信息功能陶瓷制备原理及工艺.ppt

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1、压电陶瓷为什么要预极化？,压电陶瓷为什么要预极化？答：（1）对于铁电陶瓷来说，各个晶粒都有较强的压电效应。但由于晶粒和电畴分布无一定规则，各方向几率相同，使宏观极化强度P=0，因而不显示压电效应，故必须经过人工预极化处理，使P0，才能对外显示压电效应。（2）压电陶瓷的预极化方式：直流电场+升温（矫顽场Ec减小）。但温度升高，材料的绝缘电阻下降，因此容易击穿。所以温度不能过高。,第七章 电介质陶瓷制备原理及工艺,一、电介质瓷料制备原理二、制造工艺控制三、纳米晶材料的软化学制备技术,一、电介质瓷料制备原理1.1 电介质瓷原料1.2 原料的颗粒度与粉碎1.3 颗粒表面能与粉料的活化1.4 粉料粒度的

2、测定1.5 低介装置瓷瓷料制备,电介质陶瓷的优良特性主要决定于：晶相结构、制备工艺例如：ZnO压敏半导瓷主晶相性能方面：六方纤锌矿结构，本征特性为半导性。制备工艺方面：ZnO压敏半导瓷对外加电压有一定的响应，其机理主要是晶界效应，而晶界在很大程度上由制备工艺决定。例如生烧使晶粒过小，主晶相合成不完全；过烧产生二次晶使个别晶粒粗大，它们均使ZnO压敏半导瓷压敏性能变坏。一般陶瓷工艺的主要流程：原料准备坯体成型烧结瓷件加工,1.1 电介质瓷原料1.1.1 原料分类天然矿物原料（硬质原矿，软质原矿）人工合成、提纯原料（化工原料，电子级原料）化工原料：电介质常用原料，一般采用化学 组成分级。工业纯（I

3、R）Industrial Reagent 98.0%化学纯（CP）Chemical Purity 99.0%分析纯（AR）Analytical Reagent 99.5%光谱纯（GR）Guarateend Reagent 99.9%电子级原料 专用,1.1.2 原料的评价化学成份结构颗粒度形貌,1.1.3 原料的选择（1）保证产品性能前提下，尽量选择低纯度原料；（2）各种杂质及种类对产品的影响要具体分析。利：能对影响产品的不利因素进行克制，能与产品的某成份形成共熔物或固溶体从而促进烧结，降低烧结温度，使瓷件致密。害：产生各种不必要的晶相及晶格缺陷，影响产品性能。在实验研究中，对功能陶瓷主晶相原

4、料一般采用化学纯（CP99%）或电子级粉料，而掺杂（也称小料）原料则应采用光谱纯（GR99.9%）。,1.2 原料的颗粒度与粉碎1.2.1 对粒度的要求要求：愈细愈好，在10m以下（称细粉）。细粒的优点：有利于各组份混合均匀，使其在高温时反应物的生成也均匀，不偏离配方（混合阶段）。细粒有利于提高粉料的填充系数和造粒质量，从而提高坯体的成型密度（成型阶段）。提高粉料活性，降低烧成温度（烧结阶段）。,1.2.2 原料的粉碎方法及原理粉碎方法：用机械装置对原料进行撞击、碾压、磨擦使原料破碎圆滑。粉碎原理：机械能转换为粉料的表面能和缺陷能，能量转换过程。粉碎要求：效率高，避免混入杂质。粉碎在短期内达到

5、预定的细度或说达到某一细度所消耗的能量少，时间短。尽量减少粉碎机械装置的杂质引入。,1.2.3 球磨工艺,卧式（抛落）立式（泻落）滚筒式球磨机,（1）球磨工艺原理滚筒式球磨机对粉料作的功：磨球自由落体撞击功。球球，球内衬之间的滚动、碾压、磨擦功。,（2）影响球磨效率的主要因素转速n（角速度）工厂生产实践中总结出的经验公式为：D（磨机内直径）1.25m（大型球磨机）则 转/分筒体直径（D）常用滚筒式球磨机的直径一般在1m2m之间。磨球形状（球形）,磨球与内衬的质料常用的研磨体材料：氧化铝、氧化锆、玛瑙（SiO2）、氧化锆增韧氧化铝、钢球等材料。某些研磨体的性能,筒体的选择：小规模生产或实验研究使

