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1、电子陶瓷第三章电子陶瓷工艺原理1第三章电子陶瓷工艺原理一电子陶瓷工艺概述二电子陶瓷原料与粉碎三电子瓷料合成原理四电子陶瓷成型原理五电子陶瓷烧结原理六电子陶瓷表面加工2一电子陶瓷工艺概述1 电子陶瓷基本工艺:通常,从性能的改进来改善陶瓷材料的功能,需要从两方面入手:内部组成:从材料的组成上直接调节,优化其内在品质外界条件:改变工艺条件以改善和提高陶瓷材料性能,达到获得优质电子陶瓷材料的目的。电子陶瓷基本工艺一般包括如下过程:原料处理和加工、电子瓷料合成、成型、烧结、表面加工等基本单元操作。3 (a(b (c(d(e(g(f(h一电子陶瓷工艺概述2 电子陶瓷工业化流程:造粒与成型喷雾造粒干压成型6
2、一电子陶瓷工艺概述2 电子陶瓷工业化流程:烧结与表面金属化陶瓷烧结印刷电极7一电子陶瓷工艺概述2 电子陶瓷工业化流程:测试与包装测试分选编带包装8二电子陶瓷原料与粉碎1 电子陶瓷原料2原料粒度与粉碎3球磨法原理9二电子陶瓷原料与粉碎1 电子陶瓷原料原料对电子陶瓷的性能至关重要,对于电子陶瓷的粉料,必须了解下列三方面情况:化学成分包括纯度、杂质的种类与含量、化学计量比颗粒度包括粉粒直径、粒度分布与颗粒外形等结构包括结晶形态、稳定度、裂纹与多孔性等10二电子陶瓷原料与粉碎1 电子陶瓷原料原料的化学成分,直接关系到电子陶瓷的各项物理性能是否能够得到保证,而颗粒度与结构主要决定坯体的密度及其可成型性。
3、粒度越细,结构越不完整,则其活性(不稳定性、可烧结性越大,越有利于烧结的进行。电子陶瓷原料有天然原料和化工原料两类。11二电子陶瓷原料与粉碎1 电子陶瓷原料天然原料:直接来源于大自然,如粘土,石英,菱镁矿,刚玉矿等。特点是含杂质较多,但价格便宜。只要产品性能符合相应的标准和使用要求,生产中往往挑选和使用纯度尽可能高的天然原料,以降低生产成本。12二电子陶瓷原料与粉碎1 电子陶瓷原料天然原料:粘土是自然界中存在的松散的、膏状、多种微细矿物的混合体,其主要成份是含水的铝硅酸盐矿物O3y SiO2zH2O。(化学组成:xAl2粘土具有良好的可塑性和粘合性,加水后成为软泥,能进行塑性成型,烧后又变得致
4、密坚硬。Fe2O3、TiO2等是粘土类原料中的有害杂质,使坯体在烧成时产生熔洞、斑点等缺陷,同时影响瓷体的电绝缘性。13二电子陶瓷原料与粉碎1 电子陶瓷原料天然原料:矿物,存在的形态很石英是一种结晶状的SiO2多,有水晶、玛瑙、石英岩(石英多晶体等。互相以顶点连接而成的三维空间石英是由SiO4架状结构。由于以共价键连接,结构紧密,空隙小,其它离子不易侵入网穴中,因而硬度与强度高,熔融温度也高。石英在陶瓷制备中起着骨架作用、提高陶瓷的机械强度,绝缘性能及化学稳定性,抗腐蚀性等。1415二电子陶瓷原料与粉碎1 电子陶瓷原料化工原料:化学方法提炼,提纯而得,由专业厂家完成,有多等级,标明含杂量,是电
5、子陶瓷生产中最常用的原料。如:氧化物TiO 2、ZrO 2、PbO 、Al 2O 3等氢氧化物Mg(OH2、NaOH 等盐CaCO 3、BaTiO 3、Mn(NO 32等杂质并非都有害,有的能与主成分形成低共熔物促进烧结;有的能作为离子补偿提高电学性能特点是纯度和物理特性可控。二电子陶瓷原料与粉碎2 原料粒度与粉碎粒度:指粉粒直径大小,作为陶瓷的粉料,其粒度通常在0.150微米之间。一般而言,粉料的粒度越细,则其工艺性能越佳。例如,当采用挤制、扎膜、流延等方法成型时,只有当粉料达到一定细度,才能使浆料达到必要的流动性、可塑性,才能保证制出的坯体具有足够的光洁度、均匀性和好的机械强度。此外,粒度
6、越细,烧结温度越低。1617二电子陶瓷原料与粉碎 粒度与形貌评价:粒度分析仪电子显微镜二电子陶瓷原料与粉碎2 原料粒度与粉碎粉碎:机械能转换为表面能的能量转化过程,即粉碎机械的动能或所做的机械功,通过粉料之间的撞击、碾压、摩擦,将粉料砸碎、破裂或磨去棱角等,使粉碎的比表面增加,因而表面自由能增加。几种典型的粉碎技术:球磨、振动磨、搅拌磨、砂磨、胶体磨、气流磨18 二电子陶瓷原料与粉碎3 球磨法原理球磨机:影响球磨效率的因素:球磨机的转速低于临界转速球磨机装载量一般装载量占磨罐容积的70%80%大小球配比、磨球形状、硬度及质量料、球、溶剂(水或乙醇等之比球磨时间的选择20二电子陶瓷原料与粉碎3
7、球磨法原理行星磨机:行星磨机是球磨机的一种,也称微粒球磨机。行星磨机采用四只相同重量的球磨罐,置于同一旋转的圆盘上,使球磨罐“公转”,同时各个球磨罐又绕自身轴线“自转”。当公转速度足够大时,离心力大大超过地心引力,自转角速度也相应提高,磨球不置于贴附罐壁不动,从而克服了旧式球磨机之临界转速的限制,大大提高球磨效率。21 二电子陶瓷原料与粉碎3 球磨法原理高能球磨机(机械合金化:a 晶粒细化:粉末在碰撞中反复破碎和焊合,缺陷密度增加,很快使颗粒细化至纳米级,产生晶格缺陷、晶格畸变,并具有一定程度的无定形化。表面化学键断裂而产生不饱和键、自由离子和电子等原因,使矿物晶体内能增高,导致物质反应的平衡
8、常数和反应速度常数显著增大。23二电子陶瓷原料与粉碎3 球磨法原理高能球磨机(机械合金化:b 局部碰撞点升温:虽然磨罐内温度一般不超过70,但局部碰撞点的温度要大大高于70,这样的温度将引起纳米尺寸的化学反应。在碰撞点处,产生极高的碰撞力,有助于晶体缺陷扩散和原子的重排。2425250o C-hydrotherm 750o C-calcing惰性气体保护球磨系统高能球磨机设备示例 高能球磨机研究实例 PMN-PT纳米粉体合成 250oC-hydrotherm 750oC-calcing John Wang, et.al., Advanced Materials, 1999, 11(3: 210-213 26 材料楼 228 27
