新传感器与敏感材料全册配套完整精品课件3.ppt

1、73/1 新传感器与敏感材料全册配套新传感器与敏感材料全册配套 完整精品课件完整精品课件3 73/2 主要知识点：主要知识点： 2.1 电子陶瓷粉体制备电子陶瓷粉体制备 2.2 电子陶瓷的成型电子陶瓷的成型 2.3 电子陶瓷的烧结电子陶瓷的烧结 第二章第二章 电子陶瓷原料选择与制备工艺电子陶瓷原料选择与制备工艺 材料与物性、现象、用途间的关系：材料与物性、现象、用途间的关系： 具体化具体化现象现象 经济性经济性 材料材料 作用作用 改善改善 原料原料 工艺工艺 条件条件 物性物性 用途用途 以材料为中心，以材料为中心， 从物性从物性 现象现象 用途周转循环，用途周转循环， 巧妙地应用此表巧妙地

2、应用此表 征方法能容易做征方法能容易做 到逐步地改进材到逐步地改进材 料，不断创造出料，不断创造出 性能更好、更稳性能更好、更稳 定的产品。定的产品。 材料设计思路材料设计思路 改变结构改变结构 制备制备 观测观测 测试测试 实际使用实际使用 微观组织结构设计微观组织结构设计 制备方法设计制备方法设计 系统设计系统设计 结构设计结构设计 原料原料 材料试样材料试样 组织结构组织结构 特性特性 可否可否 评价评价 电子陶瓷制备工艺流程图：电子陶瓷制备工艺流程图： 成型排胶排胶烧结 机械加工机械加工表面金属化表面金属化 性能测试性能测试 粉料加工粉料加工配料计算配料计算 原料准备原料准备 73/6

3、 2.1 电子陶瓷电子陶瓷粉体的制备粉体的制备 2.1.1 2.1.1 电子陶瓷制备过程电子陶瓷制备过程 73/7 化学试剂化学试剂(化工原料化工原料)： 电子陶瓷常用原料，一般化工原料采用化学组成分级。电子陶瓷常用原料，一般化工原料采用化学组成分级。 工业纯（工业纯（IR） Industrial Reagent 98.0% 化学纯（化学纯（CP） Chemical Purity 99.0% 分析纯（分析纯（AR） Analytical Reagent 99.5% 光谱纯（光谱纯（GR） Guarateend Reagent 99.9% 电子级原料电子级原料 专用专用 电子瓷原料电子瓷原料 人

4、工合成、提纯原料（化学试剂，电子级粉料）人工合成、提纯原料（化学试剂，电子级粉料） 天然矿物原料（硬质原矿，软质原矿）天然矿物原料（硬质原矿，软质原矿） 2.1.2 电子陶瓷原料电子陶瓷原料 一、原料分类一、原料分类 73/8 二、原料的评价二、原料的评价 化学成份、结构、颗粒度、形貌化学成份、结构、颗粒度、形貌 三、电子瓷原料的选择三、电子瓷原料的选择 1 1、在保证产品性能的前提下，尽量选择低纯度原料；、在保证产品性能的前提下，尽量选择低纯度原料； 2 2、各种杂质及种类对产品的影响要具体分析。、各种杂质及种类对产品的影响要具体分析。 杂质杂质 利利：能对影响产品的不利因素进行克制，能与产

5、品的某成：能对影响产品的不利因素进行克制，能与产品的某成 份形成共熔物或固溶体从而促进烧结，降低烧结温度份形成共熔物或固溶体从而促进烧结，降低烧结温度 ，使瓷件致密。，使瓷件致密。 害害：产生各种不必要的晶相及晶格缺陷，影响产品性能：产生各种不必要的晶相及晶格缺陷，影响产品性能 在在实验研究实验研究中，对电子陶瓷主晶相原料一般采用化学纯中，对电子陶瓷主晶相原料一般采用化学纯 （CP99%CP99%）或分析纯粉料，而掺杂（也称小料）原料则应采）或分析纯粉料，而掺杂（也称小料）原料则应采 用光谱纯（用光谱纯（GR99.9%GR99.9%）。）。 73/9 2.1.3 原料的颗粒度与粉碎原料的颗粒度

6、与粉碎 一、电子陶瓷对粒度的要求一、电子陶瓷对粒度的要求 要求：愈细愈好，在要求：愈细愈好，在10m10m以下（称细粉）。以下（称细粉）。 细粒的优点：细粒的优点： 1 1、有利于各组份混合均匀，使其在高温时反应物的生成也均匀，、有利于各组份混合均匀，使其在高温时反应物的生成也均匀， 不偏离配方（不偏离配方（混合混合）。）。 2 2、细粒有利于提高粉料的填充系数和造粒质量，从而提高坯体、细粒有利于提高粉料的填充系数和造粒质量，从而提高坯体 的成型密度（的成型密度（成型成型）。）。 3 3、提高粉料活性，降低烧成温度（、提高粉料活性，降低烧成温度（烧结烧结）。）。 73/10 二、原料的粉碎方法

