量化的，也就是不連續(xù)的。,1、粉體顆粒的表面能和表面狀態(tài)粉體顆粒表面能：粉體顆粒表面原子由于只有一側受到內(nèi)部原子的引力，另一側處于一種具有過剩能量的狀態(tài)，該過剩能量就稱為粉體顆粒的表面能。,2、粉體顆粒的吸附與凝聚把存在于異種固體表面的引力稱為附著力；把存在于同種固體表面間的引力稱為凝聚力。一個顆粒依附于其它物質(zhì)表面上的現(xiàn)象稱之為附著；顆粒間在各種引力作用下的團聚稱為凝聚。,顆粒附著凝聚機制：當顆粒間無夾雜物時主要有范德華力、靜電力、磁力、機械糾纏力；當顆粒間有夾雜物時主要有液膜架橋、粘結物質(zhì)、固結物的作用。范德華力它是一種電矩間的耦合作用，并不產(chǎn)生電子轉移，是一種吸引力，分三種類型：非極性分子間的色散力；極性分子與非極性分子間的誘導力；極性分子間的取向力。,靜電力當粒徑為DP的兩個球形顆粒分別帶有相反電荷Q1、Q2時，兩者若發(fā)生附著，則附著力FE是顆粒間距a的函數(shù)，當DPa時，液膜附著力大氣中的水分會吸附、凝結在顆粒表面上，凡具有親水性表面的顆粒，通常被幾個分子層厚的水膜所覆蓋。濕度越大，水膜越厚，當水分多到可以把顆粒接觸點視為液態(tài)時，此時水膜產(chǎn)生的附著力為顆粒間隙內(nèi)水膜的毛細管負壓力和表面張力之和。其它表面作用機構還有粘結、燒結、固化結合等，這些對于造粒、保形、固形等都具有重要意義。此外，還有因形狀而產(chǎn)生的機械糾纏力以及磁場影響所產(chǎn)生的磁力，它們也會引起顆粒間的相互纏結及集聚。,3、粉體的填充特性粉體的填充特性及其填充體的集合組織是特種陶瓷粉末成型的基礎。粉體的結構起因于顆粒的大小、形狀、表面性質(zhì)等，這些因素決定粉體的凝聚性、流動性、填充性等，這些特性又會影響生坯的結構，而且在很大程度上決定燒結體的顯微結構。,粉體顆粒的填充方式：1、等大球的致密填充在球的填充中，最基本的致密排列立方最緊密堆積和六方最緊密堆積，兩種堆積方式的致密度都為74.05%。2、等大球的不規(guī)則填充實際的粉體顆粒填充中，可能獲得的最密填充致密度為63.7%，稱不規(guī)則填充。實際上的球體顆粒，有人做過實驗，無論怎樣連續(xù)振動等大球的填充物，致密度還是小于63.1%；而不振動的自然填充，其致密度總是小于60%。,3、不等大球(異直徑球)的致密填充不等大球的致密填充可以看成較大的球體呈等大球緊密填充后，較小的球則按其本身的大小，填充在八面體或四面體空隙中形成的緊密填充。這種填充方式可以得到更小的空隙率及更大的致密度。4、加壓壓密填充實際的粉體間不僅存在重力，而且還存在顆粒間的相互作用力、粘附力等，而壓力的加入可以減少以上力的作用，使粉體密度增大。,影響粉體的密實因素：1、顆粒大小的影響當顆粒的粒徑較小時，顆粒間接觸處的凝聚力較大，阻礙粉體的密堆積，但當粒徑超過臨界粒徑后，粒子自重力增大，顆粒凝聚力的影響可以忽略不計，此時粒徑對填充率的影響較小。2、顆粒形狀影響在填充中，若顆粒的形狀逐漸偏離球狀，直至板狀、棒狀等不規(guī)則形狀，填充結構將越來越疏松。但是不規(guī)則形狀的顆粒在陶瓷中能改善基體的連接狀況，因此，在陶瓷增強、增韌方面往往會人為制造或加入針、棒狀晶體。3、凝聚的影響由于吸附水分導致顆粒間的凝聚力加強，妨礙填充過程中顆粒的運動，致密填充困難；另一方面顆粒通過凝聚力形成凝聚顆粒，即二次顆粒，形狀不規(guī)則，且顆粒內(nèi)部空隙率大，因此得不到密填充。,1.2.5化學成分1.2.6顆粒晶態(tài),第三節(jié)特種陶瓷粉體的制備,粉體的制備總體可分為物理方法和化學方法；也有人分為粉碎法和合成法。即：粉碎法是將大塊固體分裂成納米微粒；合成法是由單個基本微粒聚集形成顆粒，并控制顆粒的生長，使其維持在納米尺寸。,粉碎法：是由粗顆粒來獲得細粉的方法，通常采用機械粉碎，現(xiàn)在發(fā)展到采用氣流粉碎；(純機械力)缺點：粉碎過程中容易混入雜質(zhì)；不易制得粒徑較小的微細顆粒。,例：用膠體磨磨WS2：原料為片狀，最大粒徑為1000nm，最小粒徑為300nm，統(tǒng)計得平均粒徑約為600nm。最后獲得最大粒徑為90nm，最小粒徑為20nm，平均粒徑約為60nm。