6、用塑料瓶或罐；大规模工业化生产使用大型钢铁筒体其内层衬上与原料相同的瓷料或聚氨酯橡胶及塑料等有机物，以防引入钢铁杂质。球磨时间一般为2448小时，时间长杂质混入较多。原料、磨球和水的经验配比原料/磨球/水=1/1/（0.61）体积比，一般为：1/1/1。,（3）球磨工艺优缺点优点：设备简单，混合料均匀，粒形好（圆形）。缺点：研磨体在有限高度抛落或泻落，产生撞击力和磨剥力，作用强度较弱；筒体转速受临界转速限制，即碾磨能力也受到限制；不起粉碎作用的惰性区较广，间歇作业。,（4）各种球磨机的粉碎程度粗磨：5010m细磨：102m超细磨：2m,1.2.4 振磨工艺,振磨机,（1）影响振磨效率的主要因素

7、 球质量 为垂直线加速度 为料斗与下落磨球相互作用力。,振动频率提高，单位时间研磨次数增多，加强了滚动磨擦。,粉料对振幅与振动频率的要求：较粗的粉料进行粉碎时需要较大冲击力，因此要求振幅大，同时粉碎前期粉料较粗，因而前期振幅要大以提高效率。较细粉料的粉碎需要大量滚碾磨擦，因而希望振动频率高些，破碎后期一般粉料较细，因而破碎后期振动频率要高以提高效率。振动幅度加大，磨球的上抛高度加大，加强了磨球下落的冲击力。,（2）振磨工艺优缺点优点：粉料在单位时间内受研磨体的冲击与研磨作用次数极大，其作用次数成千倍于球磨机，因此粉碎效率很高。粉碎粒度细，混入杂质较少。一方面粉碎是靠疲劳破坏而粉碎，另一方面由于

8、研磨效率高，所用时间短，因此减少了混入杂质的可能性。缺点：粒形较差，呈棱角，混合效果及均匀度较球磨差。振动噪音大，机械零件易疲劳而损坏，装料尺寸应小于250m（60目筛）。,（3）振磨机的粉碎程度当进料尺寸小于250m，则成品料平均细度可达25m。球磨与振磨比较其粉碎粒度（超细磨2m）要小得多，效率也较低。,1.2.5 砂磨工艺,棒钉可调卧式砂磨机,立式砂磨机,（1）影响砂磨效率的主要因素砂磨主要以剪切、滚碾磨擦为主，故中轴转速、磨体直径（指球形）及数量对砂磨效率具有重要影响。磨球直径：一般为25mm，以23mm为佳。磨球数量：比球磨、振磨要多。转速：一般1000转/分。,（2）砂磨工艺优缺点

9、优点：研磨时间短，效率高，是滚筒式球磨机的十倍。粒径细，分布均匀，研磨粒径可达0.5m。对环境污染小，基本没有粉尘，连续进料出料，便于自动化大批量粉碎。缺点：原料要求细。,1.2.6 气流磨工艺优缺点,旋流式气流磨机,说明：1-高压空气 2-旋流式流化床粉碎机 3-立式涡轮分级机 4-旋风收集器 5-袋式除尘收集器 6-高压引风机 7-1号成品 8-2号成品,优点：干磨式粉碎，粉碎平均粒径大约1m，粒度分布狭窄陡直。产量大、效率高，机械磨损少，很适合对坚硬物料（莫氏硬度9.5）的加工。缺点：粉尘多、噪音较大，对环境有污染。,1.2.7 助磨剂作用原理（1）机械粉碎的粒度极限问题球磨：rmin1

10、m，r一般10m。振磨：rmin0.1m，r一般5m。,各种粉碎机械研磨粉料均有饱和极限原因：电子瓷粉料通常都是无机氧化物或含氧的酸、碱性盐类，属离子晶体，破碎后小粒的外层都带有电荷，即破碎后粉粒表面均带有电荷。还有些颗粒在粉碎过程中获得能量被极化而产生电偶极矩，它们依赖极化作用力而聚合。同时粉料研磨达到一定细度后，其表面增大，活性增强，表面吸附力也加大，表面吸附力增加到一定程度也导致粉粒的聚合。,（2）助磨剂屏蔽粉粒表面电荷原理助磨剂一般都是呈酸性或碱性的有机液体，且为极性基团（官能团）的极性分子。如油酸CH3-C16H30-COOH CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH，羧基C