7、及原理二、原料的粉碎方法及原理 粉碎粉碎( (三个方面三个方面) )： 粉碎方法粉碎方法用机械装置对原料进行撞击、碾压、磨擦使原料用机械装置对原料进行撞击、碾压、磨擦使原料 破碎圆滑。破碎圆滑。 粉碎原理粉碎原理机械能转换为粉料的表面能和缺陷能，能量转换机械能转换为粉料的表面能和缺陷能，能量转换 过程。过程。 粉碎要求粉碎要求效率高，避免混入杂质。效率高，避免混入杂质。 1 1、粉碎在短期内达到预定的细度或说达到某一细度所消耗的、粉碎在短期内达到预定的细度或说达到某一细度所消耗的 能量少，时间短。能量少，时间短。 2 2、尽量减少粉碎机械装置的杂质引入。、尽量减少粉碎机械装置的杂质引入。 73

8、/11 球磨机球磨机 73/12 （三）粒度测量（三）粒度测量 粒度的测量方法主要有筛分法、显微分析法、沉降粒度的测量方法主要有筛分法、显微分析法、沉降 法、比表面积法、激光散色法、电泳分析法、法、比表面积法、激光散色法、电泳分析法、X X射线衍射线衍 射法等。射法等。 73/13 3.1.4 电子陶瓷粉体的制备电子陶瓷粉体的制备 要使制备的陶瓷具有良好的可靠性和重复性，具有如下特性：要使制备的陶瓷具有良好的可靠性和重复性，具有如下特性： (1)(1)化学成分配比准确化学成分配比准确。 (2)(2)粉体纯度高粉体纯度高：粉体中的杂质情况，关系到电子陶瓷的：粉体中的杂质情况，关系到电子陶瓷的 各

9、项物理性能能否得到保证；同时，对烧结过程也有不同程各项物理性能能否得到保证；同时，对烧结过程也有不同程 度的影响。度的影响。 (3)(3)成分分布均匀成分分布均匀：成分分布的不均匀会使局部成分配比：成分分布的不均匀会使局部成分配比 偏离平均配比值，从而影响粉体的烧结及制品的性能。偏离平均配比值，从而影响粉体的烧结及制品的性能。 73/14 (4)(4)粉体应尽可能具备成品所需的物相，并在烧结过程中不发粉体应尽可能具备成品所需的物相，并在烧结过程中不发 生对产品性能不利的生对产品性能不利的相变相变。 (5)(5)粒度细粒度细：所以原粒大小常常决定了粉体的烧结性能。电子：所以原粒大小常常决定了粉体

10、的烧结性能。电子 陶瓷的额粒尺寸应在一定的范围内。陶瓷的额粒尺寸应在一定的范围内。 (6)(6)粒度尺寸分布窄粒度尺寸分布窄：在一定温度下，尺寸不同的颗粒烧结速：在一定温度下，尺寸不同的颗粒烧结速 度不同。度不同。 (7)(7)无团聚体无团聚体：要想获得理想的显微结构，粉体中不能有团聚：要想获得理想的显微结构，粉体中不能有团聚 体存在。体存在。 具有以上各种性质的粉体，称为理想粉体。具有以上各种性质的粉体，称为理想粉体。 机械研磨气流研磨 机械制粉 液体雾化蒸发凝聚 物理制粉 气相沉积还原化合电化学法 化学制粉 粉末的制备 主要采用的方法主要采用的方法 （一）固相烧结反应法制粉（一）固相烧结反

11、应法制粉 1 1、配料、配料 用用BaCOBaCO3 3和和TiOTiO2 2制备制备BaTiOBaTiO3 3烧块，其反应为烧块，其反应为 BaCOBaCO3 3+T+Ti iO O2 2 BaT BaTi iO O3 3+CO+CO2 2 用用PbPb3 3O O4 4和和ZrOZrO2 2制备制备PbZrOPbZrO3 3烧块，其反应为烧块，其反应为 2Pb2Pb3 3O O4 4+6ZrO+6ZrO2 2 6PbZrO 6PbZrO3 3+O+O2 2 固相烧结反应法固相烧结反应法 一般采用较多一般采用较多 溶液合成反应法溶液合成反应法 Sol-Gel Sol-Gel（溶胶（溶胶- -

12、凝胶）法凝胶）法 特殊要求的瓷料特殊要求的瓷料 常见合成电子陶瓷主晶相的制粉工艺：常见合成电子陶瓷主晶相的制粉工艺： 2 2、反应煅烧（预烧合成）、反应煅烧（预烧合成） 过程：预烧料混均过程：预烧料混均烘干烘干装钵装钵低温煅烧低温煅烧 如，将如，将BaCO3和和TiO2混合煅烧则有下列反应：混合煅烧则有下列反应： BaCOBaCO3 3 BaO+COBaO+CO2 2 BaO+TiO BaO+TiO2 2 BaTiOBaTiO3 3 有关参数的确定有关参数的确定： 预烧温度的确定预烧温度的确定TG-DTATG-DTA（热重（热重差热）分析法。差热）分析法。 晶相种类鉴定晶相种类鉴定X X射线衍

13、射法。射线衍射法。 粉料体系性能鉴定粉料体系性能鉴定粒径测量与分析。粒径测量与分析。 分解 合成 合成过程的热分析曲线合成过程的热分析曲线 1-DTA差热分析曲线差热分析曲线, 2-TG失重曲线失重曲线, 3-收缩曲线收缩曲线 （二）溶液合成反应法制粉（二）溶液合成反应法制粉 1 1、溶液反应法的基本工艺、溶液反应法的基本工艺 基本工艺基本工艺： 制备金属盐的水溶液制备金属盐的水溶液 混合有关溶液制备混合有关溶液制备 复盐复盐固液分离固液分离低温煅烧成活性粉料。低温煅烧成活性粉料。 2 2、溶液反应过程溶液反应过程 例如，配制例如，配制BaTBaTi iO O3 3和和SrTSrTi iO O