,圖1WS2原料的SEM照片,圖2納米WS2的TEM照片,圖3膠體磨粉碎部分結構1-壓板；2-冷卻水出口；3-冷卻水出口；4-傳動板；5-手柄；6-滾花螺釘；7-調(diào)節(jié)螺母；8-定位圈；9-靜磨片；1O-動磨片,工作時，加上基礎油和分散劑的混合物進入陰、陽錐面，由動磨片繞錐面軸線高速旋轉產(chǎn)生離心力將混合物由動磨片的齒槽甩入靜磨片齒槽，并在靜磨片齒槽內(nèi)產(chǎn)生局部沖擊回流，使靜磨片齒槽內(nèi)的部分混合物竄入動磨片齒槽，如此反復，使其受到強大的剪切力、摩擦力和高頻振動力作用。,WS2晶體是由SWS三個平面層組成的單元層。在單元層內(nèi)部每個鎢原子被三菱形分布的硫原子包圍,靠強共價鍵聯(lián)系在一起，晶體中原子形成了正六邊形晶系，組成網(wǎng)狀平面結構，網(wǎng)平面再進行重疊，成為“三明治”式的層狀結構，如圖4所示。從實驗中測出其層間距離為0.615nm，與石墨晶胞的C軸長度(0.67)相近。每層間以范德華力連接，因此層間的鍵力很弱，原子鍵容易受力切斷，故而適合機械力對其進行粉碎。,圖4WS2的晶體結構,其它物理方法1.1物理粉碎法(1)低溫粉碎法。對于某些脆性材料，如TiC、SiC、ZrB等可以在液氮溫度下(-196)粉碎，制備納米微粒。(2)超聲波粉碎法。對于脆性金屬化合物，如MoSi2、W、ZrC、TiC、(Ti，Zr)B4等可用此法制備。例如：可將40um的細粉裝入盛有酒精的不銹鋼容器內(nèi)，使容器內(nèi)壓力保持在450kPa(氣氛為氮氣)，以頻率為19.420kHz、25kW的超聲波進行粉碎。,(3)爆炸法。將金屬或化合物與火藥混在一起，放入容器內(nèi)，經(jīng)過高壓電火花使之爆炸，在瞬間高溫下形成微粒。報道：已制備出50500nm的Cu、Mo、Ti、金剛石等納米微粒。(4)機械球磨法。機械球磨法于1988年由日本京都大學的Shingn等人首先報道，并用此法制備出納米Al-Fe合金。采用球磨法，控制適當條件，可以得到純元素、合金或復合材料的納米微粒。,1.2物理蒸發(fā)凝聚法(1)真空蒸發(fā)凝聚法用電弧高頻或等離子體等加熱原料，使之氣化或形成等離子體，然后驟冷，凝結成納米微粒。粒徑可通過改變通入惰性氣體的種類、壓力、蒸發(fā)速率等加以控制，粒徑可達1100nm。例如：將待蒸發(fā)的材料放入容器中的坩鍋內(nèi)，先抽到1O-4Pa或更高的真空度，然后注入少量的惰性氣體或N2、NH3、CH4等載氣。此時加熱，使原料蒸發(fā)成蒸氣而凝聚在溫度較低的鐘罩壁上，形成納米微粒。,(2)等離子體蒸發(fā)凝聚法把一種或多種固體顆粒注入惰性氣體的等離子體中，使之通過等離子體之間時完全蒸發(fā)，通過驟冷裝置使蒸氣凝聚制得納米微粒。通常用于制備含有高熔點金屬合金的納米微粒，如FeAl、NbSi等。此法常以等離子體作為連續(xù)反應器制備納米微粒。,綜上:物理方法通常采用光、電等技術使材料在真空或惰性氣氛中蒸發(fā)，然后使原子或分子形成納米顆粒;它還包括球磨、噴霧等以力學過程為主的制備技術。物理法特點：操作簡單，成本低，但產(chǎn)品純度不高，顆粒分布不均勻，形狀難以控制。,合成法：由離子、原子、分子通過反應、成核和成長、收集、后處理來獲得微細顆粒的方法；特點：純度、粒度可控，均勻性好，顆粒微細，可以實現(xiàn)顆粒在分子級水平上的復合、均化；合成方法：固相法、溶液法、溶膠-凝膠法、水熱法、醇鹽水解法和氣相法等。,一、固相法流程：固相原料配料混合合成粉碎粉體1、原料的準備傳統(tǒng)固相法：起始原料多為天然礦物，如：粘土、方解石、菱鎂礦等；氧化物陶瓷：采用工業(yè)氧化物原料；現(xiàn)代功能陶瓷：采用化學試劑為固相原料。,2、配料及混合固相原料按比例稱重后，充分混合均勻，各原料之間處于充分接觸的狀態(tài)，以利于混合物在一定的溫度下，各組分之間的化學反應進行得比較充分和完全?；旌戏N類：干混和濕混。干混的效果較濕混差，但它不需要烘干或脫水，濕混脫水過程中由于原料間比重的差異易于造成原料部分的分離與分層，破壞了原來混合的效果。,3、原料的合成在固相反應中，原料在一定溫度條件下才能生成所需的具有一定組成和結構的陶瓷粉末。