陶瓷的加工及改ppt课件

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1、第六章 陶瓷的加工及改性第一节第一节 陶瓷的机械加工方法陶瓷的机械加工方法陶瓷加工的特点：陶瓷都有尺寸和外表精度要求，但由于烧结收缩率大，无法保证烧结后瓷体尺寸的准确度，因此烧结后需求再加工陶瓷资料有高硬度、高强度、脆性大的特性，属于难加工资料分类方式加工方法机械磨料加工固结磨料加工磨削珩磨超精加工纱布砂纸加工悬浮磨料加工研磨超声波加工抛光滚筒抛光刀具加工切削加工切割化学蚀刻化学研磨化学抛光光化学光刻电化学电解研磨电解抛光电学电火花加工电子束加工离子束加工等离子体加工光学激光加工陶瓷资料的加工方法6.1.1 6.1.1 陶瓷的切削加工陶瓷的切削加工cuttingcutting一、陶瓷资料的切削

2、加工特点一、陶瓷资料的切削加工特点 1 1陶瓷资料具有很高的硬度、耐磨性，对于普通工程陶陶瓷资料具有很高的硬度、耐磨性，对于普通工程陶 瓷的切削，只需超硬瓷的切削，只需超硬 刀具资料才可以胜任刀具资料才可以胜任 2 2陶瓷资料是典型的硬脆资料陶瓷资料是典型的硬脆资料 3 3陶瓷资料的切削特性由于资料种类、制备工艺陶瓷资料的切削特性由于资料种类、制备工艺 不同不同而有很大差别而有很大差别二、陶瓷资料的切削加工二、陶瓷资料的切削加工 1 1选择选择切削性能切削性能优优良的新型切削刀具良的新型切削刀具2 2选择选择适宜的刀具几何参数适宜的刀具几何参数3 3切削用量的切削用量的选择选择4 4设计设计的

3、公用的公用夹夹具、具、缓缓冲震冲震动动、施冷却光滑、施冷却光滑6.1.2 6.1.2 陶瓷的机械磨削加工陶瓷的机械磨削加工 一、磨削加工机理一、磨削加工机理grindinggrinding陶瓷资料和金属资料的磨削机理 资料脆性剥离是经过空隙和裂纹的构成或延展、剥落及碎裂等方式来完成的 在晶粒去除过程中，资料是以整个晶粒从工件外表上零落的方式被去除的。 陶瓷和金属的磨削过程模型如右图。金属资料依托剪切作用产生带状或接近带状的切屑，而磨削陶瓷时，资料内部先产生裂纹，随着应力的添加，延续裂纹的逐渐增大，衔接，从而构成部分剥落。 二、磨削加工设备二、磨削加工设备 砂轮grinding wheel和磨料

4、abrasives的选择 磨削工艺及条件的选择 a砂轮磨削速度 b工件给进速度feeding speed c冷却液的选择cooling media d 磨削深度aprubbing depth e磨削方式rubbing way、方向及机床刚性 machine rigidity6.1.3 陶瓷的研磨、抛光加工一、陶瓷的研磨grinding 研磨加工是利用涂敷或压嵌游离磨粒与研磨剂的混合物在一定刚性的软质研具上，研具与工件向磨粒施加一定压力，磨粒作滚动与滑动，从被研磨工件上去除极薄的余量，以提高工件的精度和降低外表粗糙度的加工方法，研磨加工表示图如以下图。 研磨加工表示图研磨过程资料剥离的机理主要是

5、以滚碾破碎为主。磨粒越粗，资料剥离率越大， 研磨效率越高，但外表粗糙度增大；磨粒硬度越高，研磨效率越高，但却容易使球面出现机械损伤，导致外表粗糙度相对较低。 研磨工程陶瓷用的磨料普通采用B4C和金刚石粉，磨料粒度范围为250600目，冷却液可选用煤油或机油。但对于较大尺寸的制品，不适宜采用端面研磨机加工，通常采用研磨砂布进展加工。 二、陶瓷的抛光二、陶瓷的抛光polishingpolishing 抛光是运用微细磨粒弹塑性的抛光机对工件外表进展摩擦使工件外表产生塑性流动，生成细微的切屑，资料的剥离根本上是在弹性的范围内进展。抛光的方法：普通的抛光运用软质、富于弹性或粘弹性的资料和微粉磨料。抛光加

6、工的用途：它是制备许多精细零件如硅芯片、集成电路基板、精细机电零件等的重要工艺。抛光时在加工面上产生的凹凸，或加工蜕变层极薄，所以尺寸外形精度和外表粗糙度比研磨高。第二节第二节 陶瓷的特种加工技术陶瓷的特种加工技术6.2.1 6.2.1 电火花加工电火花加工 电火花加工的原理是基于工件和工具正、负电极电火花加工的原理是基于工件和工具正、负电极之间脉冲性火花放电时的电腐蚀景象来蚀除之间脉冲性火花放电时的电腐蚀景象来蚀除corrosion corrosion removingremoving多余的金属，以到达对零件的尺寸、外形以及外多余的金属，以到达对零件的尺寸、外形以及外表质量预定的加工要求。以