14、3 3的固溶体（的固溶体（BaBa1-x 1-xSr Srx x）T Ti iO O3 3， 简称简称BSTBST。 设设x=0.4x=0.4则分子式为则分子式为(Ba(Ba0.60.6 Sr Sr0.40.4)T)Ti iO O3 3，选原料为，选原料为BaClBaCl2 2、 SrClSrCl2 2、T Ti iClCl4 4。 按比例 4 4、低温煅烧、低温煅烧 例：例： B aB a0 . 60 . 6S rS r0 . 40 . 4T Ti iO ( CO ( C2 2O O4 4) )2 2 4 H4 H2 2O O (Ba(Ba0.60.6SrSr0.40.4)T)Ti iO O

15、3 3+2CO+2CO+2CO+2CO2 2+4H+4H2 2OO c475 3 3、固液分离过程、固液分离过程 将将BaClBaCl2 2、SrClSrCl2 2、T Ti iClCl4 4溶液混合并保证溶液混合并保证BaBa2+ 2+:Sr :Sr2+ 2+:Ti :Ti4+ 4+=6:4:10 =6:4:10。 混合溶液慢慢滴入已加热至混合溶液慢慢滴入已加热至80808585，并快速搅伴着的草酸，并快速搅伴着的草酸 溶液中则发生下列反应：溶液中则发生下列反应： 0.6BaCl0.6BaCl2 2+0.4SrCl+0.4SrCl2 2+T+Ti iClCl4 4+2H+2H2 2C C2

16、2O O4 4( (草酸草酸)+5H)+5H2 2O O Ba Ba0.6 0.6 SrSr0.4 0.4 T Ti iO(CO(C2 2O O4 4) )2 2 4H 4H2 2O(4O(4水草酸钛锶钡沉水草酸钛锶钡沉 淀淀)+6HCl )+6HCl c8580 ( (三三) ) 固相烧结反应法、溶液合成反应法制粉优缺点固相烧结反应法、溶液合成反应法制粉优缺点 烧结法烧结法： (1)(1)煅烧温度高煅烧温度高。反应物以固态颗粒状结合，要形成相互固溶体，则遇到传质距离远，。反应物以固态颗粒状结合，要形成相互固溶体，则遇到传质距离远， 接触面积小，所需激活能高的困难，故所要求的烧结反应温度也较高

17、。接触面积小，所需激活能高的困难，故所要求的烧结反应温度也较高。 (2)(2)颗粒较粗颗粒较粗，煅烧对象是非均匀混合态。，煅烧对象是非均匀混合态。 (3)(3)有杂质混入有杂质混入。用机械方法碾碎和混均粉料，混入杂质的机会较大。用机械方法碾碎和混均粉料，混入杂质的机会较大。 (4)(4)工艺流程环节较多工艺流程环节较多，设备较大、复杂化。有粉碎、预烧、再粉碎工序。，设备较大、复杂化。有粉碎、预烧、再粉碎工序。 (5)(5)生产周期较短生产周期较短，制粉产量大，各种产品均适用。，制粉产量大，各种产品均适用。 溶液法溶液法： (1)(1)煅烧温度低煅烧温度低。溶液法反应过程以离子状态进行，生成的沉

18、淀物干燥后。溶液法反应过程以离子状态进行，生成的沉淀物干燥后 稍加温度的激活就容易分解成比表面很大的粉料体系。稍加温度的激活就容易分解成比表面很大的粉料体系。 (2)(2)颗粒细颗粒细，煅烧对象是均相中获得的极其分散、极其均匀的混合态。，煅烧对象是均相中获得的极其分散、极其均匀的混合态。 (3)(3)基本上无杂质混入基本上无杂质混入。没有了粉碎混合工序，减少了混杂。没有了粉碎混合工序，减少了混杂。 (4)(4)流程紧凑流程紧凑，设备简单。，设备简单。 (5)(5)生产周期长生产周期长，制粉量少，粉料损失严重且适用范围有限。，制粉量少，粉料损失严重且适用范围有限。 73/23 陶瓷粉体的塑化陶瓷

19、粉体的塑化 由于电子陶瓷烧成后的加工是非常因难的，故所有电子陶瓷由于电子陶瓷烧成后的加工是非常因难的，故所有电子陶瓷 器件在烧结之前都必须按其作用、功能的要求，预先制成必器件在烧结之前都必须按其作用、功能的要求，预先制成必 要的形状。因此，对成型前的粉体就要求它具有一定的要的形状。因此，对成型前的粉体就要求它具有一定的可可 塑性塑性，即成型前需要添加一定数量的塑化剂。，即成型前需要添加一定数量的塑化剂。 塑化剂有无机塑化剂和有机塑化剂两类塑化剂有无机塑化剂和有机塑化剂两类。电子陶瓷一般采用。电子陶瓷一般采用 有机塑化剂。有机塑化剂通常由有机塑化剂。有机塑化剂通常由粘合剂粘合剂、增塑剂增塑剂和和

