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一、燒結的定義

    一種或多種固體（金屬、氧化物、氮化物、粘土等）粉末經過成型，當加熱到一定溫度后便開始收縮，在低于熔點溫度下即變成致密的、堅硬的燒結體，這種過程稱為“燒結”。

燒結現象示意圖

二、燒結方法

1、常壓燒結

此法為常用燒結方法，無需特殊的氣氛，在常壓下燒成，適用于無特殊要求的新型陶瓷制品的生產。為了降低燒結溫度，縮短燒成時間，需引入添加劑和使用易于燒結的粉料。

工藝特點：

工藝簡單，成本低，但容易殘留氣孔，強度較差。

2、熱壓燒結

熱壓燒結是對較難燒結的粉料或生坯在模具內施加壓力，同時升溫燒結的工藝。

熱壓燒結的加熱方式有電阻直接加熱、電阻間接加熱、感應間接加熱、感應直接加熱四種。

熱壓燒結用的模具材料有石墨、氧化鋁和碳化硅等。石墨可承受70MPa壓力，1500~2000℃的溫度；氧化鋁模可承受200MPa壓力。

工藝特點：

可降低成型壓力、燒結溫度，無需加燒結促進劑，能改善制品的性能。但過程及設備復雜，生產控制較嚴，模具材料要求高，能耗大。

3、反應熱壓燒結

高溫下粉料可能發生某種化學反應過程，利用這一化學反應進行的熱壓燒結工藝稱為反應熱壓燒結。在燒結傳質過程中，除利用表面自由能下降和機械作用力推動外，再加上一種化學反應能作為推動力或激化能，以降低燒結溫度，而得到致密陶瓷。反應熱壓燒結有下列幾種類型：

（1）相變熱壓燒結

氧化鋯在相變溫度和0.3MPa壓力下進行熱壓燒結可以在比正常燒結溫度低的情況下，幾十分鐘內燒結出高穩定、高強度、高透明度的細晶陶瓷。其相變溫度在800~1200℃之間緩慢進行。

（2）分解熱壓燒結

利用與某一氧化物陶瓷相對應的氫氧化物或水合物作為原料，它們在高溫過程中發生脫水或釋氣分解時，出現活性極高的介穩假晶結構。此時施加合適的機械力進行熱壓燒結，則可在較低溫度、壓力和短時間內獲得高密度、高強度的優質陶瓷。如用鎂或鋁的氫氧化物（或其硫酸鹽）來燒制氧化鎂、氧化鋁瓷，只需加0.3~1MPa壓力，溫度在900~1200℃，加壓0.5h可獲得相對密度為99%以上的制品。

（3）分解合成熱壓燒結

分解合成熱壓燒結是利用分解反應期的高度活性，在壓力作用下與異類物質產生合成反應，然后再在壓力作用下燒結成致密陶瓷。為使合成反應能進行得比較均勻和徹底，熱壓時間可以稍長些，但其燒成溫度通常都比分解反應的熱壓燒結溫度低。

4、熱等靜壓燒結

熱等靜壓燒結工藝是將粉末壓坯或裝入包套的粉料放入高壓容器中，在高溫和均衡壓力的作用下，將其燒結為致密體。

熱等靜壓燒結需要一個能夠承受足夠壓力的燒結室——高壓釜。小型熱等靜壓裝置中，加熱體可置于釜外，大型的則置于高壓釜之內，通常以鉬絲為發熱體，以氮、氬、氦等惰性氣體為傳壓介質。燒結溫度可高達2700℃之多，高壓釜本身可采用循環水冷卻，以保持足夠的強度和防止高溫腐蝕。

    熱等靜壓燒結可制造高質量的工件，其晶粒細勻、晶界致密、各向同性、氣孔率接近零，密度接近理論密度。該法已用于介電、鐵電材料，氮化硅、碳化硅及復合材料致密件等的生產。

工藝特點：

能制造結構均勻的高強度陶瓷制品；但需要產生高溫高壓氣體的裝置和復雜的模具，模具材料有純鐵、軟鋼、不銹鋼、鎳、鈦、鉬、鉑等。

5、無包套熱等靜壓燒結

無包套熱等靜壓燒結是80年代的新技術。該項技術是將粉料成型和預燒封孔后，通入壓力為1~10MPa的氣體進行燒結，以獲得無孔致密燒結的氧化物、氮化硅等新型陶瓷制品。

工藝特點：

與普通熱等靜壓燒結相比，無需投資大的熱等靜壓機，并取消了包套和剝套工序，降低了熱等靜壓成本；生產效率較高，可生產異形制品，無需后加工；無包套熱等靜壓燒結法可生產無孔致密材料，大大提高了制品的質量。

6、氣氛燒結

對于空氣中很難燒結的制品（如透光體或非氧化物），為防止其氧化，可在爐膛內通入一定量的某種氣體，在這種特定氣氛下進行燒結稱為“氣氛燒結”。此方法適用于：

（1）制備透光性陶瓷

以高壓鈉燈用氧化鋁透光燈管為例，為使燒結體具有優異的透光性，必須使燒結體中的氣體率盡量降低，只有在真空或氫氣中燒結，氣孔內的氣體才能很快地進行擴散而消除。其它如MgO、Y2O3、BeO、ZrO2等透光陶瓷也都應采用氣氛燒結法。

（2）防止非氧化物陶瓷的氧化

氮化硅、碳化硅等非氧化物陶瓷也必須在氮及惰性氣體中進行燒結。對于在常壓下高溫易于氣化的材料，可使其在稍高壓力下燒結。

（3）對易揮發成分進行氣氛控制

在陶瓷的基本成分中，如含有某種揮發性高的物質時，在燒結過程中，它將不斷向大氣擴散，從而使基質中失去準確的化學計量比。因此，為了保持必要的成分比，除在配方中適當加重易揮發成分外，還應注意燒成時的氣氛保護。

工藝特點：

可使燒結體具有優異的透光性，但影響因素多，工藝要求高。

7、反應燒結

反映燒結法是通過多孔坯體同氣相或液相發生化學反應，使坯體質量增加、孔隙減小，并燒結成具有一定強度和尺寸精度的成品的一種燒結工藝。

影響反應過程的因素有坯件原始密度、硅粉粒度和坯件厚度等。對于粗顆粒硅粉，氮氣的擴散通道少，擴散入硅顆粒中心部位需要的時間長，因此，反應增重少，反應的厚度薄。坯件原始密度大也不利于反應。

工藝特點：

能制造形狀復雜、尺寸的產品，燒結后產品尺寸不變，有氣孔殘留，制品強度低。

8、化學氣相沉積法

化學氣相沉積法簡稱CVD法，其方法是將準備在其表面沉積一層瓷質的物質置于真空室中，加熱至一定溫度，然后將欲被覆瓷料的氣態化合物通過加熱載體的表面。在某一特定的溫度下，氣體與加熱基體的表面接觸后，氣相發生分解反應，并將瓷料沉積于基體表面。隨著分解產物的不斷沉積，晶粒不斷長大，直至形成致密多晶的結構。

工藝特點：

能獲得高純度制品，但易殘留氣孔，不能制造大型或厚壁產品。