7、下图为放电加工表示图表质量预定的加工要求。以下图为放电加工表示图 放电间隙表示图电火花加工必需具备以下几个条件：电火花加工必需具备以下几个条件：1放电必需是瞬时的脉冲性放电。2火花放电必需在有较高绝缘强度的介质中进展。3要有足够的放电强度，以实现金属部分的熔化和气化。4工具电极与工件被加工外表之间要一直坚持一定的放电间隙 绝缘陶瓷的电火花放电加工原理表示图和高速电火花穿孔机原理表示图如以下图所示 电火花加工表示图 高速电火花穿孔机原理表示图6.2.2 6.2.2 电子束加工电子束加工 电子束加工电子束加工electron beam machiningelectron beam machinin

8、g是在真空的条件下，是在真空的条件下，利用聚焦后能量密度极高利用聚焦后能量密度极高106109W/cm2106109W/cm2的电子束，以的电子束，以极高的速度冲击到工件外表极小的面积上，在极短的时间极高的速度冲击到工件外表极小的面积上，在极短的时间几分之一微秒内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击几分之一微秒内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击的大部分的工件资料到达数千度以上的高温，从而引起资料的大部分的工件资料到达数千度以上的高温，从而引起资料的部分融化或气化。以下图为电子束加工任务原理表示图。的部分融化或气化。以下图为电子束加工任务原理表示图。 电子束加工任务原理表示图 工件变形小、效

9、率高、清洁制电子束能量密度的大小与能量注入时间，到达热处置，焊接，打孔，切割等加工目的 光刻加工 特点： 原理：激光加工是利用能量密度极高的激光束照射到原理：激光加工是利用能量密度极高的激光束照射到被加工陶瓷工件外表上，工件部分外表吸收激光能量，使被加工陶瓷工件外表上，工件部分外表吸收激光能量，使本身温度上升，从而可以改本身温度上升，从而可以改动工件外表的构造和性能，甚工件外表的构造和性能，甚至呵斥不可逆的破坏。至呵斥不可逆的破坏。 资料在高温、熔融、汽化和冲料在高温、熔融、汽化和冲击波的作用下被波的作用下被蚀除，除，从而从而进展打孔、画展打孔、画线、切割以及外表、切割以及外表处置等加工。置等

10、加工。 特点：特点： 1加工速度快、无噪声，能加工速度快、无噪声，能实现各种复各种复杂面型的高精面型的高精度的加工目的。度的加工目的。 2可以可以进展微区加工，也可以展微区加工，也可以进展展选择性加工性加工 3因此其因此其热影响区很小影响区很小 4大气中大气中进展，便于大工件加工展，便于大工件加工 5数控机床机器人数控机床机器人衔接起来构成各种加工系接起来构成各种加工系统。 6难保保证反复精度和外表粗糙度；反复精度和外表粗糙度；设备复复杂昂昂贵，加，加工本工本钱高。高。 激光加工原理表示图6.2.3 激光加工laser machining 超声波磨削加工是利用工具端面作超声频振动，经过磨料悬浮

11、液加工硬脆资料的一种加工方法。加工原理如下图。超声波加工机理6.2.4 超声波加工ultrasonic machining特点：1适宜加工各种硬脆资料，特别是不 导电的非金属资料 2加工设备结果简单，操作、维修方便3可以得到高质量的外表，而且可以加工薄壁、窄缝零件 第三节第三节 施釉施釉 陶瓷的施釉是指经过高温的方式，在陶瓷体外表上陶瓷的施釉是指经过高温的方式，在陶瓷体外表上附着一层玻璃态层物质。施釉的目的在于改善坯体的外表物附着一层玻璃态层物质。施釉的目的在于改善坯体的外表物理性能和化学性能，同时添加产品的美感，提高产品的运用理性能和化学性能，同时添加产品的美感，提高产品的运用性能。性能。6

12、.3.1釉的作用与分类一、釉的作用1釉可以提高瓷体的外表光洁度。2釉可提高瓷件的力学性能和热学性能。3提高瓷件的电性能，如压电、介电和绝缘性能。4改善瓷体的化学性能。5使瓷件与金属之间构成结实的结合。6釉可以添加瓷器的美感，艺术釉还可以添加陶瓷制品的艺术附加 值，提高其艺术欣赏价值。二、釉的分类 1按釉中主要助熔物划分： 如铅釉、石灰釉、长石釉等。 2按釉的制备方法划分： 生料釉：即指釉料配方组成中未运用熟料熔块的釉。 熔块釉：即指由熔块与一些生料按配比制造而成的釉料。 3按照釉的烧成温度划分： 易熔釉或低温釉：指熔融温度普通不超越1150的釉 中熔釉或中温釉：指熔融温度普通在11501300