固相反應包含許多內(nèi)容：化合反應、分解反應、固溶反應、氧化還原反應、出溶反應及相變等。在上述反應過程中，為了使合成進行得足夠充分，可采用壓塊合成和粉末合成兩種方法。壓塊合成：各原料之間接觸得比較緊密，有利于各組分的相互擴散和固相反應，因而合成可以在較低的溫度下即可達到較充分的程度。,4、細化過程經(jīng)合成后獲得所需物料后，需要經(jīng)過細化，才能成為制備陶瓷產(chǎn)品所需的粉體。在固相法中，細化均采用機械方法。固相法特點：設備和工藝簡單、便于工業(yè)化生產(chǎn)，是最主要的現(xiàn)代陶瓷粉體制備方法；缺點：在細化過程中，容易造成一些有害雜質(zhì)的引入；其次，機械手段的混合和細化，均無法使組分的分布達到微觀的均勻。,二、溶液法溶液法也稱濕化學法或液相法，是從均相的溶液出發(fā)，將相關組分的溶液按所需的比例進行充分的混和，再將溶質(zhì)與溶劑分離，得到所需組成的前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體經(jīng)過一定的分解合成處理，即成特種陶瓷粉體?；玖鞒蹋喝芤褐苽淙芤夯旌兔撍膀?qū)體分解合成粉體。,1、溶劑蒸發(fā)法：通過溶劑的蒸發(fā)而將溶質(zhì)與其分離的一種方法，主要有直接蒸發(fā)、噴霧干燥和冷凍干燥等。2、溶質(zhì)沉淀法：分為共沉淀法和溶劑脫水共沉淀法。共沉淀法：在混合溶液中引入適當?shù)某恋韯?，使各組分的溶質(zhì)同時沉淀下來。特點：由于各組分間的沉淀速度和沉淀的完全程度也各不相同，會導致組成的偏離和化學均勻性的部分喪失；制備的粉體化學計量精確、粒度分布窄、表面活性高且燒結性能良好。,溶劑脫水共沉淀法：將混合溶液噴入大大過量的第二種溶劑中，這種溶劑與水高度相溶，水因而被第二種溶劑所吸收，但溶質(zhì)卻不溶于第二種溶劑，由于失水而過飽和，從而沉淀出來。特點：制備的粉料粒徑小、化學均勻性好、純度高、燒結活性高。,三、化學氣相沉淀法化學氣相沉淀法（氣相化學反應法）利用揮發(fā)性金屬化合物蒸氣的化學反應來合成所需物質(zhì)。氣相中的粒子成核及生長的空間大，制得的產(chǎn)物微粒細小，形貌均一，具有良好的分散性；在封閉容器中進行制備，保證了粒子具有更高的純度，有利于合成高熔點無機化合物微粒。除制備氧化物外，改變介質(zhì)氣體，還可適用于直接合成有困難的金屬、氮化物、碳化物、硼化物等非氧化物。,四、化學沉淀法沉淀法主要有共沉淀法、均勻沉淀法、多元醇為介質(zhì)的沉淀法、沉淀轉化法、直接沉淀法等。(1)共沉淀法在含有多種陽離子的溶液中加入沉淀劑，使金屬離子完全沉淀，然后加熱分解以獲得納米微粒。與傳統(tǒng)的固相反應法相比，共沉淀法可避免引入對材料性能不利的有害雜質(zhì)，生成的微粒具有較高的化學均勻性，粒度較細，顆粒尺寸分布較窄且具有一定形貌。,(2)均勻沉淀法在溶液中加入某種能緩慢生成沉淀劑的物質(zhì)。使溶液中的沉淀均勻出現(xiàn)。本法克服了由外部向溶液中直接加入沉淀劑而造成沉淀劑的局部不均勻性。例：在金屬鹽溶液中采用尿素熱分解生成沉淀劑NH4OH，促使沉淀均勻生成,制備Zr、Fe等的氫氧化物。,(3)多元醇沉淀法許多無機化合物可溶于多元醇，多元醇具有較高的沸點，可大于100，因此可用高溫強制水解反應制備納米微粒。例如Zn(HAc)22H2O溶于縮二乙醇(DEG)，于100200下強制水解可制得單分散球形ZnO納米微粒。又如使酸化的FeCl3一乙二醇一水體系強制水解可得均勻的Fe氧化物膠粒。,五、溶膠一凝膠法該法作為低溫或溫和條件下合成化合物已廣泛應用于制備納米微粒。將原料分散在溶劑中，形成溶液，然后經(jīng)水解反應成為溶膠，進而生成具有一定結構的凝膠而固化，最后經(jīng)干燥或低溫熱處理制得納米微粒。如：陳曉青等用此法制備了粒徑為6070nm的摻鐵TiO2納米微粒。該微粒用于光催化降解苯酚，其降解速率比純的TiO2提高了1.36倍。,六、水熱溶劑熱法水熱法是在高壓釜里的高溫、高壓反應環(huán)境中，采用水作為反應介質(zhì)，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解，在高壓環(huán)境下制備納米微粒的方法。