20、溶剂溶剂组成。组成。 粘合剂的种类繁多，不同的成型方法，不同的粉体，往往采粘合剂的种类繁多，不同的成型方法，不同的粉体，往往采 用不同的粘合剂。用不同的粘合剂。 3、粉料的塑化和造粒、粉料的塑化和造粒 73/24 (1)(1)粉体堆积密度越大越好粉体堆积密度越大越好。 (2)(2)粉体形状近似球形粉体形状近似球形。事实证明，近似球形的粒形，流动性好，。事实证明，近似球形的粒形，流动性好， 可以得到较大的坯体密度。可以得到较大的坯体密度。 (3)(3)粒度配合粒度配合。球形助体的流动性虽好，但其。球形助体的流动性虽好，但其堆积堆积密度不够理想。密度不够理想。 等径球的最紧密堆集，也有等径球的最紧

21、密堆集，也有2626的空隙为了进一步提高堆集的空隙为了进一步提高堆集 密度，必须有更小的球粒来填充此空隙。密度，必须有更小的球粒来填充此空隙。 经验证明，粗、细粒的半径比可变化于经验证明，粗、细粒的半径比可变化于3 3：1 11010：1 1之间，而粗、之间，而粗、 细粒的体积比应大于细粒的体积比应大于2 2：1 1才能得到较大的坯体密度。才能得到较大的坯体密度。 73/25 主要知识点：主要知识点： 2.1 电子陶瓷粉体制备电子陶瓷粉体制备 2.3 电子陶瓷的烧结电子陶瓷的烧结 2.4 电子陶瓷的后处理技术电子陶瓷的后处理技术 第二章第二章 电子陶瓷原料选择与制备工艺电子陶瓷原料选择与制备工

22、艺 成型成型：由坯料（泥料）加工成坯体的工序称为成型。：由坯料（泥料）加工成坯体的工序称为成型。 典型的成型方法与适用范围典型的成型方法与适用范围： 干压（片状）、挤压（圆柱、圆筒状）、轨膜（薄片状）、干压（片状）、挤压（圆柱、圆筒状）、轨膜（薄片状）、 注浆、热压铸、车坯（较为复杂的形状）、流延、印刷（膜注浆、热压铸、车坯（较为复杂的形状）、流延、印刷（膜 状）。状）。 2.2.1 概述概述 成型的目的是将调整好的粉体通过压制、粉浆浇注、注射、成型的目的是将调整好的粉体通过压制、粉浆浇注、注射、 挤压、轧制等方法制成具有要求形状的坯体，以便进行烧挤压、轧制等方法制成具有要求形状的坯体，以便进

23、行烧 结。结。 73/27 成型方法特点成型方法特点 成型方法成型方法加压范围加压范围加压温度加压温度模具材料模具材料使用范围及特使用范围及特 点点 金属模压成型金属模压成型40-100Mpa常温常温高碳钢、硬质高碳钢、硬质 合金合金 形状简单，尺形状简单，尺 寸小，批量大寸小，批量大 的制品的制品 等静压成型等静压成型70-200Mpa常温常温乳胶、橡胶乳胶、橡胶形状复杂，尺形状复杂，尺 寸不大，批量寸不大，批量 小的制品小的制品 粉浆浇注成型粉浆浇注成型常压常压常温常温石膏石膏形状很复杂，形状很复杂， 尺寸大的制品尺寸大的制品 挤压成型挤压成型0.7-7Mpa冷挤：冷挤：40- 200 热

24、挤：热挤：800- 1200 高碳钢、普通高碳钢、普通 钢钢 棒、管及截面棒、管及截面 积不规则的长积不规则的长 条形制品条形制品 73/28 各种成型技术的比较各种成型技术的比较 成型方法成型方法成型用料成型用料均匀性均匀性效率效率成本成本 干压成型干压成型粉体粉体差差中等中等低低 等静压等静压粉体粉体中等中等中等中等中等中等 挤压挤压塑性体塑性体中等中等高高中等中等 注浆注浆悬浮体悬浮体中等中等低低低低 流延成型流延成型悬浮体悬浮体好好高高中等中等 注射成型注射成型塑性体塑性体好好中等中等高高 73/29 成型设备成型设备 73/30 2.2.2 干燥与排塑干燥与排塑 干燥是借助热能使坯体

25、中的水分汽化，并由干燥介质带走的干燥是借助热能使坯体中的水分汽化，并由干燥介质带走的 过程。这个过程是坯料和干燥介质之间的传热传质过程。过程。这个过程是坯料和干燥介质之间的传热传质过程。 结合形式结合形式特点特点备注备注 化学结合水化学结合水参与物质结构，结合参与物质结构，结合 形式最牢固，排出时形式最牢固，排出时 必须有较高的能量必须有较高的能量 排出温度高，烧成时排出温度高，烧成时 才能排除才能排除 吸附水吸附水物质表面的原子有不物质表面的原子有不 饱和键，它与分子间饱和键，它与分子间 产生引力，从而出现产生引力，从而出现 润湿于表面的吸附水润湿于表面的吸附水 层。这种水密度大，层。这种水