13、的釉 难熔釉或高温釉：指熔融温度普通达1130的釉 4按釉烧成后外观特征和具有的特殊功能划分： 透明釉、乳浊釉、画釉、结晶釉、纹理釉、无光釉、腊光釉、 荧光釉、香味釉、金属光泽釉、彩虹釉、抗菌釉、自洁釉等。 5按釉的用途划分： 装饰釉、电瓷釉、化学瓷釉、面釉、底釉、钧釉等。6.3.2 6.3.2 釉的特点和性质釉的特点和性质一、釉的熔融性能1釉的熔融温度范围定义：我们把釉随着温度的升高，从开场出现液相的始熔温度到完全成为液相的流淌温度之间的温度区域范围称为釉的熔融温度范围。釉的始熔温度和流淌温度的测定：釉的熔融性质通常用高温显微镜测定。首先，将待测釉料制形成高度和直径均为3mm的圆柱体，并置于

14、高温电炉中加热升温，升温速度为810/mm，对釉料受热变化的行为照相记录，如以下图。 釉料受热变化的行为 二、釉的高温粘度二、釉的高温粘度viscosity 1釉的高温粘度釉的高温粘度对釉面釉面质量的影响：假量的影响：假设粘度粘度过小，引起堆釉、流釉或干釉等缺陷并易使装小，引起堆釉、流釉或干釉等缺陷并易使装饰纹样模糊或消逝；假模糊或消逝；假设粘度粘度过大，会使釉面出大，会使釉面出现桔釉或光桔釉或光泽度差等缺陷。度差等缺陷。 2影响釉高温粘度的主要要素：影响釉高温粘度的主要要素：配方中助熔配方中助熔剂种种类及含量；及含量；烧成温度成温度 3釉的高温粘度釉的高温粘度测定：首先用定：首先用5g釉粉加

15、工成釉粉加工成圆球或小球或小圆柱体，然后将柱体，然后将该釉粉釉粉试样置于以置于以45度角放置度角放置的瓷的瓷质粘度粘度测定板的定板的圆槽中，槽中，试样在高温炉中升温至在高温炉中升温至成熟温度，然后冷却并取出成熟温度，然后冷却并取出试样测定其在流定其在流动槽中的槽中的流流动长度度L，它即代表着釉的粘度大小。，它即代表着釉的粘度大小。三、釉的膨胀系数及坯釉膨胀系数的顺应性 1坯釉膨胀系数互不顺应时的两种表现： 当釉坯时：冷却时釉层会遭到坯体所给予的拉伸应力作用，即在釉层中产生张应力。当此张应力超越釉层的抗张应力极限时，釉层被拉断构成釉裂。 当釉坯时：冷却时坯层收缩大于釉层，使釉层遭到压应力作用，当

16、此压应力超越一定极限时即发生釉层的剥落景象，即剥釉。 2膨胀系数的选择确定：对于有釉面的陶瓷制品，普通希望釉的膨胀系数比坯体的略小两者差值为1.010-6/左右较佳。 四、釉的力学性能四、釉的力学性能 1 1釉层的强度：釉面机械强度与釉、坯之间的应力分布有很大关系。釉层的强度：釉面机械强度与釉、坯之间的应力分布有很大关系。 2 2釉的弹性：釉的弹性： 釉的弹性对釉面质量的影响：假设釉的弹性很小，有裂纹产生；釉的弹性对釉面质量的影响：假设釉的弹性很小，有裂纹产生； 釉的弹性大可以缓解机械外应力的破坏作用。釉的弹性大可以缓解机械外应力的破坏作用。 釉的组成对弹性的影响：配方中引入离子半径较大、电荷

17、较低的釉的组成对弹性的影响：配方中引入离子半径较大、电荷较低的 金属氧化物如金属氧化物如Na2ONa2O、K2OK2O等可使弹性模量减少，而弹性值等可使弹性模量减少，而弹性值 增大；反之，引入离子半径小、极化才干强的金属化合物增大；反之，引入离子半径小、极化才干强的金属化合物BeOBeO、 MgO MgO、Li2OLi2O等那么使弹性提高釉的弹性模量，使釉的弹性减小。等那么使弹性提高釉的弹性模量，使釉的弹性减小。 3 3釉面硬度：釉面硬度： 影响釉硬度的要素：釉的组成，在釉层中适当添加影响釉硬度的要素：釉的组成，在釉层中适当添加Al2O3Al2O3、B2O3B2O3、 ZrO2 ZrO2、Ca

18、OCaO、ZnOZnO、MgOMgO的含量有利于添加釉的硬度；的含量有利于添加釉的硬度；K2OK2O、 Na2O Na2O的添加会降低其硬度；适当提高烧成温度，可使其硬度得到的添加会降低其硬度；适当提高烧成温度，可使其硬度得到 提高。提高。 五、釉面光五、釉面光泽度度 定定义：光：光泽度是表示釉面度是表示釉面对入射光作入射光作镜面反射的才干。面反射的才干。 影响要素：影响要素： 釉面光釉面光泽度与釉面的折射率、度与釉面的折射率、烧成制度有关。反射率成制度有关。反射率R提高，那么光提高，那么光泽度越大；度越大； 在釉中添加高折射率的金属氧化物，如在釉中添加高折射率的金属氧化物，如PbO、ZnO有