利用此法可制備氧化物或少數(shù)一些對水不敏感的硫化物。水熱技術具有兩個特點：一是其溫度相對低，二是在封閉容器中進行，避免了組分的揮發(fā)。,依據(jù)水熱反應的類型不同，可分為水熱結晶法、合成法、分解法、脫水法、氧化法、還原法等。近年來還發(fā)展出電化學水熱法及微波水熱合成法。前者將水熱法與電場相結合，而后者用微波加熱水熱反應體系。與一般濕化學法相比，水熱法可直接得到分散且結晶良好的微粒，不需作高溫灼燒處理，避免了可能形成的微粒硬團聚。水熱過程中通過調(diào)節(jié)反應條件可控制納米微粒的晶體結構、結晶形態(tài)與晶粒純度。,在水熱法基礎上，用有機溶劑代替水作介質(zhì)，在新的溶劑體系中產(chǎn)生一種新的合成途徑，即溶劑熱法。它能夠?qū)崿F(xiàn)通常條件下無法實現(xiàn)的反應，包括制備具有亞穩(wěn)態(tài)結構的納米微粒。使用非水溶劑合成技術能減少或消除硬團聚。例如：將適量的分析純Na2S和Zn(Ac)2溶液在高壓釜中混合，150下保溫10h，冷卻后經(jīng)過濾洗滌及真空干燥,得粒徑6nm，閃鋅礦型的-ZnS。,七、微乳液法微乳液通常是由水、表面活性劑、助表面活性劑(通常為醇)、油類(通常為碳氫化合物)組成的透明的、各向同性的熱力學穩(wěn)定體系。微乳液法是兩種互不相溶的溶劑，在表面活性劑作用下形成乳液，在微泡中經(jīng)成核、凝結、團聚、熱處理后得到納米微粒。與其它化學法相比，微乳液法制備的微粒不易聚結，大小可控，分散性好。應用微乳液法制備的納米微粒主要有以下幾類：金屬，如Pt、Pd、Rh、Au、Ag等；硫化物CdS、PbS等；Ni、Co、Fe等與B的化合物；氯化物AgCl、AuCl3等。,第二章特種陶瓷成型工藝,成型：是將坯料制成具有一定形狀和強度的坯體的工藝過程。,第一節(jié)配料計算1、配料計算原料純度高配料計算相對簡單配料要求嚴格。,2、確定陶瓷配方時，應遵循下列原則,(1)產(chǎn)品的物理化學性質(zhì)以及使用性能要求是考慮坯料組成的主要依據(jù)；(2)在擬定配方時可采用一些工廠或研究單位積累的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，這樣可節(jié)省時間，有助于提高效率；(3)了解各種原料對產(chǎn)品性質(zhì)的影響是配料的基礎；(4)配方應滿足生產(chǎn)工藝的要求。,3、配方計算在特種陶瓷生產(chǎn)中，常用的配料計算方法有兩種：一是按化學計量式進行計算；一是根據(jù)坯料預期的化學組成進行計算。,3.1按化學計量式計算在特種陶瓷配方中，常常遇到這樣的化學分子式。Ca(Ti0.54Zr0.46)O3，(Ba0.85Sr0.15)TiO3,Pb0.9325Mg0.0675(Zr0.44Ti0.56)O3，這種分子式，實質(zhì)上與ABO3相似，其特點是A位置上和B位置上各元素右下角系數(shù)的和等于1。例如，(Ca0.85Ba0.15)TiO3可以看成是CaTiO3中有15%摩爾的Ca被Ba取代了。同樣，Ca(Ti0.54Zr0.46)O3為CaTiO3中46%的Ti被Zr取代了。,例如，配制料方為(Ba0.85Ca0.15)TiO3，采用BaCO3，CaCO3，TiO2原料進行配料，計算出各項料的質(zhì)量百分比。,269.80,表1,已知坯料的化學組成（wt%）為：Al2O393%，MgO1.3%，CaO1.0%，SiO24.7%，用原料氧化鋁（工業(yè)純，未經(jīng)煅燒）、滑石（未經(jīng)煅燒）、碳酸鈣、蘇州土配制，求其質(zhì)量百分組成?；且环N含水的具有層狀結構的硅酸鹽礦物?；瘜W式為Mg3Si4O10(OH)2；3MgO4Si02H20。其化學組成MgO31.88%，SiO263.37%，H2O4.75%。蘇州土是純高嶺土，理想化學式是Al2SiO5(OH)4，亦可寫成Al2O32SiO22H2O。其中SiO2也就是石英的含量是46.12%，氧化鋁的含量為39.68%。