陶瓷型芯的制备与使用

本书从先进陶瓷结构与性能出发，根据作者多年从事先进陶瓷制备技术研究开发工作的成果，结合国际和国内研究开发最前沿的技术，系统介绍先进陶瓷干法成型、先进陶瓷的塑性成型、浆料脱水固化成型、浆料原位固化成型、先进陶瓷的烧结、先进陶瓷的特种制备、陶瓷基复合材料特种制备、计算机辅助无模成型的技术及其特点，并给出具体应用实例。可供从事相关行业研究开发、产业化和工程化研究、投资创业的生产和管理人员参考，也可为材料专业在校研究生及高年级本科生提供一本课外参考书。

第1章先进陶瓷的结构、性能与制备技术的关系1

11先进陶瓷的应用1

12先进陶瓷的结构、性能与制备工艺的关系6

13先进陶瓷均匀性及可靠性控制原则8

第2章先进陶瓷粉体和颗粒10

21颗粒和粉体的性能及表征10

211概述10

212颗粒的粒度、粒径及形状表征10

213粉体的性能21

22粉体制备技术24

221概述24

222合成法制备粉体25

23粉体表面处理和改性47

231概述47

232表面改性方法与工艺49

233表面改性剂53

参考文献59

第3章先进陶瓷的干法成型技术62

31干法成型原理62

32粉料处理64

321粉料的造粒工艺64

322压制过程对坯体的影响66

323加压对坯体质量的影响68

324添加剂的选用69

33模压成型70

331加压方式与压力分布70

332模压成型工艺参数控制71

333成型工艺的特点71

334干压成型设备72

34等静压成型74

341等静压成型方法74

342常温等静压成型工艺76

343等静压成型的特点77

344等静压成型设备77

35滚制成型80

参考文献81

第4章先进陶瓷的塑性成型技术82

41塑性成型原理82

42注射成型83

421混合操作90

422分散体的鉴定技术92

423注射成型用浆料的流动性93

424浆料的物理性质100

425型腔中的固化103

426有机载体的脱除110

427陶瓷注射成型用有机材料116

43其他塑性成型技术118

431旋坯成型118

432挤出成型121

433塑性充模成型123

434轧膜成型124

参考文献126

第5章浆料脱水固化成型技术127

51陶瓷浆料体系127

511陶瓷浆料体系的性能及相互关系127

512固体颗粒间的相互作用力129

513DLVO理论133

514表面活性剂的作用134

515浆料的流变性能135

516pH值对浆料体系性能的影响136

517颗粒尺寸和尺寸分布对浆料性能的影响137

518有机添加剂对浆料性能的影响137

519固相含量对浆料流变性的影响139

52注浆成型139

521注浆成型机理及动力学140

522浆料性能对注浆成型的影响144

523粉末特性对注浆浆料的影响146

53压滤成型147

531压滤成型坯体的均匀性148

532浆料分散程度对坯体均匀性的影响150

533浆料颗粒尺寸分布对坯体均匀性的影响151

534浆料固相含量对坯体均匀性的影响151

535成型压力的影响152

536模型材料及模型结构对坯体均匀性的影响153

54同步超声波辅助压滤成型155

541超声波作用对浆料流变性能的影响155

542陈置过程对浆料流变性的影响157

543陈置过程中浆料体系的相分离158

544同步超声波辅助压滤成型工艺159

55其他浆料脱水固化成型技术160

551可溶性有机模型注浆技术161

552真空注浆成型和离心注浆成型162

553电泳沉积成型162

554聚沉离心注浆技术163

参考文献164

第6章浆料原位固化成型技术165

61注凝成型165

611注凝成型工艺过程165

612注凝成型工艺特点166

613注凝成型技术进展167

614注凝成型应用前景170

62直接凝固成型171

621直接凝固成型工艺流程171

622直接凝固成型的工艺特点172

623直接凝固成型的应用172

63温度诱导絮凝成型172

631温度诱导絮凝成型工艺流程173

632温度诱导絮凝成型应用173

64高分子交联注凝成型173

641高分子交联注凝工艺流程174

642高分子交联注凝成型制备浆料的方法174

643高分子交联注凝成型应用174

参考文献175

第7章先进陶瓷的烧结176

71烧结的基本类型176

72烧结驱动力与致密化机理178

721烧结过程179

722烧结的驱动力180

723烧结机理182

73烧结工艺187

731固相烧结187

732液相烧结198

733气氛压力烧结207

74烧结过程的变形和开裂控制210

75热压烧结和热等静压烧结211

751热压烧结211

752热等静压烧结212

参考文献226

第8章先进陶瓷的特种制备技术227

81溶胶凝胶合成法227

811无机盐的水解聚合反应228

812金属有机分子的水解聚合反应230

813溶胶凝胶法在无机材料合成中的应用231

82无机聚合物热解化工艺233

821聚合物热解工艺过程234

822由聚(有机基团)硅烷制备SiC陶瓷235

823由聚(有机基团)硅氮烷制备SiN陶瓷237

