1. 概述
作為三大材料 –無機非金屬材料的重要一類自動化，陶瓷材料發(fā)展至今天，已從初的陶器高品質、瓷器等傳統(tǒng)陶瓷發(fā)展為可應(yīng)用于國防不折不扣、航空航天、電子資源優勢、機械高效利用、醫(yī)療等各個領(lǐng)域的先進陶瓷材料，是知識技術(shù)密集性產(chǎn)品估算，可滿足新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的需求講理論。
先進陶瓷材料的應(yīng)用發(fā)展離不開燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展，相同化學組成的陶瓷坯體不要畏懼，采用不用的燒結(jié)工藝
將產(chǎn)生顯微結(jié)構(gòu)及性能差別ji大的陶瓷材料服務為一體，因此人們對陶瓷燒結(jié)工藝進行了大量的探索與研究。近些年來保持競爭優勢，發(fā)展了許多新型燒結(jié)技術(shù)進行培訓，例如微波燒結(jié)、等離子體燒結(jié)長效機製、自蔓延燒結(jié)等法治力量。這些新型燒結(jié)技術(shù)因其潛在的節(jié)能省時而成為當下陶瓷材料燒結(jié)技術(shù)研究的熱點。未來的燒結(jié)技術(shù)一定是向著精細化、可控化共享、節(jié)能高效方向發(fā)展信息化。
2.燒結(jié)技術(shù)
生坯經(jīng)過初步干燥后，需要進行燒結(jié)以提高坯體的強度生動、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性非常激烈。在燒結(jié)過程中陶
瓷內(nèi)部會發(fā)生一系列物理和化學變化，體積減小引人註目、密度增加領域、強度和硬度提高，晶粒發(fā)生相變等好宣講，使陶瓷坯體達到所要求的物理性能和力學性能註入新的動力。燒結(jié)分為固相燒結(jié)及液相燒結(jié)。具體可分為常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)雙重提升、熱等靜壓燒結(jié)、氣氛燒結(jié)事關全面、微波燒結(jié)表現明顯更佳、放電等離子體燒結(jié)等。下面介紹幾種常用燒結(jié)技術(shù)技術節能。
2.1熱等靜壓燒結(jié)
熱等靜壓 (Hot Isostatic Pressing 指導，簡稱 HIP) 工藝是一種以氮氣、氬氣等惰性氣體為傳壓介質(zhì)國際要求，將制品放置到密閉的容器中流動性，在900°C~2000 °C溫度和 100~200 MPa 壓力的共同作用下，向制品施加各向同等的壓力競爭激烈，對制品進行壓制燒結(jié)處理的技術(shù)持續創新。根據(jù)帕斯卡原理，作用在靜態(tài)液體或氣體的外力所產(chǎn)生的靜壓力智慧與合力，將均勻地在各個方向上傳遞喜愛，在其作用的表面積上所受到的壓力與表面積成正比。在高溫高壓作用下開放要求，熱等靜壓爐內(nèi)的包套軟化并收縮向好態勢，擠壓內(nèi)部粉末使其與自己一起運動從而達到坯體的致密化。致密化過程主要包括粒子靠近及重排階段迎來新的篇章、塑性變形階段共創美好、擴散蠕變階段三個階段。此燒結(jié)方法加工產(chǎn)品的致密度高薄弱點、均勻性好覆蓋範圍、性能優(yōu)異優化程度。同時該技術(shù)具有生產(chǎn)周期短、工序少奮勇向前、能耗低不斷豐富、材料損耗小等特點。
T.R. Tsai 等采用熱等靜壓法制備的 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 陶瓷組建，其品質(zhì)因數(shù)明顯低于兩步法制備的陶瓷李莉等采用 HIP 技術(shù)對 Al 2O3人工髖關(guān)節(jié)進行研究各有優勢，結(jié)果表明經(jīng)過熱等靜壓燒結(jié)處理后，硬度提高了8.7%重要的意義，抗彎強度達到了 66 MPa 持續，密度達到了 3.98 g/cm 3。
經(jīng)過近 60 年的發(fā)展再獲，熱等靜壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用于陶瓷的工業(yè)化生產(chǎn)產品和服務。例如透明燈管Al2O3、光電傳輸材料 (PLZT) 體驗區、無孔的Al 2O3 陶瓷切削刀具增多、作為表面濾波器的Pb(ZrTi)O3基壓電陶瓷、MoSi 發(fā)熱體有望、微波應(yīng)用的鐵磁性陶瓷進一步推進、航空應(yīng)用的碳–碳復合材料等。
2.2放電等離子燒結(jié)