26、密度大， 冰点低。冰点低。 排除吸附水没有实际排除吸附水没有实际 意义，因为坯体很快意义，因为坯体很快 又从空气中吸附水分又从空气中吸附水分 达到平衡达到平衡 机械结合水机械结合水/收缩水收缩水又称自由水，它分布又称自由水，它分布 在物质固体颗粒之间在物质固体颗粒之间 从工艺上讲，干燥过从工艺上讲，干燥过 程只排除自由水。程只排除自由水。 水与坯料的结合形式水与坯料的结合形式 73/31 全部干燥过程分为三个阶段全部干燥过程分为三个阶段。 第一阶段，只有收缩水的蒸发，没有气孔的形成，脱水第一阶段，只有收缩水的蒸发，没有气孔的形成，脱水 时粉体颗粒相互结近，收缩急剧进行，此时制品减少的时粉体颗粒

27、相互结近，收缩急剧进行，此时制品减少的 体积等于除去水分的体积。体积等于除去水分的体积。 第二阶段，不仅有收缩水排除，还有气孔水的排除。水第二阶段，不仅有收缩水排除，还有气孔水的排除。水 分排除时，既产生坯体收缩，又在坯体中产生部分气孔。分排除时，既产生坯体收缩，又在坯体中产生部分气孔。 第三阶段，收缩停止除去水分的体积等于形成气孔的第三阶段，收缩停止除去水分的体积等于形成气孔的 体积。体积。 73/32 影响排塑过程的因素影响排塑过程的因素: : (1) 温度和保温时间对排塑过程的影响温度和保温时间对排塑过程的影响 (2) 坯体的外形尺寸、壁厚、表面面积对排塑过程的影坯体的外形尺寸、壁厚、表

28、面面积对排塑过程的影 响响 壁厚越小、表面积与体积之比越大排塑越容易，壁厚越小、表面积与体积之比越大排塑越容易， 即可较快地升温。即可较快地升温。 (3) 塑化剂的组成和数量对排塑过程的影响塑化剂的组成和数量对排塑过程的影响 不同的塑化剂其熔点、沸点、粘度各木相同，与瓷不同的塑化剂其熔点、沸点、粘度各木相同，与瓷 粉的吸附或结合能力也不同，其排塑过程有难易之粉的吸附或结合能力也不同，其排塑过程有难易之 别。别。 73/33 主要知识点：主要知识点： 2.1 电子陶瓷粉体制备电子陶瓷粉体制备 2.2 电子陶瓷的成型电子陶瓷的成型 2.4 电子陶瓷的金属化和封接电子陶瓷的金属化和封接 第二章第二章

29、 电子陶瓷原料选择与制备工艺电子陶瓷原料选择与制备工艺 73/34 电子陶瓷的烧结电子陶瓷的烧结 2.3.1 概述概述 2.3.2 烧结过程及其机理烧结过程及其机理 2.3.3 烧结技术及其实例烧结技术及其实例 2.3.4 最佳烧成制度的确定最佳烧成制度的确定 72/35 原料制备工艺原料制备工艺 混混 合合 煅煅 烧烧 粉粉 碎碎 造造 粒粒 成成 型型 烧烧 结结 之之 前前 工工 艺艺 烧烧 成成 工工 艺艺 固固 相相 反反 应应 烧成时间、温度烧成时间、温度 烧烧 成成 气气 氛氛 热热 压压 添添 加加 剂剂 陶瓷强度陶瓷强度 烧结体中的气孔烧结体中的气孔 （高致密化）（高致密化）

30、 控制晶粒生长控制晶粒生长 烧成后处理烧成后处理 72/36 前期因素前期因素 内在因素内在因素 外界因素外界因素 本质的本质的次要的次要的 材料种类材料种类晶粒大小晶粒大小杂质种类杂质种类添加剂的种类数量添加剂的种类数量 制备条件制备条件颗粒大小颗粒大小杂质数量杂质数量粉碎处理粉碎处理 分解温度分解温度颗粒分布颗粒分布结构缺陷结构缺陷高能照射高能照射 分解时间分解时间颗粒形状颗粒形状结构畸变结构畸变超声波处理超声波处理 煅烧温度煅烧温度表面状态表面状态形态的稳定性形态的稳定性储藏气氛储藏气氛 煅烧时间煅烧时间表面能表面能成型方法压力成型方法压力 扩散系数扩散系数烧结温度时间烧结温度时间 粘度

31、粘度升温速度降温速度升温速度降温速度 转变点转变点炉内压力气氛炉内压力气氛 影响烧结的因素影响烧结的因素 73/37 烧结温度和熔点的关系烧结温度和熔点的关系 泰曼指出，纯物质的烧结温度泰曼指出，纯物质的烧结温度Ts与其溶点与其溶点Tm有如有如 下近似关系：下近似关系： 金属粉末金属粉末T Ts s （0.30.30.40.4）T Tm m 无机盐类无机盐类T Ts 0.57 s 0.57 T Tm m 硅酸盐类硅酸盐类T Ts s （0.80.80.90.9）T Tm m 实验表明，物料开始烧结温度常与其质点开始明实验表明，物料开始烧结温度常与其质点开始明 显迁移的温度一致。显迁移的温度一致