11、OOH具有明显“+”极性，它吸附在负电荷的粉粒表面，属蔽其电荷，而将自身烷基CH3端朝外。烷属烃是典型的中性介质，因而大大地削弱了粉粒之间的相互作用力，提高了粉粒的分散性，即强化了研磨效果。,1.3 颗粒表面能与粉料的活化1.3.1 粉料的活性化学观点：活性主要指粉料的化学活泼性，是指参与化学反应的难易。物理观点：指构成粉料的质点（原子、离子、分子）挣脱本身结构束缚而进行扩散、挥发的可能性。,1.3.2 结合能与表面能（1）结合能由高度分散状态的离子结合成单位质量的离子晶体时所释放出的能量或将某单位质量的离子晶体彻底分散为正负离子时所作的功。（2）表面能在离子晶体内部的任一离子通常被与它相反电

12、荷的离子所包围，处于稳定的低能位状态。结论：表面离子能量内部离子能量表面能：表面离子高于体内离子所具有的那部分能量。,例如，将一块晶体分为两半，必须作功W，同时晶体增加了两个表面，这两个表面的面积设为A，由于W是为增加表面能而支付的，于是有：表面能(比表面能)，W增加A面积外力作的功，A外力作功所增加的表面积。比表面能、表面能、表面自由能、表面张力的概念具有一致性。在自然界中，不论是液体还是固体，表面总能量总是趋于降低，介稳状态向稳定状态过渡。一定重量的固体，粉碎得越细，总的表面积A越大，体系之总表面能 W=A越大。这样的系统能量较高，系统不稳定，只要条件许可，如外力作用，将自发趋向于使小晶粒

13、长成粗晶粒，从而降低表面自由能。,1.3.3 比表面与等效粒径（1）比表面二种表达方式：体积和重量比表面：(体积比表面)(重量比表面)其中 A：粉料的总表面积，V：粉料的总体积，：粉料的比重。,（2）比表面与粒度的关系粉料体积一定则颗粒越小比表面越大。设粉粒粒形为立方体，各边长为1cm，表面积为6cm2，体积为1cm3。当边长减少到原长的十分之一，即10-1cm时，粉粒数便增加到103个。总面积增加到610cm2，（0.10.1）6103=610cm2，即增加十倍，相应比表面也增加到610cm-1，增加了十倍。粉料体系粒度每降低一个数量级，则粉料体系比表面就增加一个数量级。,（3）等效粒径与比

14、表面之间的关系工艺中常用的为等效粒径或者平均直径，我们常说的某一粉体系统的粒径一般指平均值。设粉粒为球形，r为球半径，d为球直径，为粉料的比重，则：球面积 A=4r2=d2 球体积 重量比表面 体积比表面,近似求得粉料的等效粒径与比表面（体积或重量）的关系式：或 实际粉粒并非圆球状故用平均直径 代替d。,1.3.4 固体中质点的活性与位置的关系质点的活性：固体中某一质点，挣脱原有结构给予它束缚力的可能性。注意：粉料的活性指整个粉体系统而言，质点的活性则对单个粒子而言。固体中处于不同位置上的离子所受束缚力有：内离子内角离子内棱离子表面离子 外棱离子外角离子固体中质点的活性正相反：内离子内角离子内

15、棱离子表面离子 外棱离子外角离子,随立方体的体积增大，角、棱、面上活性离子所占百分率呈指数减少。当棱上离子只有2个时，棱离子、面离子、角离子都占百分之百，因为有六个面，十二条棱，八个角，这些离子既是棱上、面上也是角上之离子。每条棱上离子数2，则总离子数8个，角离子%=100%；棱离子%=100%；面离子%=100%。当一条棱上离子为10个时，总离子数：101010=103 面离子数：2100280+264=488 面离子所占百分率：(4881000)100%=48.8%棱离子数：410+88=104 棱离子所占百分率：(1041000)100%=10.4%角离子数：81=8 角离子所占百分率：

