什么是陶瓷制造中的烧结？高性能陶瓷完全指南

烧结是陶瓷制造中的一项关键工艺，通过对陶瓷粉末进行压实和加热，形成致密的内聚结构。该工艺涉及多个步骤，包括粉末制备、成型、加热和冷却，以达到所需的物理和机械性能。烧结通过在高温（通常低于主材料的熔点）下将颗粒粘合，将陶瓷粉末转化为固体、低孔隙率材料。这种方法可确保最终产品具有结构完整性和特定的功能特性。

要点说明：

粉末制备
- 陶瓷粉末的制备工艺始于原材料、粘合剂和添加剂的混合，以获得均匀的混合物。
- 添加粘合剂和解絮凝剂是为了改善粉末的流动性和压实性。
- 混合物通常经过喷雾干燥形成颗粒，更易于处理和压入模具。
成型（压制）
- 使用压制工具或模具将制备好的粉末压制成所需的形状。这一步骤形成的 "绿色体 "是一种脆弱的预烧结结构。
- 压制可采用单轴压制、等静压或 3D 打印等方法，具体取决于零件的复杂程度。
粘合剂去除（脱粘）
- 在低温下加热生坯，以去除粘合剂和其他挥发性成分。这一步骤对于防止烧结过程中出现缺陷至关重要。
- 温度需要严格控制，以避免生坯开裂或变形。
烧结（加热和固结）
- 将生坯加热到高温，通常略低于陶瓷材料的熔点。这样就能使颗粒结合并致密化。
- 烧结可分为不同阶段：
  - 初始阶段： 颗粒开始在接触点处粘合。
  - 中间阶段： 孔隙收缩，材料致密化。
  - 最后阶段： 晶粒生长，材料达到最终密度。
- 液相烧结（LPS）可通过引入液相来填充孔隙并促进颗粒结合，从而加速致密化。
冷却和凝固
- 烧结后，材料缓慢冷却至室温，以防止产生热应力和裂纹。
- 冷却速度受到控制，以确保材料凝固成统一的致密结构。
烧结后工艺
- 机械加工： 烧结陶瓷通常使用金刚石工具或超声波方法进行加工，以获得精确的尺寸和表面光洁度。
- 组装： 陶瓷部件可与其他部件进行金属化和钎焊，以满足特定应用的需要。
烧结的关键参数
- 温度： 必须小心控制，以确保在不熔化材料的情况下正确粘合。
- 气氛： 烧结通常在受控气氛（如惰性气体或真空）中进行，以防止氧化或污染。
- 时间： 烧结时间的长短会影响最终产品的密度和晶粒大小。
- 压力： 在某些情况下，在烧结（热压）过程中施加压力以提高致密性。
应用和重要性
- 烧结陶瓷广泛应用于电子、航空航天、汽车和医疗设备等行业。
- 烧结工艺可确保最终产品具有高强度、耐磨性、热稳定性和电绝缘性能。

通过遵循这些步骤和控制关键参数，烧结法可将陶瓷粉末转化为高性能材料，适用于要求苛刻的应用领域。

汇总表：

步骤	说明
粉末制备	将原材料、粘合剂和添加剂混合成均匀的混合物。
成型（压制）	将粉末压入模具中，形成脆弱的 "绿色坯体"。
去除粘合剂	加热以去除粘结剂，防止烧结过程中产生缺陷。
烧结	加热至高温，使颗粒粘合并使材料致密。
冷却	受控冷却，使材料凝固成致密的整体结构。
烧结后	加工和装配，以实现精确的尺寸和功能特性。
关键参数	温度、气氛、时间和压力对获得最佳效果至关重要。