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陶瓷的分类:
广义上的陶瓷材料指的是除有机和金属材料以外的其他所有材料,即无机非金属材料。主要分为传统陶瓷材料和先进陶瓷材料。
传统意义上的陶瓷是指以粘土及其天然矿物为原料,经过粉碎混合、成型、焙烧等工艺过程所制得的各种制品,通常会被称为称为"普通陶瓷"或传统陶瓷,例如日用陶瓷、建筑卫生陶瓷。
功能陶瓷中的电子陶瓷主要用作芯片、电容、集成电路的封装,传感器,绝缘体,铁磁体,压电陶瓷,半导体,超导体等。
结构陶瓷主要有切削工具、模具、耐磨零件、泵和阀部件、发动机部件、热交换器、生物部件和装甲等。主要的材料有:氮化硅、碳化硅、氧化锆和碳化硼、二硼化钛、氧化铝和塞隆等,其典型的特性有:高强度、低密度、耐高温、抗蠕变、耐磨损、耐腐蚀和化学稳定性好。这其中氮化硅已优异的综合性能备受关注,目前商用的氮化硅陶瓷主要用于切削工具,用于大功率风力发电轴承材料也是氮化硅非常值得期待的领域,除此之外,氮化硅基板也是一个备受关注的应用方向。
对于结构陶瓷而言,一直面临高成本、低可靠性和低重现性等问题,高成本和制造工艺和废品率高有关,可靠性与重现性低于韧性有关,陶瓷作为典型的脆性材料,在低温是不能通过形变来吸收能量,一旦裂纹尺寸达到临界数值,破坏就会发生,因此结构陶瓷的增韧手段一直以来都备受关注,目前增韧的方法有:颗粒增韧、晶须和纤维增韧及由应力诱导相变增韧等。
二:陶瓷行业主要工艺流程
陶瓷原料→粉体制备→浆料→成型→烧结→精加工
物理粉碎法:通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到粉体材料。其特点操作简单、成本低,但产品纯度相对较低,颗粒分布不均匀。物理粉碎也可以用于化学法制备的粉体材料后处理,可以粉体材料更加微细化,在合适的控制手段下,也可制备出粒度分布均匀,颗粒小的粉体材料。物理粉碎法方法涉及的设备有球磨机、砂磨机、气流粉碎等等各种设备。
真空冷凝法:用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体,然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控,但技术设备要求高。
气相沉积法:利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高,粒度分布窄。
沉淀法:把沉淀剂加入到盐溶液中反应后,将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行,但纯度低,颗粒半径大,适合制备氧化物。
水热合成:高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成,再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高,分散性好、粒度易控制。
溶胶凝胶法:金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化,再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多,产物颗粒均一,过程易控制,适于氧化物和Ⅱ~Ⅵ族化合物的制备。
微乳液法:两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液,在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好,Ⅱ~Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。
干法压制成形:干压成形、冷等静压成形;
塑性成形:挤压成形、注射成形、热蜡铸成形、扎膜成形;
浆料成形:注浆成形、流延成形、凝胶注模成形和原位凝固成形;
固体无模成形:熔融沉积成形、三维打印成形、分层实体成形、立体光刻成形和激光选取烧结成形。
浆料成型,例如注浆成型和流延成型的对象是浆料,液体占比一般在30%以上,具有较好的流动性,可填充模具的各个角落;塑性成型,例如挤压成型、轧膜成型的对象是坯料,液体占比一般在10%-30%之间,塑性较好,成型后几乎不变形;干法压制成型,例如干压成型和等静压成型的对象是造粒粉,液体占比一般低于10%,依靠压力提高造粒粉的堆积密度,烧结收缩小。至于固体无模成型则可以理解成为3D打印陶瓷范畴。部分成型工艺特点
从根本上说,烧结是粉末发生扩散传质产生致密化,从而使陶瓷材料具有均匀显微结构、稳定形状以及优异性能的过程。
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