烧结几乎是所有陶瓷制造的基础技术，它将松散的粉末转化为固体、高性能的部件。在现代烧结中最常使用的特定陶瓷——特别是适用于压缩成型和 3D 打印等方法的陶瓷——包括氧化铝、氮化铝、氧化锆、氮化硅、氮化硼和碳化硅。选择这些材料是因为它们可以被塑造成形，然后通过热熔实现高密度。
烧结是将“生坯”（压实的粉末形态）加热到低于其熔点的温度的热过程。这促进了颗粒扩散并消除了孔隙，将易碎的形状转化为具有工程性能的致密、实心陶瓷制品。
常用材料和成型方法
主要陶瓷材料
虽然广泛应用于陶器和粘土，但工业烧结主要关注先进结构陶瓷。最常见的类型包括氧化铝（氧化铝）和氧化锆，它们以其硬度和耐磨性而闻名。
其他关键材料包括氮化铝和氮化硅，它们因其热学和机械性能而备受推崇。氮化硼和碳化硅也广泛用于需要极高耐久性的高性能应用。
烧结前的成型
在施加热量之前，陶瓷粉末必须被塑造成形。这通常通过压缩或压制成型来实现，这种方法可以将粉末紧密地堆积起来。
先进的制造技术现在允许这些特定的陶瓷被3D 打印。诸如选择性激光烧结 (SLS) 或膏体沉积等技术在将物体放入炉中进行最终烧结之前，会创建初始几何形状。
过程的物理学
创建“生坯”
该过程始于“生坯”，这是一个由压实的陶瓷粉末组成的低密度物体。在此阶段，材料是易碎且多孔的。
对于塑性低或与水亲和力低的原材料，制造商通常会引入有机添加剂，以帮助将粉末粘合在一起并在加热前保持形状。
致密化和孔隙去除
烧结通过将生坯加热到高温来工作，但关键在于不会将材料熔化到液化程度。
取而代之的是，热量会引发自然发生的固态扩散。这会导致颗粒粘合并相互靠近，从而大大减少材料的孔隙率并提高其密度。
玻璃相的作用
在许多陶瓷工艺中，高温会导致材料中的特定玻璃相在达到转变温度后流动。这种流动有助于填充颗粒之间的空隙，进一步巩固结构。
理解权衡
材料收缩
烧结陶瓷中最显著的挑战是收缩。随着孔隙率的去除和材料的致密化，零件的总体积会减小。
必须在初始成型阶段（生坯创建）精确计算这种尺寸变化，以确保最终产品符合公差规范。
工艺变量
虽然温度是主要驱动因素，但它不是唯一的变量。诸如热等静压等技术结合了热量和压力，以实现具有更高密度的复杂 3D 形状。
相反，“无压烧结”可用于特定的梯度金属陶瓷复合材料，尽管它需要仔细控制材料成分才能有效。
为您的项目做出正确选择
选择正确的陶瓷和烧结方法在很大程度上取决于您零件的最终几何形状和机械要求。
- 如果您的主要重点是复杂几何形状：探索使用氧化铝或氧化锆等材料的3D 打印方法（SLS 或膏体沉积），因为这些方法可以实现传统压制无法实现的复杂内部结构。
- 如果您的主要重点是机械密度：优先选择结合热量和压力的工艺，例如压缩成型或热等静压，以最大限度地减少材料（如碳化硅）的孔隙率并最大化强度。
烧结的成功在于平衡粉末的初始压实与致密化过程中发生的热收缩。
摘要表：
| 陶瓷材料 | 关键特性 | 常见应用 |
|---|---|---|
| 氧化铝 | 高硬度、耐磨性 | 结构部件、实验室设备 |
| 氧化锆 | 高韧性、隔热性 | 牙科、机械零件 |
| 碳化硅 | 极高的耐用性、热稳定性 | 窑具、高性能工具 |
| 氮化硅 | 抗热震性、强度 | 发动机零件、滚珠轴承 |
| 氮化铝 | 高导热性 | 电子产品、散热器 |
| 氮化硼 | 高温稳定性 | 坩埚、润滑剂 |
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