16、(81000)100%=0.8%,1.3.5 粉料的活化措施机械粉碎低温锻烧,（1）机械粉碎机械粉碎：增加粉料表面和表面能、增加粉料晶格的缺陷能。缺陷能：处于晶格缺陷处离子具有高于正常格点上离子的那部分能量。,（2）低温煅烧 用含氧酸制备氧化物 H2TiO3TiO2 H3BO3B2O3 用含氧酸盐制备氧化物 BaCO3BaO CaCO3CaO 用相应碱制备氧化物 Be(OH)2BeO Fe(OH)3Fe2O3煅烧温度与活性实践证明：锻烧温度要尽可能低，才能获得高度活性的粉料，锻烧时存在一个临界温度范围，高出此温度则粉料的比表面猛烈下降，等效粒径增大；锻烧的原粉料愈细，煅烧分解后获得的粉料粒径愈

17、小，比表面也大，相应锻烧临界温度也低。气氛杂质与活性混入原料中的固态杂质或在储运过程中被吸附在粉料表面、内部的气体均能显著影响粉料的煅烧过程。气氛和杂质对锻烧粉料活性有很大危害，杂质愈多则煅烧获得粉料的活性愈小，若有条件煅烧最好在真空中进行。,（3）煅烧活化机理煅烧分解 煅烧分解必须控制在临界温度附近：假晶 原料颗粒、晶格构型煅烧后与煅烧前几乎没有什么改变，煅烧后除晶格参数略有缩小外，却仍然保持着分解前的原有晶格构型。,微晶生成 微晶：化合物煅烧分解后，保持在原格点上的金属离子和氧离子按原晶型定向排列生成的一种微小的晶粒。微晶长大、颗粒结合,微晶颗粒长大的传质机理 微晶或颗粒的长大是通过表面原

18、子、离子的扩散和蒸发凝结传质过程来使微晶颗粒合并。传质结果均使晶粒合并发育长大，其中温度对传质的进行起决定性的作用。温度过高会使小晶粒发育长大，甚至发生二次晶长，产生较大晶粒，这样比表面减小，粉料的活性降低。总结出低温煅烧获得活性粉料的过程：,（4）低温锻烧法获得活性粉料注意事项煅烧原料细；低温煅烧在临界温度附近；煅烧粉料所含杂质少，有条件在真空中进行；煅烧后的粉料要干燥密封保存，不能长期存储。,1.4 粉料粒度的测定1.4.1 等效粒径与粒度分布（1）等效粒径实际粉粒外形较复杂，通常采用等效表达方式。例如，设有一粉粒实际总表面积为S，实际体积为V，可以找到一个面积也为S的球或一个体积也为V的

19、球，则认为具有S面积的球或V体积的球其直径就是粉粒的直径。此类粒径称为等效粒径。通常以球面和外接矩形等效粒径用得较多。,（2）粒度分布（粒径单位m）,个数频度 每一区间个数频度计算如下：01区间：10 1033=0.97%12区间：41 1033=3.97%23区间：101 1033=9.78%34区间：135 1033=13.07%45区间：139 1033=13.46%,个数积分 每一区间个数积分计算如下：01区间：101033=0.97%0+0.97%=0.97%12区间：(10+41)1033=4.94%(0.97+3.97)%=4.94%23区间：(10+41+101)1033=14

20、.72%(4.94+9.78)%=14.72%34区间：(10+41+101+135)1033=27.79%(14.72+13.07)%=27.79%45区间：(10+41+101+135+139)1033=41.25%(27.79+1391033)=41.25%据此可以画出个数频度分布曲线及个数积分分布曲线。,1.4.2 粉料的塑化和造粒（1）塑化原因：陶瓷是一种具有高硬度、脆性、无延伸性的材料，难以加工，因此在烧结前要制成所需的形状坯体。而坯体的成型则要求粉料具有可塑性，因此必须对无塑性粉料进行塑化。途径：加入增塑剂，使瓷料具有可塑性。,无机增塑剂及其塑化粘土化学成份及结构 粘土：含水硅酸

21、铝XAl2O3YSiO2ZH2O或称水合铝硅酸盐。晶体结构以SiO4四面体为骨架，SiO4四面体彼此以O2-作为顶点相互接连，并位于同一平面。塑性来源粘土的高度亲水作用 粘土粒子通过水化膜相互靠近，相互吸引而产生粘聚力。,粘土的塑化作用 在含有大量瘠性粉料中加入百分之十几的粘土可使瘠性粉料具有相当好的可塑性。若在瘠性粉料中加入少量粘土，把粘土胶粒介于瘠性粉料之间，它能将瘠性粉粒牢固粘附，即使含有少量的憎水粉粒，亦能很好地分别包围且裹夹于其中，整个泥料体系仍具有足够的可塑性。,粘土的憎塑范围成份全为瘠性憎水粉料，不适宜采用粘土作为增塑剂。对于瘠性亲水粉料则可用少量粘土作为增塑性。高要求电子陶瓷，