32、。 73/38 烧结致密（气孔少）烧结致密（气孔少） 烧结不致密（气孔多）烧结不致密（气孔多） 73/39 烧结温度对烧结温度对AlN晶粒尺寸的影响晶粒尺寸的影响 73/40 不同烧结条件下不同烧结条件下MgO的烧结致密度表的烧结致密度表 73/41 主要烧结方法：主要烧结方法： ）常压烧结）常压烧结 2 ）热压烧结）热压烧结 3 ）热等静压）热等静压 4 ）放电等离子体烧结）放电等离子体烧结 5 ）微波烧结）微波烧结 6 ）反应烧结）反应烧结 7 ）爆炸烧结）爆炸烧结 8 ）自蔓延高温烧结）自蔓延高温烧结 73/42 热压炉热压炉 73/43 放电等离子体烧结炉（放电等离子体烧结炉（SPS）

33、 73/44 气压烧结炉（气压烧结炉（GPS） 73/45 微波烧结炉微波烧结炉 73/46 自蔓延高温烧结装置自蔓延高温烧结装置 73/47 热等静压热等静压 热等静压工艺（热等静压工艺（Hot Isostatic Pressing，简写为，简写为HIP） 是将粉末压坯或装入包套的粉料装入高压容器中，使粉料是将粉末压坯或装入包套的粉料装入高压容器中，使粉料 经受高温和均衡压力的作用，被烧结成致密件。经受高温和均衡压力的作用，被烧结成致密件。 其其基本原理基本原理是：以气体作为压力介质，使材料（粉料、是：以气体作为压力介质，使材料（粉料、 坯体或烧结体）在加热过程中经受各向均衡的压力，借助坯体

34、或烧结体）在加热过程中经受各向均衡的压力，借助 高温高温和和高压高压的共同作用促进材料的致密化。的共同作用促进材料的致密化。 目前，热等静压技术的主要应用有：金属和陶瓷的固目前，热等静压技术的主要应用有：金属和陶瓷的固 结，金刚石刀具的烧结，铸件质量的修复和改善，高性能结，金刚石刀具的烧结，铸件质量的修复和改善，高性能 磁性材料及靶材的致密化。磁性材料及靶材的致密化。 73/48 （1）陶瓷材料的致密化可以在比无压烧结或热压烧结低得多的温度）陶瓷材料的致密化可以在比无压烧结或热压烧结低得多的温度 下完成，可以有效地抑制材料在高温下发生很多不利的发应或变化；下完成，可以有效地抑制材料在高温下发生

35、很多不利的发应或变化； （2）能够在减少甚至无烧结添加剂的条件下，制备出微观结构均匀）能够在减少甚至无烧结添加剂的条件下，制备出微观结构均匀 且几乎不含气孔的致密陶瓷烧结体；且几乎不含气孔的致密陶瓷烧结体； （3）可以减少乃至消除烧结体中的剩余气孔，愈合表面裂纹，从而）可以减少乃至消除烧结体中的剩余气孔，愈合表面裂纹，从而 提高陶瓷材料的密度、强度；提高陶瓷材料的密度、强度； （4）能够精确控制产品的尺寸与形状，而不必使用费用高的金刚石）能够精确控制产品的尺寸与形状，而不必使用费用高的金刚石 切割加工，理想条件下产品无形状改变。切割加工，理想条件下产品无形状改变。 一、热等静压的优点一、热等静

36、压的优点 73/49 二、热等静压装置二、热等静压装置 73/50 三、热等静压烧结工艺三、热等静压烧结工艺 直接直接HIP工艺流程图工艺流程图 后后HIP工艺流程图工艺流程图 73/51 放电等离子体烧结技术放电等离子体烧结技术 放电等离子体烧结工艺放电等离子体烧结工艺(Spark Plasma Sintering，简，简 写为写为SPS)是近年来发展起来的一种新型材料制备工艺方是近年来发展起来的一种新型材料制备工艺方 法。又被称为脉冲电流烧结。该技术的主要特点是利用体法。又被称为脉冲电流烧结。该技术的主要特点是利用体 加热和表面活化，实现材料的超快速致密化烧结。加热和表面活化，实现材料的超

37、快速致密化烧结。 73/52 73/53 一、放电等离子体烧结的优点一、放电等离子体烧结的优点 烧结温度低（比烧结温度低（比HP和和HIP低低200-300）、烧结时间）、烧结时间 短（只需短（只需3-10min，而，而HP和和HIP需要需要120-300min）、单）、单 件能耗低；件能耗低； 烧结机理特殊，赋予材料新的结构与性能；烧结机理特殊，赋予材料新的结构与性能； 烧结体密度高，晶粒细小，是一种近净成形技术；烧结体密度高，晶粒细小，是一种近净成形技术； 操作简单，不像热等静压那样需要十分熟练的操作操作简单，不像热等静压那样需要十分熟练的操作 人员和特别的模套技术。人员和特别的模套技术。

38、 73/54 二、烧结装置二、烧结装置 烧结系统大致由四个部分组成：真空烧结腔（图中烧结系统大致由四个部分组成：真空烧结腔（图中6），）， 加压系统（图中加压系统（图中3），测温系统（图中），测温系统（图中7）和控制反馈系统。）和控制反馈系统。 图中图中1示意石墨模具，示意石墨模具，2代表用于电流传导的石墨板，代表用于电流传导的石墨板，4是石是石 墨模具中的压头，墨模具中的压头，5是烧结样品。是烧结样品。 73/55 三、三、SPS技术应用技术应用 73/56 四、四、SPS技术应用举例技术应用举例 AlNAlN陶瓷的陶瓷的SPSSPS烧结烧结 73/57 主要知识点：主要知识点： 2.1 电

