特種陶瓷低溫燒結方法

正確地選擇燒結方法是使特種陶瓷具有理想的結構及預定的性能之關鍵。如在通常的大氣條件下（無特殊氣氛、常壓下）燒結，無論怎樣選擇燒結條件，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(pressureless sintering)方法。這種方法比特殊燒結方法生產(chǎn)成本低，是最普通的燒結方法，這里就不作詳細介紹。
    一、低溫燒結
    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(low temperature sintering)方法主要有以下幾種：引入添加劑、壓力燒結、使用易于燒結的粉料等。
    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。
    當不存在液相時，陶瓷粉料通常是通過擴散傳質(zhì)而燒結的。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。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，如：A12 03添加Tioz、Mg0、Mn0等添加劑后，就顯著地促進了燒結。
    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）導致燒結，如Si3 N4中添加Mg0、Y2 03、A12 03等均可加快燒結速度。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、促進燒結等。
    2．壓力燒結(pressure sintering)
    詳見“熱壓燒結”內(nèi)容。
    3．使用易于燒結的粉料
    易于燒結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，燒結溫度為800℃，比用傳統(tǒng)工藝制備的Tioz粉料燒結溫度降低500～600℃（通常Ti02的嬈結溫度為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，燒結溫度為1050℃。總之，隨著粉末顆粒的微細化，粉體的顯微結構和性能將會發(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過程中動力學過程、降低燒結溫度和
縮短燒結時間。