22、如压电、铁电、半导、电光瓷不允许使用粘土，一般使用有机增塑剂。粘土增塑剂的优缺点 天然原料，价格低廉，增塑性能好。但杂质含量较多，高温烧结后杂质一般会残留于玻璃相中，使产品耐压性能下降，介电损耗增加。,有机增塑剂（粘合剂）干压成型 石蜡、聚乙烯醇等。挤压成型 糊精、桐油等。热压铸成型 石蜡，并以油酸等表面活性物质进行改性。轧膜成型 聚乙烯醇等。流延成型 主要分为四类，即粘结剂、增塑剂、溶剂和润湿剂。粘结剂聚乙烯醇。增塑剂甘油等。溶剂水溶性有水和乙醇；非水溶性有甲醇和环乙酮。润湿剂蓖麻油等。,配制方法 例如：聚乙烯醇分子常温下不易在水中溶解，只有当温度超过70时才能有比较好的溶解度，但温度超10

23、0则开始脱水并转化为环状或支链状结构，其溶解度、可塑性及粘合能力均逐步降低，颜色变深。注意事项防止还原作用 有机粘合剂在较高温度下生成CO、CO2、H2O(气)和C。CO是一种强还原剂，对含钛（Ti4+）等陶瓷原料如TiO2、BaTiO3、(Pb1-xZrx)TiO3等均有还原作用。用量适当 用量过多干压成型时粘模具；用量过少干压成型时坯体开裂分层。一般添加量为总重量的3%10%。,（2）造粒造粒是在原料细粉中加入一定量的塑化剂，将许多细粉粒混合成相对较大、较粗、较圆的粗颗粒，形成所谓的假颗粒粒度，以增加流动性。要求：粉体密度愈大愈好。粉体为球状，流动性好，工艺较简单。粒度需配合。,工艺：手工

24、造粒法（适于实验室条件）加压造粒法（适于实验室条件）基本工艺流程：粉料拌入粘合剂混合均匀过筛在压力机上用圆钢模具压实 破碎过筛球形颗粒。喷雾干燥造粒法（适于连续生产，效率高，但设备投资大。）冻结干燥法,1.5 低介装置瓷瓷料制备1.5.1 粘土类原料 粘土的种类 高岭石类：Al2O32SiO22H2O蒙脱石类：Al2O34SiO2nH2O（n2）粘土的性质可塑性 在外力的作用下产生形变，但不开裂，当外力去掉后，仍能保持其形状不变。可塑性的大小主要取决于固相与液相的性质和数量。可塑性能根据可塑指数或可塑指标分为：强塑性粘土 可塑指数 15 可塑指标 3.6 中塑性粘土 可塑指数 715 可塑指标

25、 2.53.6 弱塑性粘土 可塑指数 17 可塑指标 2.5 非塑性粘土 可塑指数 1,提高坯料可塑性的措施：将粘土淘洗，除去夹杂的非可塑性物料。将润湿的粘土或坯料进行长期陈腐。将泥料进行真空处理，并多次练泥。掺入少量的强可塑性粘土。必要时加入少量强胶体物质，如糊精等。降低坯料的可塑性的措施：加入非可塑性原料，如石英、瘠性粘土、熟瓷粉等。将部分粘土预先煅烧。,结合性 表现为粘结其它瘠性物料的结合力大小。离子交换性 粘土颗粒由于其表面层的断键和晶格内部的离子被置换，粘土表面带有电荷，同时又吸附一些反离子。在水溶液中，这种吸附的离子又可被其它相同电荷的离子所置换，发生在粘土的表面部分。触变性 粘土

26、泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加，静止后又逐步恢复原状。此外泥料放置一段时间后，在维持原有的水份情况下也会出现变稠和固化现象。这种性质统称为触变性。,粘土的加热变化脱水阶段 高岭土（Al2O32SiO22H2O）加热脱水后生成 偏高岭石（Al2O32SiO2）：100110 大气吸附水与自由水的排放。110400 其它矿物杂质带入水的排出。400450 结构水开始缓慢排出(2个OH变成一个H2O，留下一个O)450550 结构水快速排出。550800 脱水缓慢下来，800脱水近于停滞。8001000 残余水排出完毕。,脱水产物继续转化阶段（生成莫来石晶体）温度升高，偏高岭