放電等離子燒結(jié)技術(shù) (SPS)是近年日本研發(fā)出的一種新型快速燒結(jié)技術(shù)方案，是基于脈沖放電初期粉體產(chǎn)生的火花放電現(xiàn)象 (瞬間形成高溫等離子體 )應用的選擇，利用瞬時高溫場實現(xiàn)致密化的快速燒結(jié)技術(shù)。其燒結(jié)機理目前還未達成統(tǒng)一的認識即將展開。但一般說法認為大幅增加，SPS 過程除具有熱壓燒結(jié)的焦耳熱和加壓造成的塑性變形促成燒結(jié)外習慣，還在粉體顆粒間產(chǎn)生直流脈沖電壓充足，利用粉體顆粒間放電的自發(fā)熱作用，才產(chǎn)生了SPS 過程*的一些現(xiàn)象的積極性。相比于傳統(tǒng)燒結(jié)技術(shù)綠色化發展，SPS 具有升溫速度快、加熱時間短不久前、燒結(jié)溫度低等優(yōu)勢用上了，可形成超細晶粒甚至納米晶粒材料，同時無明顯各向異性能力建設￡P註；谝陨咸攸c，國內(nèi)外許多大學及科研機構(gòu)進行了 SPS 技術(shù)制備的新材料的研究與開發(fā)無障礙，并對 SPS技術(shù)的機理及特點進行了探索連日來。
Omori在利用 SPS燒結(jié)粉體時發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)過程中形成的 “放電頸部” 及粉末顆粒間的網(wǎng)狀 “橋連”，提出了粉末顆粒微區(qū)存在電場誘導的正負極系統，在脈沖電流作用下產(chǎn)生放電激發(fā)等離子體增強，對顆粒表面的凈化作用促進了燒結(jié)。金屬材料的 SPS 快速致密化解釋被借用到非導電陶瓷材料的燒結(jié)中交流等。Wang等對 SPS 燒結(jié)溫度場進行模擬分析更加廣闊，認為可能產(chǎn)生等離子體的區(qū)域為模腔中電磁場*強的區(qū)域，燒結(jié)時可能產(chǎn)生等離子體的時間是電流變化大的瞬間提高。然而對于非導電材料SPS 過程中放電與等離子體一直缺乏有力的實驗佐證可以使用。目前，一般認為陶瓷材料中放電/等離子體并非材料致密化或性能提升的主要貢獻因素紮實。
Munir 等*開發(fā)了高壓放電等離子燒結(jié)技術(shù)應用領域，并成功制備了相對密度大于98%，平均晶粒尺寸約為 10 nm 的氧化鋯及氧化鈰陶瓷進行培訓。 Xie 等利用 PL-SPS 技術(shù)首先合成了 ZrC 納米粉體發展機遇，并成功實現(xiàn)了細晶 ZrC 密實陶瓷的低溫制備。
SPS 放電等離子燒結(jié)技術(shù)可應(yīng)用于陶瓷各種領(lǐng)域法治力量，例如耐腐蝕全技術方案、耐磨擦陶瓷材料、超硬陶瓷工具共享、梯度功能及復合陶瓷材料信息化、非平衡新材料、模具等解決方案。隨著研究的不斷深入趨勢，諸如電場對SPS 過程的促進作用、非導體陶瓷密實化機理等基礎(chǔ)性學科問題將得到解決上高質量，未來放電等離子燒結(jié)技術(shù)將迎來廣闊的應(yīng)用前景一站式服務。
2.3微波燒結(jié)
微波燒結(jié)是利用微波電磁場中陶瓷材料的介質(zhì)損耗而使材料至燒結(jié)溫度從而實現(xiàn)陶瓷的燒結(jié)及致密化。微波燒結(jié)時材料吸收微波轉(zhuǎn)為材料內(nèi)部分子的動能和勢能深入交流，使材料整體加熱均勻引領作用， 內(nèi)部溫度梯度小，加熱和燒結(jié)速度快臺上與臺下∮玫氖嫘?？蓪崿F(xiàn)低溫快速燒結(jié)，顯著提高陶瓷材料的力學性能集聚效應。另外集成，微波燒結(jié)無需熱源，高效節(jié)能互動講。生產(chǎn)效率高穩定性，單件成本低研究與應用。其在陶瓷材料制備領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，為制備亞米級甚至微米級陶瓷材料提供了新的途徑更高效。
20 世紀 60 年代中期微波燒結(jié)技術(shù)提出全面協議，70 年代以來，國內(nèi)外對微波燒結(jié)技術(shù)進行了系統(tǒng)的研究具體而言，包括燒結(jié)機理工具、裝置優(yōu)化、介電參數(shù)喜愛、燒結(jié)工藝等重要的角色。
Zuo 等用微波燒結(jié) Al2O3 發(fā)現(xiàn)，減小原始顆粒尺寸或添加Mgo可顯著提高材料的致密化速率向好態勢，且燒結(jié)后可得到細小晶粒微觀結(jié)構(gòu)平臺建設。Cheng等利用微波燒結(jié)Al 2O3-TiC 時發(fā)現(xiàn)，材料的密度貢獻力量、斷裂韌度使用、硬度強烈依賴于溫度，1600℃燒結(jié)去創新，相對密度達到 99%足夠的實力，1700℃時相對密度達到 99.2%。Demirskyi等通過微波兩步燒結(jié)法 (1180 ℃結構，保溫 5 min更適合；1100℃，保溫 3 min) 溝通協調，制備了晶粒尺寸為94 nm 的 TiN陶瓷要素配置改革，其斷裂韌度及維氏硬度分別為 3.6 MPa m1/2 和 22.1 GPa。
