先进陶瓷的现代制备技术

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

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。

1熔融法 最早的微晶陶瓷是用熔融法制备的，至今熔融法仍然是制备微晶陶瓷的主要方法。其工艺流程为：在原料中加入一定量的晶核剂(如ZrO2，CuO，Cr2O3 等)并混合均匀，于1300～1500℃高温下熔制，均化后将玻璃熔体成型，经退火后在一定温度下进行核化和晶化，以获得晶粒细小且结构均匀的微晶陶瓷制品。熔融法的最大特点是可沿用任何一种玻璃的成型方法，如压延、压制、吹制拉制、浇注等;与通常的陶瓷成型工艺相比，适合自动化操作和制备形状复杂、尺寸精确的制品。

2烧结法 烧结法制备微晶陶瓷的工艺流程如下为：配料→熔制→水淬→粉碎→过筛→成型→烧结→加工。 烧结法制备微晶陶瓷不需要通过玻璃形成阶段，因此适于高温熔制的玻璃以及难以形成玻璃的微晶陶瓷的制备，如高温微晶陶瓷材料等。用该法制备的微晶陶瓷中可存在含量较高的氧化锆、莫来石、尖晶石等耐高温晶相。如将MgO-Al2O3-SiO2系统玻璃粉碎后与方镁石混合烧结，形成莫来石质微晶陶瓷，耐温高达 1250℃。此外，烧结法还有一个显著的特点，即玻璃经过水淬后，颗粒细小，比表面积增加，比熔融法制得的玻璃更易于晶化，因而有时可以不使用晶核剂，也可以制备出性能良好的微晶陶瓷材料。烧结法制备的微晶陶瓷主要集中在CaO-Al2O3-SiO2，Li2O-Al2O3-SiO2，MgO- Al2O3-SiO2，等系统。

3溶胶-凝胶法 最早是用来制备玻璃的，但近十多年来，一直是玻璃与陶瓷等先进材料制备技术的研究热点。溶胶-凝胶法的主要优点是：(1)可以得到均质高纯材料;(2)可防止某些组分挥发并减少污染;(3)其制备温度比传统方法低得多，(4)可扩展组成范围，制备传统方法无法制备的材料，如不能形成玻璃的系统和具有高液相组成的微晶陶瓷。用溶胶-凝胶法制备的微晶陶瓷主要为具有高温、高强、高韧性以及其它特殊性能的高新技术材料。

4强韧化技术 为了获得力学性能优良的材料，可在微晶陶瓷制备过程中采用一些特珠工艺，如表面涂层和离子交换法等工艺方法。其中表面涂层适用于高膨胀系数的微晶陶瓷，强化后的材料强度可提高3～5倍，对于低膨胀的微晶陶瓷，一般采用离子交换法。微晶陶瓷的微观结构对材料的力学性能有很大影响，采用热挤压、温度梯度等方法使晶体定向生长，可大幅度提高力学性能。此外，还可以在微晶陶瓷中加入高强度的纤维或晶须制成高强度的复合材料。

《先进陶瓷及无机非金属材料》简介：先进陶瓷及无机非金属材料在现代工业和国防建设中具有广泛的用途，有些部件的使用甚至是不可替代的。“十五”期间，国家“863计划”在先进陶瓷及无机非金属材料方向安排了几十个课题，包括高品质、低成本陶瓷材料规模化制备技术、陶瓷纤维制备技术及其在复合材料中的应用、先进结构陶瓷与产品应用技术、大尺寸复杂形状陶瓷部件工业化制备关键技术、环境协调性建筑材料与制备技术等，均取得了优异的成绩。

《先进陶瓷及无机非金属材料》组织各项目负责人和科研骨干结合自己的研究工作，介绍了本项目研究的国内外进展和自己的科研成果，包括在应用基础研究、工艺过程研究、装备研制、产业化关键技术研究方面取得的成绩。