,3.2根據(jù)坯料預定化學組成進行配料計算,解：設氧化鋁、碳酸鈣的純度為100%；滑石為純滑石，其理論組成為MgO31.7%，SiO263.5%，H2O4.8%；蘇州土化學組成為Al2O339.5%，SiO246.5%，H2O14%。配方中的CaO只能由CaCO3引入，因此，1.0%的CaO需CaCO3質(zhì)量為1001.0%/56=1.78%；CaCO3CaO10056,配方中的MgO只能由滑石引入，因此，1.3%的MgO需滑石質(zhì)量為3781.3%/120=4.10%；3MgO4Si02H203MgO+4SiO2+H20378120240滑石引入SiO2量為2.6%，則由蘇州土引入的SiO2量為4.7%-2.6%=2.1%；,蘇州土引入的SiO2量為2.1%則需要蘇州土的量為2.1%258/120=4.51%；蘇州土引入Al2O3的量為Al2O32SiO22H2OAl2O3+2SiO2+2H2O2581021202.1%102/120=1.78%，則工業(yè)氧化鋁引入Al2O3量為93%-1.78%=91.22%；,引入原料的總質(zhì)量為：m=1.78%+4.10%+4.51%+91.2%=101.61%修正：得CaCO3=1.78%/m=1.75%滑石=4.10%/m=4.03%蘇州土=4.51%/m=4.44%工業(yè)純氧化鋁=91.2%/m=89.77%,第二節(jié)坯料預處理,原料粉末在使用前一般要進行一定的處理，如煅燒、粉碎、分級、凈化等。原料進行處理的目的是調(diào)整和改善其物理、化學性質(zhì)，使之適應后續(xù)工序和產(chǎn)品性能的需要。,1、原料煅燒煅燒的主要目的是：1）去除原料中易揮發(fā)的雜質(zhì)、化學結合和物理吸附水分、氣體、有機物等，從而提高原料的純度；2）使原料顆粒致密化及結晶長大，這樣可以減小在以后燒結中的收縮，提高產(chǎn)品的合格率；3）完成同質(zhì)異晶的晶型轉變，形成穩(wěn)定的結晶相。,2、原料的混合兩種或兩種以上的原料，或一種原料要加入微量的添加劑時則需要混合。混合方式有干混和濕混，濕混的介質(zhì)有水、酒精或其它有機物。在混料過程中注意：加料的次序，一般先加入一種用量多的原料，然后加用量少的原料，最后再加另一種用量多的原料。注意：添加物的預合成；濕法混合時的分層；混合物設備的潔凈專用。,3、塑化（1）塑化定義在傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)中，坯料中含有一定的可塑性粘土，經(jīng)過一定的工藝處理后，就會具有良好的成型性能，因此，不需要加入塑化劑；特種陶瓷生產(chǎn)用的原料幾乎都是化工原料或合成原料，這些原料沒有可塑性，因此，成型之前先要進行塑化。塑化：利用塑化劑使原來無塑性的坯料具有可塑性的過程。,塑化劑有兩類：無機塑化劑和有機塑化劑，特種陶瓷一般用有機類。塑化劑通常由三種物質(zhì)組成：粘結劑：能粘結粉料，通常有聚乙烯醇、羧甲基纖維素等；增塑劑：溶于粘結劑中使其易于流動，通常有甘油、草酸等；無機增塑劑有水玻璃、粘土、磷酸鋁等；溶劑：能溶解粘結劑、增塑劑并能和坯料組成膠狀物質(zhì)，通常有水、無水酒精、醋酸乙酯等。,（2）塑化機理無機塑化劑在傳統(tǒng)陶瓷中主要指粘土物質(zhì)，塑化機理是加水后形成帶電的粘土-水系統(tǒng)，使其具有可塑性和懸浮性。有機塑化劑一般是水溶性的，親水同時又是極性的。這種分子在水溶液中能生成水化膜，對坯料表面有活性作用，能被坯料的粒子表面所吸附，而且分子上的水化膜也一起被吸附在粒子表面上，因而在瘠性粒子的表面上既有一層水化膜又有一層粘性很強的有機高分子，而且這種高分子是蜷曲線性分子，所以能把松散的瘠性粒子粘結在一起，水化膜的存在，使其具有流動性，從而使坯料具有可塑性。,（3）塑化劑的種類有機高分子塑化劑如聚乙烯醇、聚醋酸乙烯脂等，在使用中要注意選擇合適的聚合度，并注意坯料的酸堿性，有機物的揮發(fā)性及毒性；羧甲基纖維素燒后則殘留氧化鈉及其它氧化物組成；石蠟熔點在50左右，具有冷流動性，在受熱時呈熱塑性?？衫檬灥臒崴苄赃M行熱壓鑄成型，用它的冷流動性來干壓成型。,4、造粒造粒：在很細的粉料中加入一定塑化劑，如水，制成粒度較粗、具有一定假粒度級配、流動性好的粒子，又叫團粒。