27、石由925开始转化为尖晶石型物：2Al2O32SiO2 2Al2O33SiO2（Al-Si尖晶石）+SiO2 继续加热就会转化为热力学稳定的莫来石而分离出方石英：3(2Al2O33SiO2)2(3Al2O32 SiO2)(莫来石)+5SiO2(方石英),加热中粘土物质也发生相应物理性质的变化：气孔率从900开始下降，至1200以后下降速度剧烈。失去部分质量主要发生在脱水阶段，脱水阶段后仍有残留结构水的排放而失去微小质量。密度在900以前稍有降低，在9001000的范围内其密度大大增加，收缩异常显著。由于粘土的不同，起始收缩温度也不同，可在500900之间，在9001000以前收缩较缓慢至900

28、1000以上时收缩急剧增加，到达粘土的烧结温度时收缩才终止。温度超出烧结温度范围，将重新出现气孔增加、坯体膨胀现象，乃至整个坯体熔融。,1.5.2 石英类原料种类 自然界的二氧化硅结晶矿物统称为石英：脉石英：SiO2含量可高达99%，是良好的装置瓷原料。砂岩：SiO2含量9095%。石英岩：SiO2含量一般在77%以上。燧石：硬度高，作为研磨材料和球磨机内衬。硅藻土：具有许多空隙是制造绝热、过滤多孔陶瓷重要原料。,性质 石英的莫氏硬度为7。除氢氟酸外，一般酸类对它不起作用。与碱性物质作用时，则反应生成可溶性硅酸盐。石英材料的熔融温度范围取决于氧化硅的形态和杂质的含量。硅藻土熔融终点是14001

29、700，无定型氧化硅约在1713进行熔融。脉石英，石英岩和砂岩约在17501770熔融，但杂质含量达到35%时却在16901710熔融，当含有5.5%的Al2O3时其低共熔点温度会降至1595。,1.5.3 长石类原料 种类 化学成份为不含水的碱金属与碱金属铝硅酸盐，有时含有微量的铯、铷、锶等金属离子。长石主要有以下几种基本类型：钠长石：NaAlSi3O8 熔融温度1100 钾长石：KAlSi3O8 熔融温度1150 钙长石：CaAl2Si2O8 熔融温度1550 钡长石：BaAl2Si2O8 熔融温度1715长石原料的性质 长石彼此可以相互形成具有一定的规律的固溶体：钠长石与钾长石在高温时可

30、以形成连续固溶体，但温度降低也使固溶体分解。纳长石和钙长石能以任何比例混溶，低温下也不分离。钾长石与钙长石在任何温度下几乎都不混溶。钾长石与钡长石则可以形成不同比例的固溶体。,长石主要作为熔剂，熔融和熔化其它物质。长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃体，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，有利于成瓷和降低烧成温度。熔融的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒，赋予坯体机械强度和化学稳定性。长石熔体能填充于结晶颗粒之间，有助于坯体致密和减少空隙，冷却后的熔体构成瓷的玻璃基质，增加瓷的透明度，有助于瓷坯的机械强度和电气性能提高。长石作为瘠性原料在生坯中还可以缩短坯体的干燥时间，减少坯体的干燥收缩和变形等

31、。,二、制造工艺控制2.1 引言2.2 电介质陶瓷制造过程概述2.3 粉料2.4 成型方式2.5 固相反应2.6 烧结,2.1 引言 产品性能的优劣取决于二方面的影响：首先是内因，主要指原料的纯度（含杂量）、组成、形貌（颗粒尺寸及分布、外形）等，影响化学反应的进度、晶体的生长情况及显微结构的均匀性，并进而影响到最终产品的电磁性能。其次是外因，主要指制备工艺，影响化学反应和显微结构。只有从两方面入手，才有可能实现低成本、高品质的目的。,2.2电介质陶瓷制造过程概述,2.3 粉料 粉料中颗粒团聚示意图 两种氧化锆粉料的压实曲线,2.3.1 粉料特性的改变粉碎过程中粒径大大减小，比表面积增加；粉碎会