90 年代后期保障性，微波燒結(jié)進入產(chǎn)業(yè)化階段帶動產業發展。微波燒結(jié)技術(shù)被用來生產(chǎn)光纖材料的原件、鐵氧體持續發展、超導材料必然趨勢、氫化鋰、納米材料等各類材料擴大。加拿大Index Tool 公司利用微波燒結(jié)制造 Si3N4刀具。美國發揮效力、加拿大等國采用微波燒結(jié)來批量制造火花塞瓷新格局、ZrO2、 Si3N4安全鏈、SiC顯示、 Al 2O3-TiC 等創新為先。但微波燒結(jié)技術(shù)現(xiàn)還未達到成熟的工業(yè)化水平，需要針對介電性能等基礎(chǔ)參數(shù)測定及數(shù)據(jù)庫建立科普活動、燒結(jié)致密機理創新延展、微觀組織演化過程、爐體結(jié)構(gòu)及保溫裝置等進行深入的研究長期間，促進陶瓷材料微波燒結(jié)向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展基本情況。
2.4自蔓延燒結(jié)
自蔓延高溫合成 (SHS)是二十世紀中期出現(xiàn)的一種材料制備技術(shù)，由前蘇聯(lián)科學家 Merzhanov 提出的一種材料燒結(jié)工藝高端化。此方法是基于放熱化學反應(yīng)的原理力量，利用外部能量誘發(fā)局部發(fā)生化學反應(yīng)，形成化學反應(yīng)前沿 (燃燒波 )提單產，此后深入實施，化學反應(yīng)在自身放出熱量的支持下繼續(xù)進行，隨著燃燒波的推進精準調控，燃燒蔓延至整個體系功能，合成所需材料。該方法設(shè)備解決、工藝簡單廣泛關註，反應(yīng)迅速，產(chǎn)品純度高集成技術，能耗低就能壓製。適用于合成非化學計量比的化合物、中間產(chǎn)物及亞穩(wěn)定相等適應能力。
20 世紀 80 年代以來更優美，自蔓延燒結(jié)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，并成功應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)防控，與許多其他領(lǐng)域技術(shù)結(jié)合成效與經驗，形成了一系列相關(guān)技術(shù)，例如堅實基礎，SHS 粉體合成技術(shù)稍有不慎、SHS燒結(jié)技術(shù)、SHS 致密化技術(shù)等地、SHS冶金技術(shù)等最為顯著。
中南大學郭睿倩等將溶膠 -凝膠法與自蔓延技術(shù)結(jié)合， 制備出了稀土摻雜鋇鐵氧體 BaLaxFe 12-xO9超細微粉規定，粉末粒徑小于 300 nm環境，其中 La 3+的加入可明顯改變 BaFe12O19 的電磁性能。遼寧工程技術(shù)大學陳永君等使用 HL-1500 無氦橫流 CO2 激光加工機成功制備了Fe-Al 合金高質量，并研究了原料配比對合金性能的影響相對簡便，當 70at%Al 時重要組成部分，試樣的顯微硬度大。當 50at%Al 時合作，試驗的耐磨性*好勃勃生機。張力利用自蔓延高溫合成法制備了碳化硼陶瓷，平均粒徑為100 nm極致用戶體驗。
SHS 技術(shù)可用于合成納米材料提供有力支撐、準晶和非準晶材料、氧化功能材料等引領作用】萍紝嵙?？捎糜谥谱鞅Ｗo涂層、研磨膏建設、拋光粉在此基礎上、刀具、加熱元器件前來體驗、形狀記憶合金自主研發、陶瓷 -金屬的焊接等。但 SHS 的工藝研究還需進一步深化更加廣闊，加強對產(chǎn)品致密化損耗、一步凈成型制品等工藝的研究。充分發(fā)揮其高效非常完善、節(jié)能的優(yōu)點性能穩定，使其從實驗階段邁向工業(yè)化生產(chǎn)。
陶瓷燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展直接影響著先進陶瓷材料的進展作用，是陶瓷制品成品中*的關(guān)鍵一步情況正常。近些年發(fā)展起來的燒結(jié)新技術(shù)都存在的各自的優(yōu)勢與劣勢，與工業(yè)化技術特點、大規(guī)模應(yīng)用存在著一定的距離提高鍛煉。所以對于燒結(jié)技術(shù)的改進優(yōu)化及新技術(shù)的研究還需要進一步深入。燒結(jié)技術(shù)的改進凝聚力量、創(chuàng)新等研究主要集中在以下幾點：
(1)機理有所提升、工藝等基礎(chǔ)理論研究需要加強；
(2)反應(yīng)可控新的力量、可生成規(guī)定尺寸或功能的陶瓷先進水平、精細化生產(chǎn)；
(3)節(jié)能環(huán)保去創新、成本低足夠的實力；
(4)可應(yīng)用工業(yè)化大批量生產(chǎn)。
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