简而言之，烧制或烧结的目的是将脆弱、多孔的陶瓷颗粒集合体转化为致密、坚固和稳定的最终产品。这种高温过程将单个颗粒熔合在一起，从根本上创造出成品陶瓷所需的机械和物理性能。
烧结不仅仅是干燥或硬化步骤；它是一种关键的热处理，驱动颗粒之间的原子扩散。这个过程消除了它们之间的空隙（孔隙），形成了一种坚固、内聚的材料，其密度和强度显著增加。
从粉末到固体形式：“生坯”
要理解烧结为何至关重要，您必须首先了解陶瓷材料在进入窑炉之前的状态。
什么是“生坯”？
陶瓷产品最初是经过仔细混合的粉末。这种粉末通常与水和临时粘合剂混合形成浆料，然后干燥并压制成所需的形状。这种未经烧制的初始物体被称为“生坯”。
初始状态的脆弱性
生坯极其脆弱。其颗粒仅通过机械力和粘合剂的弱粘合力结合在一起。它高度多孔，不具备我们通常与陶瓷相关的强度、硬度或耐用性。
烧结过程：用热锻造强度
烧制过程分为不同的阶段，每个阶段都有特定的目的，将脆弱的生坯转化为坚固的最终零件。
步骤1：粘合剂烧尽
加热的第一阶段在相对较低的温度下进行。这里的主要目标是小心地烧尽用于将生坯结合在一起的有机粘合剂。这必须缓慢进行，以避免粘合剂气体逸出时零件开裂。在此阶段之后，物体仅由陶瓷颗粒组成，但它仍然多孔且脆弱。
步骤2：高温烧结和致密化
这是烧结过程的核心。温度升高到略低于陶瓷熔点的程度。在这种高温下，单个陶瓷颗粒接触点处的原子变得高度活跃。
这种原子扩散导致颗粒熔合在一起，形成牢固的键并产生连续的“晶界”。随着颗粒的融合，它们之间的孔隙缩小并最终消除，从而显著增加了材料的密度。
结果：坚固、致密的陶瓷
成功烧结的最终结果是一个称为致密化的过程。孔隙的消除和紧密结合的晶体结构的形成直接决定了最终产品的关键性能：高机械强度、硬度和化学稳定性。
理解权衡
优化烧结过程至关重要，因为时间和温度的偏差可能会损害最终产品。
欠烧的风险
如果温度过低或时间过短，原子扩散将不足。由此产生的陶瓷将保留高水平的孔隙率，导致密度低、机械强度差和性能不可接受。
过烧的问题
相反，如果温度过高或保持时间过长，可能会发生一种称为晶粒生长的现象。虽然零件可能致密，但过大的晶粒有时会降低材料的强度和断裂韧性。在极端情况下，零件可能会开始熔化、变形或失去尺寸精度。
优化烧结以实现您的目标
理想的烧结参数完全取决于陶瓷部件的预期应用。
- 如果您的主要重点是最大机械强度：目标是通过精确的温度和时间管理，在实现接近完全致密化的同时，仔细控制晶粒生长。
- 如果您的主要重点是制造过滤器：目标是部分烧结，即有意保留开放孔隙网络，同时在颗粒之间建立牢固的键以保持结构完整性。
- 如果您的主要重点是高尺寸精度：关键是精确控制加热和冷却速率，以管理致密化过程中发生的可预测收缩。
掌握烧结过程是设计陶瓷最终性能以满足其特定操作需求的关键。
总结表：
| 烧结阶段 | 目的 | 关键成果 |
|---|---|---|
| 粘合剂烧尽 | 去除临时有机粘合剂 | 多孔、无粘合剂结构 |
| 高温烧结 | 通过原子扩散熔合颗粒 | 致密化和强度增益 |
| 最终结果 | 制造稳定、致密的陶瓷 | 高强度、硬度和稳定性 |
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