19、利有利于使折射率增大，同于使折射率增大，同时可以提高釉面的密度，从另一方面来可以提高釉面的密度，从另一方面来提高釉面的光提高釉面的光泽度。度。6.3.3 6.3.3 施釉工艺施釉工艺一、根本施釉方法1浸釉法：即将产品用手工全部浸入釉料中，使之附着一层釉浆2喷釉法：喷釉法是利用紧缩空气将釉浆喷成雾状，使粘附于坯体上 3浇釉法：将釉浆浇到坯体上以构成釉层 4刷釉法：用于在同一坯体上施几种不同釉料 二、新型施釉方法1流化床法 ：利用紧缩空气设法使加有少量有机树脂的干釉粉在流化床内悬浮而呈现流化形状，然后将预热到100200 坯体浸入到流化床中，与釉粉坚持一段时间的接触 2热喷施釉法 ：先进展坯料的素

20、烧，后在炽热形状的素烧坯体上进展喷釉 3干压施釉法 ：压施釉法是将成型、上釉一次完成的一种方法。釉料和坯体均经过喷雾枯燥来制备。成型时，先将坯料装入模具加压一次，然后撒上少许有机结合剂，再撒上釉粉，然后加压。4机器人施釉6.3.5 6.3.5 烧釉烧釉1制定烧成制度的根据： 以坯釉的化学组成及其在烧成过程中的物理化学变化为根据。 以坯件的种类、大小、外形和薄厚为根据。 以窑炉的构造、种类、燃料种类以及装窑疏密等为根据。 以类似产品的胜利烧成阅历为根据。2温度制度及其控制： 温度制度包括：升温速率、烧成温度止火温度、保温时间和冷却 速度等。3气氛制度及其控制： 气氛类型 烧成气氛的选择根据第四节

21、第四节 陶瓷外表金属化陶瓷外表金属化6.4.1 6.4.1 陶瓷外表金属化的用途陶瓷外表金属化的用途 一、制造电子元器件一、制造电子元器件 二、用于电磁屏蔽二、用于电磁屏蔽 三、运用于装饰方面消费美术陶瓷三、运用于装饰方面消费美术陶瓷6.4.2 陶瓷外表金属化的方法 陶瓷的金属化方法很多，在电容器，滤波器及印刷电路等技术中，常采用被银法。此外还有采用化学镀镍法、烧结金属粉末法、活性金属法、真空气相堆积和溅射法等。 一、被银法一、被银法 被银法又名烧渗银法。这种方法是在陶瓷的外表烧渗一层金属银，被银法又名烧渗银法。这种方法是在陶瓷的外表烧渗一层金属银，被银法又名烧渗银法。这种方法是在陶瓷的外表烧

22、渗一层金属银，被银法又名烧渗银法。这种方法是在陶瓷的外表烧渗一层金属银，作为电容器，滤波器的电极或集成电路基片的导电网络作为电容器，滤波器的电极或集成电路基片的导电网络作为电容器，滤波器的电极或集成电路基片的导电网络作为电容器，滤波器的电极或集成电路基片的导电网络 1瓷件的预处置：瓷件金属化之前必需预先进展净化处置。清洗的方法很多，通常可用7080的热肥皂水浸洗，再用清水冲洗 。2银浆的配置：银浆的配方主要是由含银的原料，熔剂及粘合剂组成。 3银电极浆料的制备：将制备好的含银原料，熔剂和粘合剂按一定配比进展配料后，在刚玉或玛瑙磨罐中球磨4090h，使粉体粒度5m并混合均匀。 4涂敷工艺：有手工

23、，机械，浸涂，喷涂或丝网印刷等 5烧银：烧银的目的是在高温作用下使瓷件外表上构成延续、致密、附着结实、导电性良好的银层 二、化学镀镍法二、化学镀镍法 优点：优点：优点：优点： 1 1镀层厚度均匀，能使瓷件外表构成厚度根本一致的镀层。镀层厚度均匀，能使瓷件外表构成厚度根本一致的镀层。镀层厚度均匀，能使瓷件外表构成厚度根本一致的镀层。镀层厚度均匀，能使瓷件外表构成厚度根本一致的镀层。 2 2堆积层具有独特的化学、物理和机械性能，如抗腐蚀、外表光洁、堆积层具有独特的化学、物理和机械性能，如抗腐蚀、外表光洁、堆积层具有独特的化学、物理和机械性能，如抗腐蚀、外表光洁、堆积层具有独特的化学、物理和机械性能

24、，如抗腐蚀、外表光洁、硬度高、耐磨良好等。硬度高、耐磨良好等。硬度高、耐磨良好等。硬度高、耐磨良好等。 3 3投资少，简便易行，化学镀不需求电源，施镀时只需直接把镀件投资少，简便易行，化学镀不需求电源，施镀时只需直接把镀件投资少，简便易行，化学镀不需求电源，施镀时只需直接把镀件投资少，简便易行，化学镀不需求电源，施镀时只需直接把镀件浸入镀液即可。浸入镀液即可。浸入镀液即可。浸入镀液即可。化学镀的工艺流程为：陶瓷片水洗除油水洗粗化水洗敏化水洗活化水洗化学镀水洗热处置。三、真空溅射镀膜三、真空溅射镀膜vacuum sputtering coatingvacuum sputtering coatin