有利于成型坯體密度均勻。造粒的方法：一般造粒法：將坯料加入適當?shù)乃芑瘎┖螅?jīng)混合過篩得到一定大小的團粒。這種方法簡單易行，在實驗室中常用，但團粒質(zhì)量較差，大小不一，團粒體積密度小。,加壓造粒法：將坯料加入塑化劑后，經(jīng)預壓成塊，然后破碎過篩而成團粒，這種方法形成的團粒體積密度較大。噴霧造粒法：把坯料與塑化劑混合好形成料漿，在噴霧干燥塔中形成團粒的方法，這種方法制得的粉體流動性好。凍結干燥法：將金屬鹽水溶液噴霧到低溫有機液體中，液體立即凍結，使凍結物在低溫減壓條件下升華，脫水后進行熱分解，從而獲得所需要的成型粉料。這種粉料成球狀顆粒聚集體，組成均勻，反應性與燒結性良好。,5.瘠性物料的懸浮特種陶瓷所用瘠性物料大致可以分為兩類：一類與酸不起作用，一類與酸起作用。不溶于酸中的可以通過有機表面活性物質(zhì)的吸附，使其懸浮。例：用鹽酸處理A12O3后，在A12O3粒子表面生成三氯化鋁(A1Cl3)，三氯化鋁立即水解，反應式如下：A12O3+6HCl=2AlCl3+3H2OAlCl3+H2O=AlCl2OH+HClAlCl2OH+H2O=AlCl(OH)2+HCl,圖2.1Al2O3粒子雙電層示意圖,表2.2氧化物料漿最適宜pH值,第三節(jié)成型工藝,成型方法可分為：壓力成型，塑性成型，漿料成型，其他成型方法。,表2.3幾種常用陶瓷成型方法的特點及典型技術參數(shù),一、壓力成型用粉料，即固體顆粒和空氣的混合物為原料在一定的壓力下進行成型。加壓的方法可迫使顆?；ハ嗫拷瑢⒖諝馀懦?。由于顆粒之間以及顆粒與模具壁的摩擦力，成型壓力向模具內(nèi)粉體深處的傳遞發(fā)生衰減。,Ph=Paexp(-4fKh/D)式中，Pa為成型壓力；為摩擦系數(shù)；為模具直徑；為常數(shù)，不僅隨著模具的深度衰減，并且沿著徑向和軸向同時變化。,干壓成型將粉料中加入少量結合劑，經(jīng)造粒后將粉料置于鋼模中，在壓力機上加壓形成一定形狀的坯體。用于圓形、薄片狀的電子元件中，而在外形復雜或龐大的產(chǎn)品生產(chǎn)中較少應用。,圖2.2單向和雙向壓制及壓坯密度沿高度的分布,圖（a）為球形接觸，(b)為尖頂接觸，無論何種情況，當顆粒接觸時，R1將大于R2，R2相當于微孔半徑或微孔隙，這樣由于微孔壓會把各顆粒拉近緊貼，也即通常所說的“黏著力”。,（a）(b)圖2.3顆粒加壓后的接觸情況,特點：工藝簡單，容易實行機械化和自動化；粉料中的含水量或其他膠合劑的含量比較少，故干壓成型的坯體比較密實，尺寸精確且燒結收縮小。但是，加壓方向只限于軸向（上、下或上下同時加壓）缺乏側向壓力，同時粉體本身具有較高的內(nèi)摩擦，故壓成的坯體結構有明顯的各向異性，燒結時側向收縮較大。,等靜壓成型將配好的坯料裝入用塑料或橡膠做成的彈性模具，置于高壓容器內(nèi)，密封后打入高壓液體介質(zhì)，壓力傳遞至彈性模具對坯料加壓，試樣所受的壓力如同處于同一深度的靜水中所受到的壓力情況。然后釋放壓力取出模具，得到成型好的坯件。,圖2.4濕式等靜壓制原理圖,干袋式等靜壓制一般適用于生產(chǎn)陶瓷球、管、過濾器、磨輪、火花塞等。,圖2.5干袋式等靜壓制原理示意圖,特點：成型形狀復雜、大件及細而長的制品，而且成型質(zhì)量高；可以提高成型壓力，壓力作用效果好；密度高而且均勻，燒成收縮小，不易變形；模具制作方便、壽命長、成本較低；可以少用或不用粘結劑。但壓坯尺寸和形狀不易精確控制，生產(chǎn)率較低，不易實行自動化；,二、塑性成型塑性成型法是利用模具或刀具等運動所造成的壓力、剪力、擠壓等外力對具有可塑性的坯料進行加工，迫使坯料在外力作用下發(fā)生可塑變形而制成坯的成型方法。主要方法有擠壓成型、滾壓成型、塑壓成型和軋膜成型等，所用的結合劑比注漿成型少。,泥團顆粒間存在著兩種力：吸引力，主要有范德華力、靜電引力和毛細管力。吸引力作用范圍約2nm。毛細管力是泥團顆粒間引力的主要來源。排斥力，在水介質(zhì)中，斥力作用范圍約20nm。當系統(tǒng)中水含量高，顆粒相距較遠，表現(xiàn)出以斥力為主。當水含量低時，顆粒接近，表現(xiàn)出以吸引力為主，成為泥團。,1、擠壓成型利用液壓機推動活塞，將已塑化的坯料從擠壓嘴擠出。