39、子陶瓷粉体制备电子陶瓷粉体制备 2.2 电子陶瓷的成型电子陶瓷的成型 2.3 电子陶瓷的烧结电子陶瓷的烧结 第二章第二章 电子陶瓷原料选择与制备工艺电子陶瓷原料选择与制备工艺 73/58 73/59 电子陶瓷材料的金属化电子陶瓷材料的金属化 为了实现电子陶瓷与金属的焊接需要在电子陶瓷的表面为了实现电子陶瓷与金属的焊接需要在电子陶瓷的表面 牢固地粘附一层金属薄膜，这种过程称为电子陶瓷的表面牢固地粘附一层金属薄膜，这种过程称为电子陶瓷的表面 金属化。金属化。 常见的金属化工艺有三种，即常见的金属化工艺有三种，即、和和 。 主要工艺流程包括：主要工艺流程包括： 1. 浆料的制备浆料的制备 2. 刷浆

40、与烧渗刷浆与烧渗 73/60 电子浆料根据不同用途有如下性能要求电子浆料根据不同用途有如下性能要求: (1) 导电性。导电性。 (2) 具有适宜的烧渗温度。具有适宜的烧渗温度。 (3) 具有一定的粘度以满足均匀徐覆的要求。具有一定的粘度以满足均匀徐覆的要求。 (4) 配方应尽可能简单，操作方便能长期存放配方应尽可能简单，操作方便能长期存放 (5) 无毒、无恶臭，以确保操作人员身心健康。无毒、无恶臭，以确保操作人员身心健康。 浆料烧渗后应符合下列要求：浆料烧渗后应符合下列要求： (1) 金属层外表平整光滑，厚度均匀。金属层外表平整光滑，厚度均匀。 (2) 金属的方阻符合使用要求，一般不大于金属的

41、方阻符合使用要求，一般不大于0.05/cm2。 (3) 金属层与陶瓷表面的附着力良好金属层与陶瓷表面的附着力良好. (4) 金属层应有较高的抗氧化性能，并具有良好的可焊性。金属层应有较高的抗氧化性能，并具有良好的可焊性。 73/61 被银法被银法 被银法又称烧银法被银法又称烧银法，是指在陶瓷表面烧渗一层银，作为电，是指在陶瓷表面烧渗一层银，作为电 容器、滤波器的电极或集成电路基片的导电网络。容器、滤波器的电极或集成电路基片的导电网络。 由于银的导电能力很强，抗氧化性能好，在银面上可直接由于银的导电能力很强，抗氧化性能好，在银面上可直接 焊接金属。焊接金属。 但对于电性能要求较高的材料，如在高温

42、、高湿和直流电但对于电性能要求较高的材料，如在高温、高湿和直流电 场作用下使用，则不宜采用被银法。场作用下使用，则不宜采用被银法。 73/62 被银法的工艺流程被银法的工艺流程 73/63 1 1、瓷件的预处理、瓷件的预处理 瓷件在涂敷银浆之前必须预先进行净化处瓷件在涂敷银浆之前必须预先进行净化处 理。理。 处理的方法很多，通常用处理的方法很多，通常用70-8070-80的肥皂的肥皂 水浸洗，再用清水冲洗。也可采用合成洗水浸洗，再用清水冲洗。也可采用合成洗 涤剂超声波振动清洗。清洗后在涤剂超声波振动清洗。清洗后在100-100- 110110烘箱中烘干。当对银层的质量要求烘箱中烘干。当对银层的

43、质量要求 较高时，可在电炉中煅烧较高时，可在电炉中煅烧500-600500-600，烧，烧 去瓷坯表面的各种有机污秽。去瓷坯表面的各种有机污秽。 73/64 （1 1）含银原料）含银原料 含银原料主要有含银原料主要有AgAg2 2COCO3 3、AgAg2 2O O、AgAg。 AgAg2 2COCO3 3在烧渗中放出大量在烧渗中放出大量COCO2 2容易使银层气泡或起鳞容易使银层气泡或起鳞 皮，由于它分解为氧化银，使得银浆的性能不稳定皮，由于它分解为氧化银，使得银浆的性能不稳定 ，因此用的不多。，因此用的不多。 2 2、银浆的配制、银浆的配制 AgAg2 2O O由由AgAg2 2COCO3

44、 3分解得到，颗粒一般较细，烧渗后的分解得到，颗粒一般较细，烧渗后的 银层质量较好，但也可采用化学纯银层质量较好，但也可采用化学纯AgAg2 2O O，由于颗粒较，由于颗粒较 粗，烧渗后的银层质量不如前者。粗，烧渗后的银层质量不如前者。 73/65 Ag可直接用三乙醇胺可直接用三乙醇胺N(CH2CH2OH)3还原还原Ag2CO3得得 到到 ， Ag2CO3+N(CH2CH2OH)3=N(CH2COOH)3+12Ag+6CO2+3H2O 也可用也可用AgNO3加入氨水后用甲醛或甲酸还原得到。加入氨水后用甲醛或甲酸还原得到。 AgNO3+NH4OH=AgOH+NH4NO3 2AgOH=Ag2O+H