25、g 它是在功能陶瓷外表构成导电层的方法，如镀铝，金等，具有镀膜它是在功能陶瓷外表构成导电层的方法，如镀铝，金等，具有镀膜它是在功能陶瓷外表构成导电层的方法，如镀铝，金等，具有镀膜它是在功能陶瓷外表构成导电层的方法，如镀铝，金等，具有镀膜质量较高，简便适用等优点。该方法配合光刻技术可以构成复杂的电极质量较高，简便适用等优点。该方法配合光刻技术可以构成复杂的电极质量较高，简便适用等优点。该方法配合光刻技术可以构成复杂的电极质量较高，简便适用等优点。该方法配合光刻技术可以构成复杂的电极图案，也可构成合金和难熔金属的导电层以及各种氧化物，钛酸钡等化图案，也可构成合金和难熔金属的导电层以及各种氧化物，钛

26、酸钡等化图案，也可构成合金和难熔金属的导电层以及各种氧化物，钛酸钡等化图案，也可构成合金和难熔金属的导电层以及各种氧化物，钛酸钡等化合物薄膜。真空蒸发镀膜原理如以下图所示合物薄膜。真空蒸发镀膜原理如以下图所示合物薄膜。真空蒸发镀膜原理如以下图所示合物薄膜。真空蒸发镀膜原理如以下图所示 真空蒸发镀膜表示图常用的有常用的有电电阻加阻加热热法和法和电电子束加子束加热热法。法。1 1电电阻加阻加热热法是用高熔点金属法是用高熔点金属钨钨、钼钼做成做成丝丝或舟型加或舟型加热热器，器，用来存放蒸用来存放蒸发资发资料，利用大料，利用大电电流流经过经过加加热热器器时产时产生的生的热热量来直接量来直接加加热热膜料

27、。膜料。2 2电电子束加子束加热热法由一个提供法由一个提供电电子的子的热热阴极、加速阴极、加速电电子的加速极子的加速极和阳极膜料所和阳极膜料所组组成，其特点成，其特点是能量高度集中能使膜料源的部是能量高度集中能使膜料源的部分外表分外表获获得极高的温度，得极高的温度，对对高、高、低熔点的膜料都能加低熔点的膜料都能加热热气化气化第五节第五节 陶瓷金属封接技术陶瓷金属封接技术bonding of ceramics and metalsbonding of ceramics and metals 作为陶瓷金属的衔接，不论采用哪种类型的封接工艺，都必需满作为陶瓷金属的衔接，不论采用哪种类型的封接工艺，都

28、必需满足以下性能要求：足以下性能要求： 1 1电气特性优良，包括耐高电压，抗飞弧，具有足够的绝缘，介电气特性优良，包括耐高电压，抗飞弧，具有足够的绝缘，介电才干等；电才干等； 2 2化学稳定性高，能抗耐适当的酸、碱清洗，不分解，不腐蚀。化学稳定性高，能抗耐适当的酸、碱清洗，不分解，不腐蚀。 3 3热稳定性好，可以接受高温暖热冲击作用，具有适宜的线膨胀热稳定性好，可以接受高温暖热冲击作用，具有适宜的线膨胀系数；系数； 4 4可靠性高，包括足够的气密性，防潮性和抗风化作用等；可靠性高，包括足够的气密性，防潮性和抗风化作用等；6.5.1 6.5.1 玻璃焊料封接玻璃焊料封接glass welding

29、glass welding 玻璃焊料封接又称为氧化物焊料法，即利用附着在陶瓷外表的玻璃相或玻璃釉作为封接资料。 玻璃焊料适宜于陶瓷和各种金属合金的封接包括陶瓷与陶瓷的封接，特别是强度和气密性要求较高的功能陶瓷。一、玻璃焊料金属封接条件1两者的膨胀系数接近2玻璃能润湿金属外表二、封接前金属的处置1金属的清洁处置：机械净化；去油 ；化学清洗 ；电化学清洗 ；烘干 2金属的预氧化：即将金属置于氢气或真空中进展高温加热使金属外表能构成一层氧化物而到达润湿的效果。 三、玻璃焊料金属封接的工艺参数1温度2时间3气氛 6.5.2 6.5.2 烧结金属粉末法封接烧结金属粉末法封接powder metallur

30、gy bondingpowder metallurgy bonding 用这种方法将陶瓷和金属件焊接到一同时，其主要工艺分为两个步用这种方法将陶瓷和金属件焊接到一同时，其主要工艺分为两个步用这种方法将陶瓷和金属件焊接到一同时，其主要工艺分为两个步用这种方法将陶瓷和金属件焊接到一同时，其主要工艺分为两个步骤：陶瓷外表金属化和加热焊料使陶瓷与金属焊封。其中，最关键的工骤：陶瓷外表金属化和加热焊料使陶瓷与金属焊封。其中，最关键的工骤：陶瓷外表金属化和加热焊料使陶瓷与金属焊封。其中，最关键的工骤：陶瓷外表金属化和加热焊料使陶瓷与金属焊封。其中，最关键的工艺是陶瓷外表的金属化艺是陶瓷外表的金属化艺是陶瓷

