先看一段經(jīng)典的表述：先進陶瓷制品的一致性，是它能否大規(guī)摸推廣應(yīng)用的最關(guān)鍵問題之一。現(xiàn)今的先進陶瓷制備技術(shù)可以做到成批地生產(chǎn)出性能很好的產(chǎn)品，但卻不容易保證所有制品的品質(zhì)一致，在實驗室規(guī)模下能夠穩(wěn)定重復(fù)制造的材料，在擴大的生產(chǎn)規(guī)模下常常難于重現(xiàn)，在生產(chǎn)規(guī)模下可能重復(fù)再現(xiàn)的陶瓷材料，常常在原材料波動和工藝裝備有所變化的條件下難于實現(xiàn)，這是陶瓷制備中的關(guān)鍵問題之一。

陶瓷材料的質(zhì)量與其制備工藝有很大的關(guān)系，在實際生產(chǎn)中的情況是相當復(fù)雜的，陶瓷與金屬的一個重要區(qū)別就在于它對制造工藝中的微小變化特別敏感，而正是這些細微的變化，分分鐘給成品埋下“缺陷的地雷”，因此優(yōu)秀的陶瓷制品的順利生產(chǎn)需得實際經(jīng)驗的積累來輔助。

本文將整理資料為吃瓜群眾們貫通一下陶瓷制備的工藝路線。陶瓷材料的幾個基本工藝組成。

圖表1：陶瓷材料的基本工藝過程

一、粉體制備

對于先進陶瓷材料而言，其所用粉體原料都是人工精選的材料，粉體的制取工藝通常，會包括物理方法或化學(xué)方法。不同制備方法適用于不同應(yīng)用范疇及材料。下文將對粉體材料的常用的制備方法進行一個簡要的介紹。

1、物理方法：

物理粉碎法：通過機械粉碎、電火花爆炸等方法得到粉體材料。其特點操作簡單、成本低，但產(chǎn)品純度相對較低，顆粒分布不均勻。物理粉碎也可以用于化學(xué)法制備的粉體材料后處理，可以粉體材料更加微細化，在合適的控制手段下，也可制備出粒度分布均勻，顆粒小的粉體材料。物理粉碎法方法涉及的設(shè)備有球磨機、砂磨機、氣流粉碎等等各種設(shè)備。

真空冷凝法：用真空蒸發(fā)、加熱、高頻感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等離子體，然后驟冷。其特點純度高、結(jié)晶組織好、粒度可控，但技術(shù)設(shè)備要求高。

圖表2：以角形硅微粉作為原料，通過火焰熔融法制備的球形氧化鋁

2.?化學(xué)方法?

氣相沉積法：利用金屬化合物蒸氣的化學(xué)反應(yīng)合成納米材料。其特點產(chǎn)品純度高，粒度分布窄。?

沉淀法：把沉淀劑加入到鹽溶液中反應(yīng)后，將沉淀熱處理得到納米材料。其特點簡單易行，但純度低，顆粒半徑大，適合制備氧化物。

水熱合成：高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經(jīng)分離和熱處理得納米粒子。其特點純度高，分散性好、粒度易控制。?

溶膠凝膠法：金屬化合物經(jīng)溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)低溫熱處理而生成納米粒子。其特點反應(yīng)物種多，產(chǎn)物顆粒均一，過程易控制，適于氧化物和Ⅱ~Ⅵ族化合物的制備。?

微乳液法：兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，在微泡中經(jīng)成核、聚結(jié)、團聚、熱處理后得納米粒子。其特點粒子的單分散和界面性好，Ⅱ~Ⅵ族半導(dǎo)體納米粒子多用此法制備。

二、坯料成型

成型的目的是將坯料加工成為一定形狀和尺寸的半成品，使坯料具有必要的機械強度和一定的致密度。

圖表3：傳統(tǒng)的陶瓷成型方法“憑空捏造”

很明顯無法滿足各種要求，因此我們有如下成型技術(shù)

圖表4：各種陶瓷成型方法

漿料成型，例如注漿成型和流延成型的對象是漿料，液體占比一般在30%以上，具有較好的流動性，可填充模具的各個角落；塑性成型，例如擠壓成型、軋膜成型的對象是坯料，液體占比一般在10%-30%之間，塑性較好，成型后幾乎不變形；干法壓制成型，例如干壓成型和等靜壓成型的對象是造粒粉，液體占比一般低于10%，依靠壓力提高造粒粉的堆積密度，燒結(jié)收縮小。至于固體無模成型則可以理解成為3D打印陶瓷范疇。

