特種陶瓷低溫燒結(jié)方法

正確地選擇燒結(jié)方法是使特種陶瓷具有理想的結(jié)構(gòu)及預(yù)定的性能之關(guān)鍵。如在通常的大氣條件下（無特殊氣氛、常壓下）燒結(jié)，無論怎樣選擇燒結(jié)條件，也很難獲得無氣孔或高強度制品。在傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)中經(jīng)常采用常壓燒結(jié)(pressureless sintering)方法。這種方法比特殊燒結(jié)方法生產(chǎn)成本低，是最普通的燒結(jié)方法，這里就不作詳細介紹。
    一、低溫燒結(jié)
    在盡可能低的溫度下制備陶瓷是人們早有的愿望，這種方法可以降低能耗，使產(chǎn)品價格降低。低溫燒結(jié)(low temperature sintering)方法主要有以下幾種：引入添加劑、壓力燒結(jié)、使用易于燒結(jié)的粉料等。
    1．引入添加劑
    這種方法根據(jù)添加劑作用機理可分如下兩類：添加劑的引入使晶格空位增加，易于擴散，燒結(jié)速度加快；添加劑的引入使液相在較低的溫度下生成，出現(xiàn)液相后晶體能作粘性流動，因而促進了燒結(jié)。
    當不存在液相時，陶瓷粉料通常是通過擴散傳質(zhì)而燒結(jié)的。實際上，理想晶體是不存在的，晶體總是存在一定數(shù)量的空位，頸部的空位濃度高，其他部分的空位濃度低，空位濃度梯度的存在，導(dǎo)致空位濃度高的部分（通常是兩顆粒的接界處——頸部）向空位濃度低的部分擴散，而質(zhì)點（離子）向相反方向擴散，使物料燒結(jié)。添加劑的引入固溶于主晶相，空位就增加，促進了擴散，使物料易于嬈結(jié)，如：A12 03添加Tioz、Mg0、Mn0等添加劑后，就顯著地促進了燒結(jié)。
    當添加劑引入后可以在較低的溫度下生成液相，由于粘性流動（以顆粒為單位的遷移）導(dǎo)致燒結(jié)，如Si3 N4中添加Mg0、Y2 03、A12 03等均可加快燒結(jié)速度。添加劑的作用前面已敘述過，這里不再贅述。總之，它能使材料顯示出新的功能，提高強度、抑制晶粒成長、促進燒結(jié)等。
    2．壓力燒結(jié)(pressure sintering)
    詳見“熱壓燒結(jié)”內(nèi)容。
    3．使用易于燒結(jié)的粉料
    易于燒結(jié)粉料制備方法大致分為如下兩類：(1)通用粉料制備工藝規(guī)程；(2)特殊粉料制備法。方法(2)之所以區(qū)別于方法(1)，主要是考慮到方法(2)中制備工藝過程的變化，這是區(qū)分兩種方法的根據(jù)。這里所指的制備工藝過程是母鹽的化學(xué)組成，母鹽的制備條件、煅燒條件、粉碎條件等。由于這些工藝過程的變化，使所得的陶瓷粉料的燒結(jié)性能發(fā)生微妙的變化。如：用四異丙醇鈦為原料制得的Tioz粉體平均顆粒度為0.08 ym。燒結(jié)后材料密度達到理論密度的99%，燒成體的晶粒大小約為0.15 tim，燒結(jié)溫度為800℃，比用傳統(tǒng)工藝制備的Tioz粉料燒結(jié)溫度降低500～600℃（通常Ti02的嬈結(jié)溫度為1300—1400℃）。用四乙醇鈦為原料，合成的Ti02粉體的平均粒度約為0.3pm，燒結(jié)后材料密度為理論密度的99%，燒成體的晶粒大小約1.2肛m，燒結(jié)溫度為1050℃。總之，隨著粉末顆粒的微細化，粉體的顯微結(jié)構(gòu)和性能將會發(fā)生很大的變化，尤其是對亞微米一納米級的粉體來說，它在內(nèi)部壓力、表面活性、熔
點等方面都會有意想不到的性能，因此能加速粉料在燒結(jié)過程中動力學(xué)過程、降低燒結(jié)溫度和
縮短燒結(jié)時間。