31、外表的金属化艺是陶瓷外表的金属化 工艺流程简述如下 ：1浆料制备 ：其中主要成分为金属氧化物或金属粉末，还含有一些无机粘合剂，有机粘合剂。再加上适量的液体，就可置入球磨机中湿磨1260小时，直到平均粒径到13m为止。2刷浆 ：将上述制得的金属浆料，以一定方式涂刷于需求金属化的陶瓷外表上，这层金属浆料的厚度，以干后到达1226m为宜。3烧渗：在高温及复原性气氛的作用下，一部分金属氧化物将被复原成金属，另一部分那么能够熔融并添加到陶瓷的玻璃相中，或与陶瓷中之某些晶态物质，经过化学反响而生成一种新的化合物，构成一种粘稠的过渡层，并将陶瓷外表完全润湿。而在冷却过程中这粘稠的过渡层，那么凝固为玻璃相，填

32、充于陶瓷外表与金属粉粒之间。 4将陶瓷金属化外表与金属进展焊接 6.5.3 6.5.3 活性金属封接法活性金属封接法active metallic bondingactive metallic bonding 在直接在直接焊封之前，陶瓷外表不需求先封之前，陶瓷外表不需求先进展金属化，而采用一种特殊展金属化，而采用一种特殊的的焊料金属，直接置于需求料金属，直接置于需求焊接的金属和陶瓷之接的金属和陶瓷之间，利用陶瓷金属母，利用陶瓷金属母材之材之间的的焊料在高温下熔化，其中的活性料在高温下熔化，其中的活性组员与陶瓷与陶瓷发生反响，构成生反响，构成稳定的反响梯度定的反响梯度层，从而使两种，从而使两种资

33、料料结合在一同。合在一同。这种金属种金属焊料可以直接料可以直接制成薄制成薄层垫片状，或采用胶片状，或采用胶态悬浊浆涂刷。涂刷。 必需必需严厉控制控制焊封的温度和封的温度和时间，以防止，以防止焊料料对瓷件的瓷件的过分侵分侵蚀，才干保才干保证必要的必要的焊封封质量；活化金属量；活化金属焊接工接工艺，必需在高度真空下，必需在高度真空下进展，展，通常真空度必需高于通常真空度必需高于10-4Pa。对于大型工件来于大型工件来说，是非常，是非常费事且事且难以以实现的。因此，的。因此，这种工种工艺至今未得到广泛的运用。至今未得到广泛的运用。 特点：6.5.4 6.5.4 封接的构造方式封接的构造方式confi

34、gurationconfiguration 运用于电子元件、器件中的陶瓷金属的封接，虽然种类繁多，方式不一，但就根本构造而言，不外乎对封、压封、穿封三种，如图6.16所示。假设元件本身构造比较简单，那么可以运用其中之一种，如小型密封电阻，电容，电路基片等。如元器件本身比较复杂，那么能够有其中的23种方式组合而成，如穿心式电容器，陶瓷绝缘子，真空电容器等。一、对封：对封是经过焊封将金属直接平焊于金属化后的陶瓷端面上。如右图1、2所示 二、压封：即金属件在外，瓷件在内。如右图3、4所示 三、穿封：当穿过瓷件的金属件的直径较细，可以直接采用如右图5所示的实心穿封；金属件较粗应改用如右图6所示压穿封

35、陶瓷金属封接的主要构造方式第六节第六节 陶瓷外表改性新技术陶瓷外表改性新技术一、热喷涂法thermal spraying：利用氧乙炔丙烷火焰、电弧或等离子等高温热源将欲涂覆的各种涂层资料熔化或软化，并用高速射流使之雾化成微细颗粒液滴或高温颗粒，放射到经过预处置的基体外表工件外表，从而与基体构成一层结实的涂层的技术，到达高度耐磨、减摩、耐蚀、耐高温以及修补恢复尺寸等目的 二、冷喷涂法：利用高压气体携带粉末颗粒从轴向进入喷枪产生超音速流，粉末颗粒经喷枪加速后在完全固态下撞击基体，经过产生较大的塑性变形而堆积于基体外表构成涂层 三、溶胶凝胶法sol-gel：用易水解的金属醇盐或无机盐，在某种溶剂中发

36、生水解反响，经水解缩聚构成均匀的溶胶，将溶胶涂覆在金属的外表，再经枯燥、热处置焙烧后构成涂层 6.6.1 6.6.1 陶瓷资料传统的外表改性技术陶瓷资料传统的外表改性技术四、物理化学气相堆积法physical chemical vapor deposition： 气相堆积是指以资料的气态或蒸汽或气态物质化学反响的产物在工件外表构成涂层的技术，前者称为物理气相堆积PVD，后者称为化学气相堆积CVD 。 物理气相堆积有溅射法、离子镀法、真空蒸镀法等。对于陶瓷基体来说，用的较多的是溅射法。溅射法是经过待镀资料源和基板一同放入真空室内，然后利用正离子轰击作为阴极的靶，以动量传送的方法使靶材中的原子、分