圖表5：部分成型工藝特點小結(jié)

三、干燥與排膠

干燥是借助熱能使坯料中水分汽化，由干燥介質(zhì)帶走的過程。這個過程是坯料和干燥介質(zhì)之間傳熱傳質(zhì)過程。對注漿成型坯件來說，干燥過程極為重要。

先進陶瓷原料多為瘠性料，成型時多采用有機/塑化劑或粘合劑。在煅燒時，粘合劑在坯體中大量熔化、分解、揮發(fā)，會導(dǎo)致坯體變形、開裂，機械強度也會降低。有時由于粘合劑中含碳較多，當氧氣不足產(chǎn)生還原氣氛時，會影響燒結(jié)質(zhì)量，增加燒銀、極化的困難，降低制品的最終性能。因此需要對其進行排除粘合劑的處理，這個工藝稱為排膠。通過排膠處理可以將坯體中粘合劑排除，可以為下一步燒成創(chuàng)造條件，使坯體獲得一定的機械強度，也避免了粘合劑在燒成時的還原作用。

排膠時必須嚴格控制溫度制度，可以借助吸附劑的作用可使坯料中的塑化劑、粘合劑等全部或部分揮發(fā)，吸附劑的作用是包圍坯體，并將熔化的塑化劑及時吸附并蒸發(fā)出來，吸附劑應(yīng)是多孔性、有一定吸附能力和流動性，能全部包圍產(chǎn)品，在一定溫度范圍內(nèi)，不與產(chǎn)品起化學(xué)反應(yīng)的材料。常用的吸附劑有煅燒氧化鋁粉、石英粉、滑石粉、高嶺土等，其中以煅燒氧化鋁粉的效果為佳。

圖表6：煅燒氧化鋁

四、坯體燒結(jié)

燒結(jié)是通過一定的高溫處理，使成型的陶瓷坯體發(fā)生預(yù)期物理化學(xué)反應(yīng)和充分致密化，形成需要的化學(xué)組成、礦物和微觀結(jié)構(gòu)，得到具有要求的物理化學(xué)性能陶瓷的全過程。該工藝過程坯體在高溫熱能的激活下體系總表面積下降和缺陷濃度減少并使坯體致密化。燒結(jié)過程包括燒結(jié)動力和物質(zhì)傳遞機構(gòu)、固相燒結(jié)、固-液相燒結(jié)、晶粒生長、溶質(zhì)晶界分凝及脫溶和二次再結(jié)晶。

影響燒結(jié)主要因素是陶瓷配料在高溫時液相的產(chǎn)生與作用、陶瓷配料中少量加入物、原料細度和活性對燒結(jié)的影響及機理。燒結(jié)過程大致分為三個階段：從室溫至最高燒結(jié)溫度的升溫階段；在高溫下的保溫階段；從最高溫度至室溫的冷卻階段；有些陶瓷材料還需要燒結(jié)后的熱處理。目前可選的燒結(jié)大法有很多，詳見下圖。

圖表7：坯體燒結(jié)技術(shù)大全

五、精密加工

先進陶瓷材料常見的后續(xù)加工處理方式主要有表面施釉、機械加工及表面金屬化。

施釉：①提高瓷件的機械強度與耐熱沖擊性能；②防止工件表面的低壓放電；③使瓷件的防潮功能提高。

機械加工：可以使陶瓷制品適應(yīng)尺寸公差的要求，也可以改善陶瓷制品表面的光潔度或去除表面的缺陷。方法有磨削、激光和超聲波加工等。

金屬化：為了滿足電性能的需要或?qū)崿F(xiàn)陶瓷與金屬的封接，需要在陶瓷表面牢固地鍍上一層金屬薄膜，常見的陶瓷金屬化方法有被銀法、電鍍法等。陶瓷與金屬的封接形式包括玻璃釉封接、金屬焊接封接、活化金層封接、激光焊接、固相封接等。

圖8：某氧化物陶瓷金屬化樣件

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編輯：粉體圈小白