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      陶瓷的定義及工藝過程
      2022年04月21日 發布 分類:粉體入門 點擊量:248
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      我們把陶瓷學定義為制造和應用由無機非金屬材料作為基本組分組成的固體制品的技藝和科學。這一定義不僅包括陶器、瓷器、 耐火材料、結構黏土制品、磨料、搪瓷、水泥和玻璃等材料,而且 還包括非金屬磁性材料、鐵電體、人工晶體、玻璃陶瓷以及幾年前還不存在甚至至今尚未出現的其他各種各樣的制品。

      現代制造方法的發展、對所用材料的嚴格技術要求以及新的和獨特的性能,使得傳統的定義對于我們的目標來說是太狹窄 了。新穎的陶瓷材料和新的制造方法的岀現,要求我們對這種技藝 和科學進行基礎性的探討,并且要對相關領域有更廣泛的認識。

      陶瓷工業

      陶瓷工業一個重要的特點在于它是許多其他工業部門得以成功運作的基礎。例如,耐火材料是冶金工業的基本組成部分,磨料是機床工業和汽車工業 所必需的,玻璃制品對于汽車工業以及建筑、電子和電氣工業都是必不可少 的,氧化鈾燃料對核動力工業也很重要,水泥則是建筑工業的基礎材料。具有 各種特殊電性能和磁性能的陶瓷對于計算機以及其他許多電子設備的發展至關 重要。事實上,幾乎每一條工業生產線、每個辦公室和家庭都與陶瓷材料有 關。新設計出來的各種器件之所以使用陶瓷材料,就是因為陶瓷具有適用的化 學、電學、力學、熱學和結構性能。

      陶瓷之所以重要,首先是由于它們構成了一個大型而基礎的產 業,其次則因為在許多應用中陶瓷的性能具有關鍵性的作用。

      陶瓷工藝過程

      陶瓷的一個主要特點是脆性,在斷裂發生時只有很小的形變甚至沒有形變。這種屬性和能夠發生屈服與變形的金屬正好相反。因此,陶瓷不 能釆用一般用于金屬的形變工藝來成形。已經發展出兩種基本的陶瓷成形工 藝。一種是用細顆粒陶瓷原料拌以液體或黏結劑或潤滑劑或氣體空隙,這樣的 混合物具有利于成形的流變性質; 這些細顆粒經熱處理后可以聚結成為黏合的有用制品。這種工藝的要點是首先 尋求或制備細小的粉粒,將其成形,然后經焙燒將其黏結在一起。第二種基本 工藝是將原料熔融成液體,然后在冷卻和固化時成形;這種工藝非常廣泛地應用于成形玻璃制品。說得完整一些,我們還應當提到在模型中成形的方法,或是用含有如波特蘭水泥或硅酸乙酯這類黏結劑的陶瓷料漿浸涂成形的方法。


      藝流程:包括漿料制備、流延成型、干燥、脫脂、燒結等工序。

      1.原材料

      自然界中發現的各種礦物類型主要是由礦物元素的蘊藏量和它們的地質化學特性所決定的。注意到氧、硅、鋁三者的總量約占地殼中元素總量 的90% ,因此占優勢的礦物是硅酸鹽和鋁硅酸鹽就不足為奇了。這些 礦物和其他氧化物礦物一起,構成了天然蘊藏的豐富的陶瓷原材料。礦物一起,構成了天然蘊藏的豐富的陶瓷原材料。


      地殼中常見元素的質量分數

      陶瓷工業中所用的礦物原料主要是在復雜的地質變化過程中所形成的無機 非金屬結晶固體。這些原料的陶瓷性質很大程度取決于其基本成分的晶體結構 和化學組成以及共生礦物的性質和含量。由于形成礦床的地質環境以及后來的 地質歷史過程中所發生的物理和化學變化等方面的差異,不同產地甚至是同一 產地的原材料的礦物學特性及其相關的陶瓷性能也會有很大的差異。

      2.成形與燒成

      原材料及其制備方法是影響成形和燒成工藝的關鍵因素。除了對顆粒尺寸及其分布有一定要求以外,還需要將原料充分混合。以使坯體內具有均勻的性質,同時有利于燒成過程中各個組分之間的相互反應。制備泥漿或細顆粒塑性坯料時常用的方法是將各種原料一同置于球磨或攪拌器中進行濕法混合。為使濕磨的混合料脫水,可采用壓濾或者更為普遍的噴霧干燥。燒成過程借助于由表面能所引起的毛細管作用力來使材料固化和致密,而這個作用力是與顆粒尺寸成反比的,所以為使燒結成功就必須有相當比例的細顆粒材料。

      燒成過程借助于由表面能所引起的毛細管作用力來使材料固化和致密,而這個作用力是與顆粒尺寸成反比的,所以為使燒結成功就必須有相當比例的細顆粒材料。

      3.熔融與固化

      大多數陶瓷材料在固化時會產生大的體積變化,加之陶瓷的導熱性差及其固相是脆性的,因此不宜采用像金屬鑄造那樣的熔融與固化工藝。近年來發展了單向固化技術,可以有效地避免固化工藝上的許多困難。單向固化主要用來成形結構受到控制的金屬合金,這些合金由于應用于高溫燃氣輪機的透平葉片而特別引起人們的注意。就我們所知,尚沒有大規模采用這種方法來生產陶瓷;但是我們預料,在今后10年中陶瓷單向固化技術將發展成為一個活躍的研究領域。

      工業玻璃成形工藝最引人注目的特點是成形的快速性及實現自動化的程度。事實上,這種發展是技術上的進步影響工業的典型實例。在玻璃成形機械出現以前,大部分生產容器的工業是以煩器為基礎的。大量的小規模的炫器制造者專為制造容器而存在。自動化玻璃成形機械的發展,允許在連續生產的基礎上快速而有效地生產容器,從而把焰器從普通應用中淘汰了。

      4.特殊工藝

      除了廣泛適用且大量采用的工藝以外,還有各種各樣的特殊工藝對原來的工藝方法進行了新增、改進、擴展或取代,包括釉料、搪瓷及涂層的應用,壓力和溫度同時作用的熱壓材料,金屬與陶瓷封接方法,玻璃的結晶,精修及機械加工,單晶制備以及氣相沉積工藝。



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