Різноманітні властивості сучасної кераміки залежать не тільки від хімічного складу матеріалу, але й від мікроструктури матеріалу. Загалом, хімічний склад матеріалу фіксований, тоді як його мікроструктура може бути змінена шляхом спікання.
Визначення спікання
Спікання — це процес, за якого спресований порошок, нагріваючись до певної температури (нижчої температури плавлення матеріалу), починає стискуватися і перетворюється на щільне міцне спечене тіло. Спікання є критично важливим етапом у виробництві вдосконаленої кераміки, а продуктивність печі для спікання має вирішальний вплив на якість кінцевого продукту.
Процес спікання керамічних зелених тіл
Зелене тіло:Керамічне зелене тіло складається з частинок, які точково контактують одна з одною.
Рання стадія спікання:Під час високо-температурного спікання матеріал заповнює шийки та пори між частинками, змушуючи шийки поступово збільшуватися. Великі межі контакту між частинками призводять до безперервної усадки та зменшення пор у спеченому продукті, тим самим збільшуючи ущільнення. Невеликі ізольовані пори залишаються на стиках зерен, а фактична щільність спеченого тіла досягає понад 90% від теоретичної щільності.
Пізня стадія спікання:Матеріал на межі зерен постійно дифундує в пори, ще більше збільшуючи щільність керамічного матеріалу. Рівномірний ріст зерен змушує пори мігрувати разом із межами зерен, поки не буде отримано високощільний керамічний матеріал. Під час росту зерна на пізньому етапі спікання швидкість міграції межі зерна може перевищувати швидкість міграції пор, що призводить до відділення пор від меж зерен і згодом потрапляє в пастку всередині зерен.
Слід зазначити, що під час спікання прогресивної кераміки пори в необробленому тілі поступово зменшуються, а компоненти добавки зникають. У міру спікання підвищується міцність зв’язку між частинками та загальна механічна міцність вдосконаленого керамічного матеріалу.
Класифікація печей для спікання кераміки
Щоб отримати керамічні матеріали з чудовими властивостями, необхідно вибрати відповідний тип печі для спікання та параметри, а також правильно експлуатувати та обслуговувати піч.
(1) Класифікація за умовами тиску (найпоширеніша)
(Примітка: в оригінальному тексті під цим пунктом міститься таблиця, але зміст таблиці не надається. Тут перекладено лише заголовок.)
(2) Класифікація за способом нагрівання
① Піч-нагріву опору:Найчастіше використовується; нагрівальні елементи включають MoSi₂, SiC, графіт тощо; температура може досягати 1800-2200 градусів.
② Піч з-індукційним нагріванням:Використовує електромагнітний індукційний нагрів; швидкий нагрів, високий ККД; підходить для провідних матеріалів або кераміки, що містить провідну фазу.
③ Мікрохвильова піч для спікання:Використовує ефект об’ємного нагріву мікрохвиль, генеруючи тепло зсередини молекул матеріалу для досягнення швидкого рівномірного нагрівання. Залежно від форми застосування мікрохвиль, ця категорія включає мікрохвильове нагрівання спікання, мікрохвильове плазмове спікання тощо.
④ Піч для іскрового плазмового спікання (SPS):Використовує імпульсний високий-струм, що проходить крізь частинки порошку, для генерації розрядної плазми, досягаючи над-швидкого низько-температурного спікання під миттєвим полем високої-температури та високого-тиску. Широко використовується в дослідженнях матеріалів і виробництві нових сплавів, композиційних матеріалів і функціонально сортованих матеріалів.
(3) Класифікація за способом виробництва
① Печі періодичної дії (муфельні печі, ящикові печі, колпакові печі):Підходить для дрібно-серійного, багато-виробництва; висока гнучкість.
② Печі безперервної дії (роликові печі, штовхачі печі, тунельні печі):Підходить для-великого промислового виробництва; висока ефективність і хороша консистенція.
③ Печі-спеціального призначення (спеціальні печі LTCC, стоматологічні керамічні печі, керамічні печі для 3D-друку):Розроблені для спеціальних процесів, наприклад, печі LTCC вимагають точного контролю видалення зв’язування та спільного -випалу.