無論是傳統(tǒng)陶瓷還是精密結構陶瓷，都離不開燒結，可以說，燒結是陶瓷坯體成型的最后一道工藝，陶瓷產品的性能優(yōu)劣很大一部分因素是由燒結來決定的，如何燒的致密度高、燒的均勻、降低制造成本？其實它的前一道工序脫脂環(huán)節(jié)至關重要，除此之外，我們還要了解影響它的幾大因素：粉體、添加劑、燒結溫度及時間、壓力及燒結氣氛等。

圖 手機陶瓷蓋板及中框，拍攝于丁鼎陶瓷

陶瓷素坯在燒結前是由許許多多單個的固體顆粒所組成的，坯體中存在大量氣孔，氣孔率一般為35%~60%（即素坯相對密度為40%~65%），具體數(shù)值取決于粉料自身特征和所使用的成型方法和技術。當對固態(tài)素坯進行高溫加熱時，素坯中的顆粒發(fā)生物質遷移，達到某一溫度后坯體發(fā)生收縮，出現(xiàn)晶粒長大，伴隨氣孔排除，最終在低于熔點的溫度下（一般在熔點的0.5~0.7倍）素坯變成致密的多晶陶瓷材料，這種過程稱為燒結。

圖 燒結爐高溫爐膛，來源于合肥高歌

燒結的驅動力是粉末坯體的系統(tǒng)表面能減小，燒結過程由低能量晶界取代高能量晶粒表面和坯體體積收縮引起的總界面積減少來驅動，而促使坯體致密化的燒結機理包括蒸發(fā)-凝聚、晶格擴散、晶界擴散、黏滯流動等傳質方式。

燒結過程中通常發(fā)生三種主要變化：

1. 晶粒尺寸及密度的增大；

2. 氣孔形狀的變化；

3. 氣孔尺寸和數(shù)量的變化，通常使氣孔率減少。

對于致密陶瓷材料，相對密度一般可達到98%以上，而對于透明陶瓷要求燒結后陶瓷內部氣孔率趨近于零。

影響陶瓷燒結的因素有壓力、氣氛因素，同時粉體、溫度、添加劑等也對陶瓷燒結有一定影響，但最重要的是它的前一道工序：脫脂工藝，下面我們就來分析一下：

脫脂環(huán)節(jié)搞定，蓋板燒結就成功了一大半！

陶瓷如何燒的好？針對這個問題，很多人都忽略了一個環(huán)節(jié)，就是它的前道工序：脫脂，簡單來說是通過加熱或其它方法將有機物等從陶瓷坯體中脫離出來。脫脂與燒結是整個工藝中非常重要的熱工工藝，甚至可以說，燒結好不好，要看脫脂脫的是否徹底！

脫脂工藝非常重要，如果把控不好，比如溫度不均勻、脫脂不充分、脫脂時間不夠等，都會導致坯體一系列問題，包括有孔隙，有微裂紋等，但這些問題從脫脂爐出來是看不見的，必須經過燒結環(huán)節(jié)，這些缺陷才會暴露出來，但此時已經晚了，因為燒結工藝是不可逆的。尤其是在大批量量產的時候，對脫脂的要求是非常高的。

除此之外，還有哪些因素影響陶瓷的燒結？我們來看看：

一般來講，物料分散度越高，其表面能就越高，因此，具有促進遷移擴散的強大作用力，利于燒結;同時，在充分粉碎過程中，顆粒內部和表面的缺陷增加，有效地提高了質點的可遷移性。無論是固態(tài)或液態(tài)的燒結，細顆粒由于增加了燒結的推動力，縮短了原子擴散距離和提高顆粒在液相中的溶解度而提高燒結速率。而當原始粉料顆粒團聚現(xiàn)象嚴重，緊密堆積性差，再加上素坯壓制時壓力有梯度分布以及外加劑未能與粉料混勻，就會造成素坯各部分密度與組成的不均勻，于是素坯在燒結時會產生不均勻的致密化。

通常外加劑的加入將牽制材料在燒結時的晶界運動，使晶粒生長受到抑制，但是在某些情況下，結果恰好相反。如在固相燒結中，少量添加劑（又稱燒結助劑）可與主晶相形成固溶體促進缺陷增加；在液相燒結中，添加劑能改變液相的性質（如黏度、組成等），從而起到促進燒結的作用。

環(huán)境溫度和高溫下的保溫時間，是坯體能否完全燒結的重要外因條件。在晶體中晶格能愈大，離子結合也愈牢固，離子的擴散也愈困難，所需燒結溫度也就愈高。各種晶體結合情況不同，因此燒結溫度也相差很大，即使對同一種晶體燒結溫度也不是一個固定不變的值。伴隨環(huán)境溫度的升高及保溫時間的延長，物質質點遷移擴散充分，坯體不斷收縮、體積密度不斷提高。通常將坯體的氣孔率、致密度及機械強度等性能參數(shù)變化，趨于穩(wěn)定時的溫度稱為燒結溫度。將在溫度最高點的保溫時間稱為保溫時間。環(huán)境溫度值超過某一數(shù)量限，坯體的體積密度和機械強度不增反降，稱之為過燒。常將上述溫度區(qū)限稱為燒成溫度范圍。

燒成溫度不到，保溫時間再長也會生燒；燒成溫度過高，或在燒成溫度點，過分延長保溫時間，均會引起晶粒粗大，體積密度下降等過燒現(xiàn)象，導致燒結體的機械強度降低，所以在穩(wěn)定配料工序的情況下，確定制品的燒成溫度和保溫時間等燒成曲線制度至關重要。

在燒結過程中，如果質點或空位缺陷的遷移方向適當，其速度及效率越大，越利于燒結。這種能夠促進質點或空位遷移擴散效率的作用被稱作遷移驅動力，包括表面能、環(huán)境壓力及晶界自由能等。等靜壓燒結法就是通過增加燒結過程的環(huán)境壓力因素，有效促進燒結進程。降低了完成燒結過程的能耗提高了燒結體的致密度，能夠勝任常溫條件下無法完成燒結的坯體燒成。一般來說，成型壓力愈大，顆粒間接觸愈緊密，對燒結愈有利。

不同的燒結氣氛，會對陶瓷的燒結過程產生不同程度的影響，或促進燒結，或阻礙燒結。例如，在ZnO粉體中摻入微量Al2O3，其素坯在氧化氣氛中燒結，ZnO的晶粒生長將受到抑制，晶粒形貌細小均勻。反之，在ZnO粉料中摻入微量Li2O后，其素坯在還原氣氛下燒結，ZnO晶粒會快速長大，最后有可能發(fā)生晶粒異常長大。

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