824硅基非氧化物陶瓷部件的生产239

83化学气相沉积247

831化学气相沉积法的化学反应248

832化学气相沉积法的技术装置252

833化学气相沉积法合成梯度功能材料259

84仿生制备技术260

841仿生制备技术简介260

842典型的生物矿物材料261

843无机晶体形成的模板262

844纳米材料仿生合成263

参考文献267

第9章陶瓷基复合材料特种制备技术269

91陶瓷基复合材料269

911概述269

912陶瓷基复合材料的结构设计270

913陶瓷基复合材料分类及其增强材料的种类271

914陶瓷基复合材料的制备273

915陶瓷基复合材料的未来发展275

92反应结合技术276

921反应结合机理276

922反应结合技术制备工艺280

923反应结合技术应用实例281

93化学气相渗积技术283

931化学气相渗积技术原理283

932化学气相渗积的动力学机制286

933化学气相渗积技术工艺类型及其装置287

934化学气相渗积技术的应用实例292

94前驱体有机聚合物浸渍热解转化技术293

941前驱体有机聚合物浸渍热解转化技术的特点及对前

驱体的基本要求293

942前驱体有机聚合物热解转化过程296

943前驱体有机聚合物浸渍热解转化技术制备陶瓷基

复合材料的工艺297

944前驱体有机聚合物浸渍热解转化技术存在的问题

及解决途径299

945前驱体有机聚合物浸渍热解法制备的陶瓷基复合

材料性能302

946前驱体有机聚合物浸渍热解技术的应用实例304

参考文献306

第10章计算机辅助无模成型技术309

101计算机辅助无模成型技术原理309

102三维打印成型310

103分层叠积成型311

104熔融沉积成型311

105立体激光固化成型312

106激光选域烧结313

107微区注a浆成型314

108浆料打印成型315

109其他无模成型技术316

参考文献317

第11章先进陶瓷典型制备工艺及应用实例319

111先进陶瓷制备技术选择原则319

112大尺寸结构陶瓷工程化制备技术进展320

1121大尺寸结构陶瓷制备技术的特殊难度320

1122大尺寸陶瓷制品的成型322

1123大尺寸结构陶瓷制品的烧结326

113陶瓷球体与微珠的制备技术327

1131喷雾干燥法328

1132溶胶凝胶法329

1133等离子体熔融法332

114薄壁陶瓷管的制备技术333

1141离心注凝成型法334

1142胶态注射成型335

115陶瓷弹簧制备技术338

1151陶瓷弹簧成型模具设计338

1152陶瓷弹簧的制备方法339

116泡沫陶瓷制备技术342

1161泡沫陶瓷的制备343

1162泡沫陶瓷的种类347

1163泡沫陶瓷的性能347

1164泡沫陶瓷的应用349

117蜂窝陶瓷的制备工艺350

1171蜂窝陶瓷的成型工艺350

1172泥团的可塑性352

1173调整泥料性能的添加剂355

参考文献358

透明陶瓷材料制备的基本工艺与普通陶瓷材料制备的基本工艺并没有太大的区别，但是从具体的技术上看，二者有着明显的不同，透明陶瓷材料制备对工艺上的要求要严格得多。由于陶瓷材料的透光性受其气孔率、晶体结构、原料与添加剂、烧成气氛和表面加工光洁度等因素的影响较大，在制备透明陶瓷时需要精准控制每一个工艺过程，以保证最终产品具有较高的致密度和表面光洁度、均匀而细小的晶粒、对入射光很小的选择吸收性、晶界处没有杂质及玻璃相或晶界的光学性质与微晶体差别很小以及没有光学各向异性，晶体结构以立方晶系最佳。

在制备PLZT陶瓷材料时，要经过称量→球磨→干燥→煅烧→二次球磨→筛分→压制成型→烧结→后加工等过程。为了使陶瓷材料电学和光学性质满足实际应用的要求，可以通过调整La掺杂量得到相应电光系数材料。在制备PLZT陶瓷材料粉体时，人们通常采用改良的固相反应法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法等。在这些方法中，固相法需要较高的反应温度和较长的反应时间，而且球磨混合难以达到化学的组成均一，因此固相反应难以制备出具有均相、高烧结活性的粉体。溶胶-凝胶法需要大量有机溶剂。水热法则产量低。相对而言，共沉淀法存

在工艺简单，设备廉价，一次性产量高等优点，因此，该方法最有希望实现工业化生产。但是，在共沉淀法中，不仅各种离子溶解度的差异会导致产物不再符合组元等化学计量，而且在共沉淀过程中，还会出现团聚体，这些影响因素都会造成产物品质下降。粉体成型可以采用各种方法，应用较多的是干压成型或等静压成型。制备 PLZT 陶瓷材料的烧结工艺主要有热压烧结、通氧热压烧结、气氛烧结以及热等静压烧结等。Haertling G H利用热压工艺首次制备了PLZT透明陶瓷。在烧结的时候，气氛是影响其制备的重要因素。由于 PbO 气体在高温下是一种易挥发的气体，所以通常使用 PbO 和 O₂气氛。Snow GS 在1973年首先利用气氛烧结工艺，制备了透明PLZT电光陶瓷。樊慧庆研究了 PLZT 透明光电陶瓷的无压烧结，在 PbZrO₃气氛保护、1200℃条件下烧结8h，实现了无压常规烧结制备低成本、实用型透明的PLZT。