45、2O Ag2O+CH2O=2Ag+HCOOH 73/66 （2）熔剂）熔剂 为了降低烧银温度，并使银与基体牢固结合，为了降低烧银温度，并使银与基体牢固结合， 需要加入适量熔剂。这种熔剂在较低的温度需要加入适量熔剂。这种熔剂在较低的温度 下能与基体起反应，形成良好的中间过渡层，下能与基体起反应，形成良好的中间过渡层， 使金属银牢固紧密地与基体结合。使金属银牢固紧密地与基体结合。熔剂一般熔剂一般 包括熔块和低熔点化合物。包括熔块和低熔点化合物。 73/67 铅硼熔块铅硼熔块配方：二氧化硅配方：二氧化硅26%，铅丹，铅丹46%， 硼酸硼酸 17%，二氧化钛，二氧化钛4.3%，碳酸钠，碳酸钠6.7%，

46、混合研磨后，混合研磨后 在在1000-1100 熔融熔融。 铋镉熔块铋镉熔块配方：氧化铋配方：氧化铋40.5%，氧化镉，氧化镉11.1%，二氧化硅，二氧化硅13.5%，硼酸，硼酸33%， 氧化钠氧化钠1.9%。混合后在。混合后在800 熔融。熔融。 以上熔块熔融后，水淬冷却，清洗，粉磨，过筛。以上熔块熔融后，水淬冷却，清洗，粉磨，过筛。 低熔点化合物低熔点化合物根据具体配方不同可直接采用化学试剂根据具体配方不同可直接采用化学试剂 或预先合成，如：硼酸铅采用或预先合成，如：硼酸铅采用PbO与与H3BO3 熔融熔融 （600-620 ）PbO+ H3BO3 = PbB2O3 +3H2O，经过水，经

47、过水 淬冷后，用蒸馏水煮淬冷后，用蒸馏水煮3-6小时，去除未反应完全的小时，去除未反应完全的 H3BO3， ，洗净烘干，研磨，过筛 洗净烘干，研磨，过筛 73/68 (3) 粘合剂粘合剂 粘合剂的作用是使银浆具有一定的粘稠性，能很粘合剂的作用是使银浆具有一定的粘稠性，能很 好的粘附在瓷件表面。但不参与银的烧渗过程，好的粘附在瓷件表面。但不参与银的烧渗过程， 要求它在低于要求它在低于350 的温度下烧除干净且不残存的温度下烧除干净且不残存 灰分。灰分。 常用的粘合剂常用的粘合剂有松香，乙基纤维素，硝化纤维等，有松香，乙基纤维素，硝化纤维等， 溶剂主要影响银浆的稀稠及干燥速度，常用松节溶剂主要影响

48、银浆的稀稠及干燥速度，常用松节 油，松油醇及环己酮等。油，松油醇及环己酮等。 将制备好的含银原料，熔剂和粘合剂按一定配比将制备好的含银原料，熔剂和粘合剂按一定配比 进行配料后，在刚玉球磨罐中球磨进行配料后，在刚玉球磨罐中球磨70-90小时，以小时，以 达到一定要求的细度和混合均匀度。达到一定要求的细度和混合均匀度。 73/69 3 3、涂敷、涂敷 涂银的方法很多，有手工，机械，浸涂，涂银的方法很多，有手工，机械，浸涂， 喷涂或丝网印刷。喷涂或丝网印刷。 涂敷前要将银浆搅拌均匀，必要时加入涂敷前要将银浆搅拌均匀，必要时加入 一定的溶剂，如松节油。一定的溶剂，如松节油。 根据银层厚度要求，可采用二

49、次被银一根据银层厚度要求，可采用二次被银一 次烧银，二次被银二次烧银，和三次被次烧银，二次被银二次烧银，和三次被 银三次烧银。银三次烧银。 73/70 4 4、烧银、烧银 烧银前要在烘箱里把银层烘干，使部分溶剂挥发，烧银前要在烘箱里把银层烘干，使部分溶剂挥发， 以免烧银时银层起鳞皮。以免烧银时银层起鳞皮。 烧银可分四个阶段：烧银可分四个阶段： 1 1，室温，室温-350 -350 主要除去粘合剂，这时有大主要除去粘合剂，这时有大 量气体产生，所以通风排气升温速度不超过量气体产生，所以通风排气升温速度不超过 每小时每小时150-200150-200，并分阶段进行，避免气，并分阶段进行，避免气 泡

50、，开裂。泡，开裂。 73/71 3，500-最高烧渗温度。硼酸铅先熔化成玻璃态最高烧渗温度。硼酸铅先熔化成玻璃态 ，氧化铋也熔化，与银颗粒构成悬浮态玻璃液，氧化铋也熔化，与银颗粒构成悬浮态玻璃液， 使银颗粒彼此黏结。玻璃液润湿瓷件并渗入起反使银颗粒彼此黏结。玻璃液润湿瓷件并渗入起反 应。形成过渡层，使银层与瓷件牢固结合。银的应。形成过渡层，使银层与瓷件牢固结合。银的 熔点为熔点为960 ，所以烧银温度不超过，所以烧银温度不超过910 。 2, 350-500,碳酸银与氧化银分解为银。碳酸银与氧化银分解为银。 升温速度比第一阶段稍快点，但由于有气泡产生，升温速度比第一阶段稍快点，但由于有气泡产生