由于擠壓嘴的內(nèi)型逐漸縮小，從而螺旋對泥團產(chǎn)生很大的擠壓力，使坯料致密并成形。流程：將真空練制的泥料，放入擠制機內(nèi)，擠制機一頭可以對泥料施加壓力，另一頭裝有機嘴即成型模具，通過更換機嘴能擠出各種形狀的坯體。晾干后制成不同形狀的制品。燒結。,特點：污染小，操作易于自動化，適合管狀、棒狀產(chǎn)品的生產(chǎn)。但是它對泥料的要求高，粉料細度要求較細，外形圓潤；溶劑、增塑劑、粘接劑等用量要適當使泥料高度均勻；另外，擠嘴結構復雜，加工精度要求高；溶劑和結合劑較多，因此坯體在干燥和燒結時收縮較大。,圖2.6通用擠壓設備示意圖,塑料軟管擠壓成型機成型模頭本實用新型公開了一種擠壓成型機成型模頭，其外側圓周上設有1組入料口，其內(nèi)部設有與入料口相配的成型模芯，入料口和成型模芯依序軸向設在成型模組中，1主模芯是位于各成型模芯中心軸上，多個成型模芯依序軸向的設置，可形成多個模腔，配合與這之配合的入料口，注入不同的成型物料，通過擠壓所出來的即為多層復合軟管.,圖2.7擠壓成型機成型模頭,2、軋膜成型適宜生產(chǎn)1mm以下的薄片狀制品，將準備好的坯料，拌以一定量的有機粘結劑(一般采用聚乙烯醇)，置于兩輥軸之間進行輥軋，通過調(diào)節(jié)軋輥間距，經(jīng)過多次軋輥，最后達到所要求的厚度。軋好的坯片，需經(jīng)沖切工序制成所要的坯件，但不宜過早地把軋輥調(diào)近，急于得到薄片坯體，因為這樣會使坯料和結合劑混合不均，坯件質(zhì)量不好。,軋輥成型時，坯料只是在厚度和前進方向受到碾壓，在寬度方向受力較小，因此，坯料和粘結劑不可避免地會出現(xiàn)定向排列。干燥和燒結時，橫向收縮大，易出現(xiàn)變形和開裂，坯體性能上也會出現(xiàn)各向異性。對于厚度要求在0.08mm以下的超薄片，軋膜成型是很難軋制的，質(zhì)量也不易控制。,流程：將粉料中加入塑化劑軋膜機上粗軋混煉調(diào)節(jié)軋輥間距得到薄片坯體干燥燒結。,圖2.8軋膜成型的原理,注射成型將陶瓷粉料與熱塑性有機載體相配比、混合、造粒后，將其加入注射機中注射進模具型腔，經(jīng)充填保壓、冷卻和脫模，即得到所需要的含塑坯體，置于排塑爐內(nèi)，緩緩加熱，排除有機成分，從而獲得成型坯體。特點：這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品尺寸精確，光潔度高，結構致密可廣泛用于制造形狀復雜，尺寸和質(zhì)量要求高的產(chǎn)品。但是它的有機物含量較多，脫脂工藝時間較長，金屬模具易磨損，造價較高。,工藝流程：配料與混煉。將可燒結的陶瓷粉料與合適的有機載體（具有不同性質(zhì)和功能的有機物）在一定溫度下混煉，以提供陶瓷注射成型所必需的流動性及生坯強度。注射成型。混煉后經(jīng)干燥、造粒的混合物料在一定溫度和壓力下高速注入模具內(nèi)，達到完好的充模和脫模。脫脂。通過加熱或其它物理、化學方法將成型體內(nèi)有機物去除。燒結。脫脂后的坯體在高溫下燒結致密。,圖2.9注射成型工藝流程圖,圖2.10往復式螺旋注射成型機,三、漿料成型漿料成型是指在粉料中加入適量的水或有機液體以及少量的電解質(zhì)形成相對穩(wěn)定的懸浮液，將懸浮液注入石膏模吸去水分，達到成型的目的。1、漿料成型方法有傳統(tǒng)的空心注漿和實心注漿。新的方法有：離心注漿、真空注漿、電泳注漿成型、熱壓鑄成型、流延法成型等。,2、對料漿性能的要求流動性好：利于料漿充滿模型的各個角落；穩(wěn)定性好：料漿能長期保持穩(wěn)定，不易沉淀和分層；觸變性?。毫蠞{注過一段時間后，粘度變化不大，脫模后的坯體不會受輕微外力的影響而變軟，有利保持坯體的形狀；,含水量盡可能少：在保證流動性的情況下，可以減少成型時間和干燥收縮、減少坯體變形和開裂；滲透性好：料漿中的水分容易通過形成的坯層，能不斷被模壁吸收，便于泥層不斷加厚；脫模性好：形成的坯體容易從模型上脫離，且不與模型發(fā)生反應；漿料盡可能不含氣泡：通過真空處理來達到此目的。,特點：可滿足批量化工業(yè)生產(chǎn)的需求，不需要特殊專用設備，操作方法簡便，主要是足夠的模具與適當?shù)膱龅兀且环N切實可行的陶瓷生產(chǎn)制坯手段。