Введение в 10 процессов спекания глиноземной керамики (1-4)
Введение в 10 процессов спекания глиноземной керамики (1-4)
1. Спекание при нормальном давлении
Спекание при нормальном давлении означает, что материал спекается при атмосферном давлении без давления, что в настоящее время является наиболее распространенным методом спекания. Оно включает атмосферное спекание в условиях воздуха и атмосферное спекание в условиях определенной специальной газовой атмосферы. Метод имеет более высокую температуру спекания, более высокие требования к печи и большие энергозатраты.
Al2O3 имеет высокую температуру плавления, поэтому при приготовлении керамики Al2O3 часто необходимо добавлять спекающие добавки и уплотнять методом жидкофазного спекания. Этот метод в целом может способствовать спеканию керамики Al2O3. Жидкофазное спекание керамики Al2O3 генерирует жидкую фазу, облегчает диффузию и вязкое течение посредством химической реакции для достижения перегруппировки частиц и процесса массопереноса, снижения температуры спекания керамики Al2O3 и ускорения эффективного спекания.
Поскольку атмосферное спекание не имеет внешней движущей силы, очень сложно устранить все поры внутри керамики для достижения теоретической плотности. Специальный процесс спекания подразумевает добавление движущей силы спекания во время процесса спекания глиноземной керамики для содействия уплотнению керамики. В настоящее время обычные специальные процессы спекания в основном включают спекание горячим прессованием, спекание горячим изостатическим прессованием, спекание микроволновым нагревом, микроволновое плазменное спекание, плазменное спекание разрядом и т. д.
2. Спекание горячим прессованием.
Спекание горячим прессованием заключается в приложении одностороннего давления к образцу при высокой температуре, чтобы обеспечить полное уплотнение керамики. По сравнению с традиционным спеканием, спекание при давлении 15 МПа снижает температуру спекания керамики на 200℃ при увеличении плотности на 2%, причем эта тенденция усиливается с увеличением давления. Для керамики из чистого глинозема обычное спекание требует температуры выше 1800 ℃. Однако для спекания горячим прессованием при давлении 20 МПа требуется всего 1500 ℃.
Давление, обеспечиваемое спеканием при горячем прессовании, способствует потоку атомов в частицах, а давление и поверхностная энергия вместе действуют как движущие силы, усиливая эффект диффузии. Поскольку спекание горячим прессованием позволяет спекать при более низкой температуре, рост зерен подавляется, а полученный образец получается компактным и однородным, с небольшим размером зерна и высокой прочностью. Однако производить слишком высокие, слишком толстые и сложные по форме изделия с малыми масштабами производства и высокой себестоимостью нецелесообразно.
3. Спекание горячим изостатическим прессованием.
Спекание горячим изостатическим прессованием — это спекание, при котором давление одновременно применяется ко всем направлениям керамического тела для снижения температуры спекания керамики, при этом керамика, полученная в результате спекания, имеет однородную структуру и хорошие характеристики. Хотя спекание БЕДРО может успешно снизить температуру спекания керамики и позволяет получать изделия сложной формы, спекание БЕДРО требует предварительного герметизации или предварительного спекания неспеченного изделия, а условия давления также являются относительно жесткими.
4. Спекание сверхвысокого давления.
Спекание сверхвысокого давления – это спекание под более высоким давлением. из-за более высокого давления диффузия атомов ингибируется, и барьер нуклеации относительно невелик. поэтому глиноземная керамика с высокой плотностью (>98%) и высокую чистоту можно получить при более низкой температуре. В процессе спекания при сверхвысоком давлении наличие давления увеличивает количество вакансий и скорость диффузии атомов в частицах. Давление и поверхностная энергия вместе действуют как движущая сила спекания, что увеличивает эффект диффузии. Спекание под сверхвысоким давлением обычно необходимо проводить только при относительно низкой температуре, чтобы предотвратить аномальный рост кристаллических зерен и, таким образом, получить керамику из глинозема высокой чистоты с высокой степенью уплотнения, мелким размером кристаллических зерен и равномерным распределением.