37、子溢出并在基板外表上凝聚成膜 。 化学气相堆积是指在相当高的温度下，混合气体与基体的外表相互作用，使混合气体中的某些成分分解，并在基体外表构成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。 五、熔盐反响法molten salt reaction：其原理是利用过渡金属在熔盐里歧化反响，在陶瓷外表堆积金属薄膜和涂层，从而改善陶瓷外表的润湿性能 6.6.2 6.6.2 陶瓷外表改性新技术陶瓷外表改性新技术一、离子注入技术ion implanting： 它是将所需的元素气体或金属蒸汽通入电离室电离后构成正离子，它是将所需的元素气体或金属蒸汽通入电离室电离后构成正离子，将正离子从电离室引出进入几十至几百千伏的高压电

38、场中加速后注入资料将正离子从电离室引出进入几十至几百千伏的高压电场中加速后注入资料外表，在零点几微米的表层中添加注入元素的浓度，同时产生辐照损伤，外表，在零点几微米的表层中添加注入元素的浓度，同时产生辐照损伤，从而改动资料的构造和各种性能。从而改动资料的构造和各种性能。 1离子注入技术原理及安装 离子注入是指从离子源中引出离子，经过加速电位加速，离子获得一定的初速度尔后进入磁分析器，使离子纯化，从磁分析器中引出所需求注入的纯度极高的离子。加速管将选出的离子进一步加速到所需的能量，以控制注入的深度。聚焦扫描系统将粒子束聚焦扫描，有控制地注入陶瓷资料外表。离子注入安装如右图所示离子注入机表示图离子

39、注入技术的特点离子注入技术的特点 ：离子注入是一个非平衡过程，注入元素不受分散系数、固溶度和平衡相图的限制，实际上可将任何元素注入到任何基体资料中去。离子注入是原子的直接混合，注入层厚度为0.1m，但在摩擦条件下任务时，由于摩擦热作用，注入原子不断向内迁移，其深度可达原始注入深度的1001000倍，运用寿命延伸。 离子注入元素是分散停留在基体内部，没有界面，故改性层与基体之间的结合强度很高，附着性好；离子注入是在高真空10-410-5Pa和较低的温度下进展的，因此工件不产生氧化脱碳景象，也没有明显的尺寸变化，故适宜工件的最后外表处置。 缺陷：有时无法处置复杂的凹面和内腔；注入层较薄；离子注入机

40、价钱昂贵，加工本钱较高。 金属蒸汽真空弧离子源是利用阴、阳极间的真空电弧放电原理来建立等离子体的右图为MEVVA源的电源原理。2金属蒸汽真空离子源技术metal vapor vacuum arcMEVVA源的电源原理特点：1能给出的离子种类多2注入效率高3离子电荷态高，可大幅度地降低注入机的制造本钱4离子束纯度高，进一步降低注入机的制造本钱 5可实现多种元素的离子在一样条件下的注入和掺杂，并省去反复抽真空的时间。3 3离子注入对陶瓷外表资料外表力学性能的影响离子注入对陶瓷外表资料外表力学性能的影响离子注入对陶瓷外表资料断裂韧性的影响： 陶瓷资料的致命缺陷是脆性大，利用离子注入可以在一定程度上提

41、高陶瓷的断裂韧性。 离子注入对陶瓷抗弯强度的影响： 由于离子注入使资料外表产生辐照损伤，体积膨胀，产生外表压应力，这是资料强度添加的主要缘由，但是假设资料外表的裂纹尺寸超越了注入引起的外表压应力的厚度，其加强效果会减小。 离子注入对陶瓷硬度的影响： 普通来说，低剂量注入时，离子束引起外表硬化，使得资料硬度会增大，但是剂量增到一定程度时，当陶瓷外表呈无定形后，硬度就会急剧下降。 离子注入对陶瓷摩擦性能的影响： 陶瓷资料的摩擦损失常与外表性能有亲密关系。离子注入可以改善资料的外表性能，从而提高资料外表的抗磨损性能 二、等离子体喷涂二、等离子体喷涂plasma sprayingplasma spra

42、ying1等离子体与外表的相互作用 低温等离子体中存在具有一定能量分布的电子、离子和中性粒子，经过它们与资料外表的撞击，会将本人的能量传送给资料外表的原子或分子，产生解析、溅射、刻蚀、蒸发等各种物理、化学过程。一些粒子还会注入到资料外表引起级联碰撞、散射、激发、重排、异构、缺陷、晶化或非晶化，从而改动资料外表的组织和性能。2脉冲等离子堆积pulse plasma deposition 用于薄膜合成、外表改性技术中的脉冲能量束普通为脉冲激光束、脉冲电子束、脉冲等离子束。与脉冲电子束、脉冲激光束相比，脉冲等离子体具有电子温度高、等离子体密度高、定向速度高、功率大等特点。脉冲等离子体运用于资料外表改