問題：觸變性強、流動性差、懸浮性差等特點，在注漿成型大件、厚實制品時，氣泡不容易排除、坯體因吸漿不實容易造成制品內(nèi)部缺陷、長時間吸漿還容易造成顆粒偏析使坯體密度和結構不均勻。,空心注漿或稱單面注漿(DrainCasting)。料漿注滿型模并經(jīng)過一定時間后，將多余漿料倒出，坯體在模內(nèi)固定下來，之后出模得到制品。適于制造小型薄壁產(chǎn)品，如坩堝、花瓶、管件等。,圖2.11空心注漿花瓶過程示意圖,實心注漿或稱雙面注漿(SolidCasting)。料漿注入外模與模芯之間，坯體內(nèi)部形狀由型芯決定，適于制造兩面形狀和花紋不同的大型厚壁產(chǎn)品。常用較濃的料漿，以縮短吸漿時間。在形成坯件的過程中，模型從兩個方向吸取泥漿內(nèi)的水分?？拷１谔帲黧w較致密，中心部分較疏松。,圖2.12實心澆注魚盤過程示意圖,壓力注漿。壓力注漿有以下優(yōu)點：）縮短吸漿時間；當壓力0.7MPa時，形成12.7mm厚的坯體所需時間為13min。若壓力增加到7MPa時，形成同樣厚度的坯體只需2min。）減小坯體干燥時的收縮量；常壓注漿時，與坯體表面平行方向上的干燥收縮為3%，垂直方向上為2%。在7MPa壓力下注漿時，上述兩個方向上的收縮分別減小到0.8%和0.3%。）降低坯體脫模后殘留的水分。常壓注漿時，殘留水分約19.5%，在7MPa下注漿時，殘留水分僅17%。,離心注漿。是將制備好的一定體積分數(shù)的懸浮體在高的離心轉數(shù)下沉聚的一種凈尺寸成型的技術。該工藝對懸浮體的固相體積分數(shù)沒有嚴格的要求，幾乎不需要添加有機粘結劑，克服了脫脂工藝所造成的種種不利因素，但該工藝會造成大顆粒先于小顆粒沉降，造成坯體分層。,圖2.13離心注漿示意圖,新例1：中材高新公司(山東工業(yè)陶瓷研究設計院)于20世紀90年代開發(fā)了石英陶瓷的振動壓力注漿成型技術，在注漿過程中通過振動作用可以徹底排除泥漿中的氣泡，同時振動成型還可以使顆粒重排、達到緊密堆積的效果、提高坯體密度，在注漿過程中輔助以壓力的作用，可以加速水分的排除、縮短注漿時間、解決顆粒偏析和坯體缺陷問題、提高制品的密度和均勻性。目前該技術已經(jīng)在中材高新公司成功地應用于石英陶瓷輥等大件制品的生產(chǎn)中，其中采用該技術已生產(chǎn)出l30mm4700mm石英瓷輥制品。,真空注漿。將石膏模置于真空（負壓）中進行澆注，特點是可以把泥漿中含有的空氣排除。凝膠注漿將陶瓷粉末顆粒分散于含有有機聚合物單體和交聯(lián)劑的水溶液或非水溶液中，制成低粘度、高固相體積含量的濃懸浮體，然后加入引發(fā)劑及催化劑，將這種濃懸浮體(料漿)注入模型中，在一定的溫度條件下，有機聚合物單體交聯(lián)聚合成三維網(wǎng)絡狀聚合物凝膠，并將陶瓷顆粒原位粘結而固化形成坯體，最后經(jīng)過干燥可得較高強度的坯體。,凝膠注漿（注凝）成型工藝是2O世紀9O年代以來出現(xiàn)的一種新的膠態(tài)成型工藝，是美國橡樹嶺國家實驗室Jammey等首先發(fā)明的，是傳統(tǒng)的膠態(tài)成型工藝與有機化學理論的理想結合。特點:此工藝設備簡單、坯體強度高、收縮小、易制造復雜形狀的零部件，成型效率高，是一種實用性強、應用前景廣闊的成型工藝。開發(fā)了導彈用石英陶瓷天線罩、太陽能多晶硅鑄錠用石英陶瓷坩堝、玻璃窯爐用蓋板磚、料碗、勻料筒等新產(chǎn)品。,電泳注漿成型法帶電顆粒在穩(wěn)定的懸浮液中，在直流電場的作用下運動，然后沉積和凝集于電極表面。在同一基體上有可能形成不同的陶瓷相，所以在嚴格控制的條件下可形成多層陶瓷復合體。,圖2.14陶瓷薄片制造實驗示意圖,例：利用懸浮液連續(xù)沉積在石墨電極的表面可制備陶瓷Al2O3薄片，這時電極間距為2.5cm、工作電流為010mA、工作電壓0100V；成型后的坯與電極分離干燥后，在15251550燒結，保溫56h；加熱和冷卻速度為300/h。這種條件下獲得的生坯密度是理論密度的60。特點：得到的坯體結構均勻，顆粒排列整齊，沒有氣泡，無內(nèi)在應力，尤其適用于生產(chǎn)尺寸較大的平板狀制品，適于自動化生產(chǎn)；問題：