烧结对陶瓷的影响主要是减少孔隙率和提高各种性能,如强度、导电性、透明度和导热性。这一过程包括通过加热,有时也通过加压,使陶瓷颗粒固结在一起,从而获得密度更大、强度更高的材料。
减少孔隙率:
在烧结过程中,原子扩散导致粉末颗粒之间的界面消失,形成颈部连接,最终消除小孔。这种致密化是由于表面积和表面自由能的减少导致总自由能的降低。固-固界面取代了固-汽界面,从而降低了材料的能量状态。由于曲率半径越小,能量变化越大,因此这一过程对粒径较小的材料更为有效。增强材料性能:
与颗粒大小相关的结合面积对强度和导电性等性能至关重要。烧结可巩固材料的粉末结构,从而减少孔隙率并提高密度。高温可促进这种固结,烧结过程中液相的存在可进一步增强这种固结。例如,氧化锆在烧结过程中会从单斜晶系转变为多四方晶系,从而显著提高密度、强度和透光性。
控制变量:
烧结过程中的关键控制变量是温度和初始晶粒大小,因为蒸汽压力与温度有关。施加压力可缩短烧结时间并减少由此产生的孔隙率,但某些技术和材料也可实现无压烧结。
在陶瓷制造中的应用: