【康沃真空網(wǎng)】真空技術(shù)在陶瓷燒結(jié)中的應(yīng)用
燒結(jié)是先進(jìn)陶瓷制備過(guò)程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其本質(zhì)是坯體排除氣孔完成致密化的過(guò)程。而燒結(jié)過(guò)程對(duì)于晶粒尺寸與氣孔含量有著直接影響，決定著先進(jìn)陶瓷樣品的最終性能。先進(jìn)陶瓷制備技術(shù)發(fā)展至少，燒結(jié)方法有很多，按照壓力、燒結(jié)氣氛等要素的不同可以分為真空燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、放電等離子體燒結(jié)等。在這些燒結(jié)方法中，真空技術(shù)都發(fā)揮著重要作用。
1. 真空燒結(jié)
燒結(jié)過(guò)程中，氣氛的影響是復(fù)雜且重要的。燒結(jié)氣氛一般分為氧化、還原和中性3種。一般而言還原氣氛促進(jìn)陰離子從晶體表面脫離，增加擴(kuò)散系數(shù)，利于燒結(jié)；而氧化氣氛則利于陽(yáng)離子擴(kuò)散。由于氧化物燒結(jié)多受O2-擴(kuò)散控制，所以還原氣氛（尤其是真空）更合適。真空還促進(jìn)坯體內(nèi)部氣體排出，加速致密化，從而在真空氣氛下加熱可得致密陶瓷。
真空燒結(jié)爐，來(lái)源：上海皓越電爐技術(shù)有限公司
真空燒結(jié)技術(shù)的出現(xiàn)為多種光功能陶瓷的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。1995年，Ikesue等將細(xì)化處理過(guò)的Y2O3與高純Al2O3和Nd2O3粉末混合，添加球磨助劑、分散劑等，采用球磨方法混合均勻，等靜壓成型后經(jīng)過(guò)1700～1800℃真空燒結(jié)得到相對(duì)密度為99.98％的高透明YAG:Nd陶瓷，其平均晶粒尺寸為50μm，并且首次實(shí)現(xiàn)了激光輸出。
2. 真空熱壓燒結(jié)
熱壓燒結(jié)是對(duì)較難燒結(jié)的粉體在模具內(nèi)施加壓力，同時(shí)升溫?zé)Y(jié)的工藝。模具要求能導(dǎo)電且耐壓強(qiáng)，目前選用石墨作模具材料最為廣泛。石墨在高溫下容易發(fā)生氧化，而恰好在密閉的真空條件下能夠很好地延長(zhǎng)石墨的使用壽命。同時(shí)，真空條件又能夠促進(jìn)陰離子擴(kuò)散。因此，目前真空熱壓燒結(jié)已成為重要的燒結(jié)手段。
光功能陶瓷可以應(yīng)用真空熱壓法制備，外加壓力的輔助能夠有效促進(jìn)致密化，縮短燒結(jié)時(shí)間，減少能耗。此外，針對(duì)其他常壓下難以燒結(jié)致密的陶瓷，采用真空熱壓技術(shù)也得到了較好的性能，例如應(yīng)用較廣泛的ZnO和MgO陶瓷。
3. 放電等離子體燒結(jié)（SPS）
放電等離子體燒結(jié)技術(shù)是在熱壓燒結(jié)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，引入了等離子體的活化作用，提高了加熱效率。SPS技術(shù)采用的依然是與熱壓燒結(jié)相近的石墨模具，因此真空氣氛仍是影響燒結(jié)過(guò)程的重要條件。在真空條件下進(jìn)行燒結(jié)，一方面可以保護(hù)材料本身免受氧化，另一方面可以避免因石墨氧化導(dǎo)致的電阻變化，防止影響脈沖電流的傳輸和致密化過(guò)程。
放電等離子體燒結(jié)爐示意圖
SPS可以高效率地制備難燒結(jié)的陶瓷材料，除Al2O3、ZrO2等常見(jiàn)陶瓷外，SPS技術(shù)也可用于許多難燒結(jié)材料的制備，ZrB2、HfB2、ZrC、TiN等超高溫陶瓷以及W，Ｒe，Ta，Mo等難熔金屬及其合金。
小結(jié)
隨著先進(jìn)陶瓷在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用日益廣泛，其性能需求日益提高，這對(duì)于陶瓷的制備技術(shù)也提出了更高的要求，真空技術(shù)的引入為先進(jìn)陶瓷的制備帶來(lái)了多角度和多層面的提升。在濕法成型工藝中，采用真空除泡技術(shù)能夠提升漿料的均勻程度，并有效減少成型部件中的缺陷，這一技術(shù)現(xiàn)已成為生產(chǎn)高質(zhì)量陶瓷不可或缺的一環(huán)。至于燒結(jié)環(huán)節(jié)，真空氣氛則為陶瓷的致密化過(guò)程提供了關(guān)鍵的燒結(jié)動(dòng)力