32、引起颗粒内部产生较大的晶格应变，还有可能改变颗粒的晶体结构；此外，粉碎过程中也会导致化学反应；某种情况下，粉料的化学成分因粉磨而发生变化；长时间球磨还可能引入杂质。控制参数：颗粒尺寸、比表面积、化学组成、水分含量、密度、流动性等。,2.3.2 混合与粉碎方式物料的混合与粉碎是 影响产品质量的重要 工序，作为混合粉碎 的机械有：球磨机、砂磨机、强混机、气 流磨、粉碎机等几种，目前使用最多的是球 磨机和砂磨机。滚动式球磨机内 钢球的三种运动轨迹,2.3.3 粒径测试颗粒尺寸的测试方法及主要特性,2.4 成型方式模压成型：操作较为简单，适用于横向尺寸较大、纵向形状简单的产品；等静压成型：成型密度高，

33、产品均匀性较好，效率不高；流延成型：适用于薄片产品，厚度可控，均匀性较好。,成型设备,模压成型,等静压成型,流延成型,2.5 固相反应固相反应是固体粉末间（多相成分）在低于熔化温度下的化学反应，是由参与反应的离子或分子经过热扩散而生成新的固溶体。固相反应是烧结中的一种形式，基本上是在预烧过程中进行的，固相反应基本结束后（90%），烧结尚未完成。固相反应与温度密切相关；粉料愈细反应速度愈快；粉末间接触面积越大越好；升高温度较之延长反应时间更有效；少量熔点较低的物质加入反应物中，可起类似于熔剂作用，促使其它原料固相反应加速进行。,2.6 烧结烧结体的构成：晶粒、晶界、气孔等,烧结过程的划分：早、中

34、、后期烧结推动力：致密化与瓶颈形成的推动力 物质由曲率半径较小处向曲率半径较大处传递，同一颗粒内物质传递结果导致所谓的颗粒“球化”；不同颗粒接触时，物质将由小颗粒向大颗粒传递，促使颗粒“粗化”。,晶体生长的驱动力：材料的界面能 在细粉体或成型体中晶粒生长的机理被认为是颗粒间的扩散或晶界移动，烧结后期接近致密的材料中，晶粒通过晶界向其曲率中心（小颗粒向大颗粒）移动，晶粒生长。二面角形成后的颗粒间构型变化,晶粒长大与二次再结晶现象 为了避免非连续成长，通常希望颗粒均匀、坯件密度均匀。实践发现：球磨时间过长，球磨中加入铁屑以及预烧温度过高、烧结升温速度过快等，容易产生非连续的结晶长大。,气孔与致密化

35、的关系 气孔生长与晶粒生长及致密化有关，受到颗粒尺寸差别及气孔压应力的双重影响；尽管如此，表面张力仍是最基本的推动力。实际粉料成型体的致密化过程较为复杂，主要由于存在气孔的尺寸分布、团聚体的存在、烧结温度的影响等。,烧结过程的控制预烧烧结制度相变气氛和烧结助剂窑炉设计,LTCC（低温共烧陶瓷）技术简介LTCC生料带制备、带通滤波器三维布局及LTCC铁氧体电感器,三、纳米晶材料的软化学制备技术3.1 沉淀法3.2 水热与溶剂热合成法3.3 溶胶凝胶合成法,3.1 沉淀法基本原理：在包含一种或多种阳离子的可溶性溶液中，加入沉淀剂（如OH，CO32等）后，或是在一定条件下由溶液内部均匀缓慢地产生沉淀

36、，或在一定条件下使盐类从溶液中析出，生成不溶性的氢氧化物、碳酸盐、草酸盐或有机酸盐等沉淀，并将溶剂和溶液中原有阴离子洗去，上述沉淀经热分解或脱水即得所需产品。存在问题：当组分之间的沉淀产生的浓度及沉淀速度存在差异时，溶液原始的原子水平的均匀性可能会部分地失去；另外，许多金属不容易发生沉淀反应。因此，限制了该方法的应用。,实例：重金属离子工业废液的处理,3.2 水热与溶剂热合成法 在一定温度（1001000）和压强（1100MPa）下，利用溶液中物质的化学反应所进行的合成，水热合成是在水溶液中进行，溶剂热合成是在非水有机溶剂中进行。目前，中、高温水热合成已成为超微粒、溶胶与凝胶、非晶态、无机膜、单晶等合成的重要途径。,3.3 溶胶凝胶合成法一般过程 原物质（金属醇盐或无机盐）水解溶胶缩聚凝胶干燥烧结无机材料实例：,