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陶瓷的定义及工艺过程
2022年04月21日 发布 分类:粉体入门 点击量:227
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我们把陶瓷学定义为制造和应用由无机非金属材料作为基本组分组成的固体制品的技艺和科学。这一定义不仅包括陶器、瓷器、 耐火材料、结构黏土制品、磨料、搪瓷、水泥和玻璃等材料,而且 还包括非金属磁性材料、铁电体、人工晶体、玻璃陶瓷以及几年前还不存在甚至至今尚未出现的其他各种各样的制品。

现代制造方法的发展、对所用材料的严格技术要求以及新的和独特的性能,使得传统的定义对于我们的目标来说是太狭窄 了。新颖的陶瓷材料和新的制造方法的岀现,要求我们对这种技艺 和科学进行基础性的探讨,并且要对相关领域有更广泛的认识。

陶瓷工业

陶瓷工业一个重要的特点在于它是许多其他工业部门得以成功运作的基础。例如,耐火材料是冶金工业的基本组成部分,磨料是机床工业和汽车工业 所必需的,玻璃制品对于汽车工业以及建筑、电子和电气工业都是必不可少 的,氧化铀燃料对核动力工业也很重要,水泥则是建筑工业的基础材料。具有 各种特殊电性能和磁性能的陶瓷对于计算机以及其他许多电子设备的发展至关 重要。事实上,几乎每一条工业生产线、每个办公室和家庭都与陶瓷材料有 关。新设计出来的各种器件之所以使用陶瓷材料,就是因为陶瓷具有适用的化 学、电学、力学、热学和结构性能。

陶瓷之所以重要,首先是由于它们构成了一个大型而基础的产 业,其次则因为在许多应用中陶瓷的性能具有关键性的作用。

陶瓷工艺过程

陶瓷的一个主要特点是脆性,在断裂发生时只有很小的形变甚至没有形变。这种属性和能够发生屈服与变形的金属正好相反。因此,陶瓷不 能釆用一般用于金属的形变工艺来成形。已经发展出两种基本的陶瓷成形工 艺。一种是用细颗粒陶瓷原料拌以液体或黏结剂或润滑剂或气体空隙,这样的 混合物具有利于成形的流变性质; 这些细颗粒经热处理后可以聚结成为黏合的有用制品。这种工艺的要点是首先 寻求或制备细小的粉粒,将其成形,然后经焙烧将其黏结在一起。第二种基本 工艺是将原料熔融成液体,然后在冷却和固化时成形;这种工艺非常广泛地应用于成形玻璃制品。说得完整一些,我们还应当提到在模型中成形的方法,或是用含有如波特兰水泥或硅酸乙酯这类黏结剂的陶瓷料浆浸涂成形的方法。


艺流程:包括浆料制备、流延成型、干燥、脱脂、烧结等工序。

1.原材料

自然界中发现的各种矿物类型主要是由矿物元素的蕴藏量和它们的地质化学特性所决定的。注意到氧、硅、铝三者的总量约占地壳中元素总量 的90% ,因此占优势的矿物是硅酸盐和铝硅酸盐就不足为奇了。这些 矿物和其他氧化物矿物一起,构成了天然蕴藏的丰富的陶瓷原材料。矿物一起,构成了天然蕴藏的丰富的陶瓷原材料。


地壳中常见元素的质量分数

陶瓷工业中所用的矿物原料主要是在复杂的地质变化过程中所形成的无机 非金属结晶固体。这些原料的陶瓷性质很大程度取决于其基本成分的晶体结构 和化学组成以及共生矿物的性质和含量。由于形成矿床的地质环境以及后来的 地质历史过程中所发生的物理和化学变化等方面的差异,不同产地甚至是同一 产地的原材料的矿物学特性及其相关的陶瓷性能也会有很大的差异。

2.成形与烧成

原材料及其制备方法是影响成形和烧成工艺的关键因素。除了对颗粒尺寸及其分布有一定要求以外,还需要将原料充分混合。以使坯体内具有均匀的性质,同时有利于烧成过程中各个组分之间的相互反应。制备泥浆或细颗粒塑性坯料时常用的方法是将各种原料一同置于球磨或搅拌器中进行湿法混合。为使湿磨的混合料脱水,可采用压滤或者更为普遍的喷雾干燥。烧成过程借助于由表面能所引起的毛细管作用力来使材料固化和致密,而这个作用力是与颗粒尺寸成反比的,所以为使烧结成功就必须有相当比例的细颗粒材料。

烧成过程借助于由表面能所引起的毛细管作用力来使材料固化和致密,而这个作用力是与颗粒尺寸成反比的,所以为使烧结成功就必须有相当比例的细颗粒材料。

3.熔融与固化

大多数陶瓷材料在固化时会产生大的体积变化,加之陶瓷的导热性差及其固相是脆性的,因此不宜采用像金属铸造那样的熔融与固化工艺。近年来发展了单向固化技术,可以有效地避免固化工艺上的许多困难。单向固化主要用来成形结构受到控制的金属合金,这些合金由于应用于高温燃气轮机的透平叶片而特别引起人们的注意。就我们所知,尚没有大规模采用这种方法来生产陶瓷;但是我们预料,在今后10年中陶瓷单向固化技术将发展成为一个活跃的研究领域。

工业玻璃成形工艺最引人注目的特点是成形的快速性及实现自动化的程度。事实上,这种发展是技术上的进步影响工业的典型实例。在玻璃成形机械出现以前,大部分生产容器的工业是以烦器为基础的。大量的小规模的炫器制造者专为制造容器而存在。自动化玻璃成形机械的发展,允许在连续生产的基础上快速而有效地生产容器,从而把焰器从普通应用中淘汰了。

4.特殊工艺

除了广泛适用且大量采用的工艺以外,还有各种各样的特殊工艺对原来的工艺方法进行了新增、改进、扩展或取代,包括釉料、搪瓷及涂层的应用,压力和温度同时作用的热压材料,金属与陶瓷封接方法,玻璃的结晶,精修及机械加工,单晶制备以及气相沉积工艺。



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