43、性具有设备简单、处置温度可以在室温进展、堆积速率高、薄膜与基底粘结力强等优点，并兼有激光外表处置、电子束处置、冲击波轰击、离子注入、溅射、化学气相堆积等综合性特点。在制备薄膜时可在室温下合成亚稳态相和其他化合物资料。3脉冲高能量密度等离子体脉冲高能量密度等离子体的根本构思：将高能量密度等离子体，瞬间地作用在资料外表，可以导致资料外表出现部分急剧熔化，紧接焦急剧冷却凝固，加热或冷却速率可达108 1010 K/s。因此可以在基材外表构成一层微晶或非晶薄膜，从而到达改善资料外表性能的目的。经过改动同轴枪内、外电极资料，任务气体种类及工艺参数，可以获得不同种类和比例的等离子体束，从而可以在室温下制备

44、各种稳态和亚稳态相的薄膜 脉冲高能量密度等离子体的产生安装是根据同轴等离子体加速器的概念设计的，安装如右图所示 脉冲高能量密度等离子体同轴枪原理图4脉冲高能量密度等离子体外表改性 脉冲高能量密度等离子体技术用于陶瓷外表金属化的缘由：1通常用铜替代铝作为集成电路的金属资料，目前方法堆积得到的铜膜由于与氧化铝基底的润湿性很差，呵斥金属膜与基底结合不牢。2脉冲高能量密度等离子体在处置资料时，等离子体可以与基底资料直接发生反响，这样，制备薄膜及膜/基混合可同步实现，可以有效提高膜/基结合力。 脉冲高能量密度等离子体技术用于刀具外表改性方面 利用脉冲高能量密度等离子体技术在Si3N4陶瓷刀具和硬质合金刀

45、具外表堆积Ti(C,N)涂层后，具有很好的硬度效果 三、激光技术三、激光技术laser sprayinglaser spraying 激光外表处置采用大功率密度的激光束、以非接触性的方式加热资料外表，借助于资料外表本身传导冷却，来实现其外表改性的工艺方法。优点：能量传送方便，可以对被处置工件外表有选择地部分强化；能量作用集中，加工时间短，热影响区小，激光处置后，工件变形小；可处置外表外形复杂的工件，而且容易实现自动化消费线；激光外表改性的效果比普通方法更显著，速度快，效率高，本钱低；通常只能处置一些薄板金属，不适宜处置较厚的板材，但可以作为建筑卫生陶瓷的外表修补； 激光外表处置包括激光外表硬化

46、、激光冲击硬化、激光外表熔化、激光外表合金化和激光外表涂覆等 1激光外表处置技术的原理及特点2 2激光外表喷涂激光外表喷涂 右图为激光外表喷涂喷嘴表示图。该安装有激光发生器、喷涂资料供应安装、高压气体供应安装组成。该方法属于同步吹送法，它的特点是利用高温度、高能量密度的激光作为光源，使喷涂资料和喷涂气氛的气体反响来制造非金属涂层。激光喷涂喷嘴表示图3 3脉冲激光堆积镀膜脉冲激光堆积镀膜它是将准分子脉冲激光器所产生的高功率脉冲激光束聚焦作用于靶资料外表，使靶资料外表产生高温及熔蚀，并进一步产生高温高压等离子体T104K，这种等离子体定向局域膨胀发射并在衬底上堆积而构成薄膜。典型的PLD堆积安装主

47、要由激光扫描系统、真空室制膜系统、监测系统组成图6.21。 脉冲激光堆积镀膜表示图优点：易于保证镀膜后化学计量比的稳定反响迅速，生长快。定向性强、薄膜分辩率高，能实现微区堆积 生长过程中可原位引入多种气体 易制多层膜和异质膜 易于在较低温度下原位生长取向一致的构造和外延单晶膜高真空环境对薄膜污染少可制成高纯薄膜 可制膜种类多 四、爆炸喷涂四、爆炸喷涂explosion sprayingexplosion spraying 喷涂时，首先将定量的乙炔和氧由供气口送入水冷喷腔的内腔，再从另一入口送入氮气，同时将粉末从供料口送入，这些粉末在熄灭气体中浮游，火花塞点火，气体爆炸产生的热能和压力转化成动能

48、，使粉末到达熔融形状并高速撞击基材外表从而构成涂层，图6.22是爆炸喷涂的原理表示图。爆炸喷涂原理表示图五、陶瓷粉体的外表包覆改性surface coating 包裹粉体在构造陶瓷领域的运用主要在：提高陶瓷粉体的分散性；提高烧结助剂或弥散相在粉体中的均匀性；阻止弥散体与基体之间的反响。在功能陶瓷领域除可以降低粉体外表的缺陷浓度、提高分散性外，还可以改善其电、磁、光、催化以及烧结性能。从粉体包覆改性过程中颗粒外表发生的物理化学变化的角度，有以下几种包覆改性方法： 1外表吸附改性surface adsorption 外表吸附改性是利用物理或化学吸附原理，使包覆资料均匀附着在陶瓷粉体上，以构成延续完好的包覆层 。2非均相成核法heterogeneous nucleation 非均匀形核法是利用改性剂微粒在被包覆颗粒基体上的非均匀形核并生长来构成包覆层。