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陶瓷烧结炉使用说明及维护流程
随着现代高新技术的发展,先进陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分,成为许多高技术领域发展的重要关键材料,备受各工业发达国家的极大关注,其发展在很大程度上也影响着其他工业的发展和进步。由于先进陶瓷特定的精细结构和其高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、声光、超导、生物相容等一系列优良性能,被广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物医学等国民经济的各个领域。先进陶瓷的发展是国民经济新的增长点,其研究、应用、开发状况是体现一个国家国民经济综合实力的重要标志之一。
先进陶瓷是“采用高度精选或合成的原料,具有精确控制的化学组成,按照便于控制的制造技术加工、便于进行结构设计,并且有优异特性的陶瓷”。按其特性和用途,可分为2大类:结构陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷是指能作为工程结构材料使用的陶瓷,它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、抗热震等特性;结构陶瓷大致分为氧化物系、非氧化物系和结构用陶瓷基复合材料。功能陶瓷是指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性,且具有相互转化功能的一类陶瓷。功能陶瓷在先进陶瓷中约占70%的市场份额,其余为结构陶瓷。
由于先进陶瓷各种功能的不断发现,在微电子工业、通讯产业、自动化控制和未来智能化技术等方面作为支撑材料的地位将日益明显,其市场容量将不断提升。
虽然目前固体无模成型设备昂贵、技术封闭、材料性能不理想,但其与现代智能技术结合将进一步提高陶瓷制备工业的水平,是成型技术发展的主要方向。
1. 先进陶瓷的烧结技术
陶瓷坯体通过烧结促使晶粒迁移、尺寸长大、坯体收缩、气孔排出形成陶瓷材料,根据烧结过程中不同的状态,分为固态烧结和液相烧结。先进陶瓷的烧结技术按照烧结压力分主要有常压烧结、无压烧结、真空烧结以及热压烧结、热等静压烧结、气氛烧结等各种压力烧结。近些年通过特殊的加热原理出现微波烧结、放电等离子烧结、自蔓延烧结等新型烧结技术。
(1)热压烧结(HP)
对共价键难烧材料如Si3N4、BN、二硼化锆(ZrB2)需要在加热过程中给予外加机械力,使其达到致密化,此种烧结方式为热压烧结,分为单向加压和双向加压。热压烧结的特点是可以低于常压烧结温度100~200℃的条件下接近理论密度,同时提高制品的性能如透明性、电导率及可靠性。热压烧结目前在国内AlON、YAG等透明陶瓷、BN可切削陶瓷达到或接近。图9为北京中材人工晶体研究院有限公司采用热压烧结研制的AlON透明陶瓷。
但是热压烧结通常只能制造形状单一产品,并且会加大后期的加工成本,因此该烧结方式制造成本较高。
(2)气压烧结(GPS)
气压烧结是指在陶瓷高温烧结过程中施加一定的气体压力,范围在1~10MPa以便抑制高温下陶瓷材料的分解和失重,从而可以提高烧结温度,促进材料的致密化,是先进陶瓷最重要的烧结技术之一。
该技术最早由日本的Mitomo报道,其最大优势在于可以较低成本制备性能优良、形状复杂的共价键陶瓷,并可以实现批量化生产。近30年来气压烧结在日本、美国、德国和中国得到了广泛而深入的研究,烧结材料的范围不断扩大与推广,国内在大尺寸气压烧结氮化硅陶瓷方面突破了国外技术封锁,实现技术国产化。图10为国内最大规格(600×900mm)气氛