致密化

固态烧结

就像传统陶瓷、先进陶瓷通过加热使粉末致密,这一过程称为烧结。然而,与传统陶瓷不同的是,先进的粉末不受高温下出现的玻璃状液体的颗粒溶解作用的影响。相反,固态烧结占主导地位。在这个过程中,物质从相邻粒子在热和压力的影响下,扩散到粒子之间生长的“颈部”区域,并最终将粒子结合在一起。随着颗粒间边界的增大,孔隙度逐渐减小,直到最后一个阶段,孔隙关闭,不再相互连接。

由于在固态烧结中不需要玻璃相来结合颗粒,因此在产生的致密陶瓷的晶界处没有会降低其性能的残余玻璃。因此,先进的陶瓷具有更好的性能。与传统的液体烧结材料相比,特别是在高温下。

然而,晶界处的气孔可以被晶界所消除扩散,生长晶粒内部留下的孔隙极难消除,无论物体烧结多长时间。由于这个原因,烧结助剂常用于增强高级陶瓷的烧结。在反应性液体,或瞬态液体,烧结,化学添加剂产生的临时液体促进烧结的初始阶段。液体随后被蒸发,被固体颗粒吸收,或结晶成固体。

固态烧结也有化学添加剂的辅助。氧化铝灯的烧结是一个典型的例子信封钠蒸汽路灯。灯的外壳必须能够容纳热钠放电,同时它必须是透明的,或者至少是半透明的,对可见光。必要的耐火性能可以在氧化铝,但材料不烧结到半透明,和剩余颗粒中残留的孔隙起散射光的作用。与然而,作为烧结助剂,氧化铝烧结成半透明。显然,镁在烧结过程中减缓了晶界的迁移。气孔保留在这些边界上,并通过晶界扩散而消除。可实现极低的孔隙率。

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Pressure-assisted烧结

加压可以辅助上述烧结过程。压力增加了致密化的驱动力,也降低了烧结所需的温度,低至一半熔点陶瓷的。此外,成形和致密化往往可以在一个步骤中完成。两种常用的压力辅助烧结方法是热压烧结和热压烧结热等静压(臀部)。

热压采用加热单动或双动压模机。组成或内衬冲压件和模具壁的材料是极其重要的,因为它不能与热压的陶瓷发生反应。不幸的是,复杂的形状不能通过热压加工。热等静压包括将绿色陶瓷浸入高压流体中(通常是一种高压流体)惰性气体如氩气或氦气)在高温下。为了施加压力挤压出残余孔隙,陶瓷片必须首先被压制到封闭孔隙阶段(没有开放的、相互连接的孔隙),否则就必须是封装有粘性涂层的,如玻璃。在“HIPing”过程中,高压流体压在工件外部,工件内部的残余气体冒出来并被消除。预成型的复杂形状,如涡轮叶片,转子和定子可以通过HIP致密化。

快速加热

奇异的能量沉积这些方法也用于高级陶瓷的烧结。原因之一是传统辐射供暖是缓慢的,使陶瓷粉末失去了大部分的活性,或烧结性,在加热过程中。因此,尽快将陶瓷加热到烧结温度是有利的。两种快速加热的方法是等离子烧结微波烧结。等离子烧结是在电离气体中进行的。高能电离粒子重新结合并在被烧结的陶瓷表面沉积大量能量。用这种方法可以获得极高的烧结速率。在微波烧结中,电磁辐射在微波频率下,可以穿透并在烧结陶瓷内部沉积热量,从而扭转传统辐射加热中常见的由外向内的温度梯度。辐射加热和微波加热的组合可用于获得均匀加热整个件。不幸的是,等离子体和微波烧结都不是有义务的复杂的形状。