
烧结是陶瓷获得预期显微结构和性能的核心热处理过程。
·排胶阶段:
必须设置足够缓慢的升温速率(如0.5-2°C/min)并在粘结剂分解温度区间(通常250-500°C)进行长时间保温(1-2小时),以确保有机物完全分解并排出,避免产生气泡、开裂或碳残留。证据表明,排胶不当是导致陶瓷体内产生宏观气孔和强度骤降的主要原因之一。
·升温与保温阶段:
·常规烧结:
针对高纯亚微米氧化铝,峰值温度通常在1500-1650°C之间。保温时间并非越长越好,过长会导致晶粒过度生长。例如,实验发现,在1600°C下,保温时间从2小时延长至6小时,晶粒平均尺寸从3μm增长到8μm,虽然密度略有增加,但抗弯强度因晶粒粗化反而下降了约15%。

·热压烧结:
在施加单轴压力(20-40MPa)的同时进行烧结,能极大地促进致密化,降低烧结温度(可降低100-150°C)并抑制晶粒生长。具体数据:采用热压烧结(1550°C,30MPa,保温1小时)制备的氧化铝陶瓷,其密度可达3.98 g/cm³(>99.5%理论密度),晶粒尺寸小于2μm。
·气氛控制:
在空气或氧气气氛中烧结有利于氧空位的填充,促进扩散。对于掺杂或含易挥发成分的体系,需采用特定气氛保护。
·冷却制度:
控制冷却速率,特别是在晶相转变和热应力敏感温度区间(如1000°C以上),快速冷却可能导致微裂纹。对于要求高硬度的部件,可采用适度快冷以细化晶界结构。