1、电子陶瓷（电子材料）工艺原理电子陶瓷（电子材料）工艺原理 电子陶瓷工艺原理现为电子科学与技术专业本科生必修的一门电子陶瓷工艺原理现为电子科学与技术专业本科生必修的一门专业技术课，主要研究电子陶瓷的组成、结构及制备工艺与其功能专业技术课，主要研究电子陶瓷的组成、结构及制备工艺与其功能之间的关系。之间的关系。 注意分清电子陶瓷与传统陶瓷在概念上的区别。陶瓷的概念已经注意分清电子陶瓷与传统陶瓷在概念上的区别。陶瓷的概念已经远远超过古老陶瓷的范畴。远远超过古老陶瓷的范畴。 何谓陶瓷：采用原料粉碎何谓陶瓷：采用原料粉碎浆料（泥料）制备浆料（泥料）制备坯体成型坯体成型高高温烧结，这一工艺制备过程所制备的产
2、品，称为陶瓷。温烧结，这一工艺制备过程所制备的产品，称为陶瓷。 引引 言言 陶瓷材料陶瓷材料当代三大固体材料当代三大固体材料金属材料金属材料有机高分子材料有机高分子材料现代科学的三大支柱现代科学的三大支柱 材料材料能源能源信息信息1 1、新型陶瓷的概念、新型陶瓷的概念 日本日本精细陶瓷、精密陶瓷精细陶瓷、精密陶瓷美国美国高级陶瓷、先进陶瓷、现代陶瓷高级陶瓷、先进陶瓷、现代陶瓷英国英国技术陶瓷技术陶瓷我国我国工业陶瓷、新型陶瓷，大多数国家统一称为新型陶瓷工业陶瓷、新型陶瓷，大多数国家统一称为新型陶瓷 新型陶瓷的定义：新型陶瓷的定义： 采用人工精制的无机粉末为原料，通过结构上的设计，精确的化采用人
3、工精制的无机粉末为原料，通过结构上的设计，精确的化学计量、合适的成型方法和烧成制度而达到特定的性能，经过加工处学计量、合适的成型方法和烧成制度而达到特定的性能，经过加工处理使之符合要求尺寸精度的无机非金属材料制品。理使之符合要求尺寸精度的无机非金属材料制品。 2、新型陶瓷与传统陶瓷的区别、新型陶瓷与传统陶瓷的区别 区区 别别传统陶瓷传统陶瓷新型陶瓷新型陶瓷原材料原材料天然矿物原料天然矿物原料人工精制合成原料人工精制合成原料成成 型型可塑、注浆、挤压可塑、注浆、挤压干压、等静压、挤压、轧膜、干压、等静压、挤压、轧膜、流延、热压铸流延、热压铸烧烧 成成温度在温度在1350以下，燃料以煤、以下，燃料
4、以煤、油、气为主。油、气为主。结构陶瓷需很高温度烧结结构陶瓷需很高温度烧结(1600)，功能陶瓷需精确的，功能陶瓷需精确的控制温度，燃料以电为主。控制温度，燃料以电为主。加加 工工一般不需加工一般不需加工切割、打孔、研磨、抛光等切割、打孔、研磨、抛光等性性 能能以外观效果为主以外观效果为主以内在性能为主：耐磨、耐以内在性能为主：耐磨、耐温、耐腐蚀、高强度及各种温、耐腐蚀、高强度及各种敏感性。敏感性。3 3、新型陶瓷的分类、新型陶瓷的分类 用用 途途 日用、建筑、卫生装饰和艺术品日用、建筑、卫生装饰和艺术品 宇航、能源、冶金、化工、宇航、能源、冶金、化工、交通、电子、家电等行业交通、电子、家电等
5、行业新型陶瓷新型陶瓷结构陶瓷结构陶瓷功能陶瓷功能陶瓷氧化物系列氧化物系列电功能陶瓷电功能陶瓷非氧化物系列非氧化物系列磁功能陶瓷磁功能陶瓷光功能陶瓷光功能陶瓷生物及化学功能陶瓷生物及化学功能陶瓷4 4、新型陶瓷的特性与应用、新型陶瓷的特性与应用(1)(1)高度绝缘性和良好的导热性高度绝缘性和良好的导热性(2)(2)铁电性、压电性和热释电性铁电性、压电性和热释电性 (3)(3)半导性或敏感性半导性或敏感性 5 5、新型陶瓷的工艺技术现状、新型陶瓷的工艺技术现状粉体制备粉体制备 成型成型 烧结烧结 精加工精加工(1)(1)粉体制备粉体制备 (2)(2)成型成型 (3)(3)烧结烧结 (4)(4)精加
6、工精加工 作为一名学本专业的工程技术人员和科技工作者有必要研究、探作为一名学本专业的工程技术人员和科技工作者有必要研究、探索和解决以下重点课题：索和解决以下重点课题： (5)(5)工艺工艺结构结构性能设计的研究性能设计的研究(6)(6)开发标准化、系列化粉体的研究开发标准化、系列化粉体的研究 (7)(7)提高产品的重复性、可靠性与使用寿命的研究提高产品的重复性、可靠性与使用寿命的研究 (8)(8)加强新型陶瓷精密加工的研究加强新型陶瓷精密加工的研究 6 6、新型陶瓷展望、新型陶瓷展望 信息、能源、材料被誉为当代科学的三大支柱，新型陶瓷作为一信息、能源、材料被誉为当代科学的三大支柱，新型陶瓷作为
7、一种新材料，以其优异的性能在材料领域独树一帜，在未来社会中将越种新材料，以其优异的性能在材料领域独树一帜，在未来社会中将越益发挥显著作用益发挥显著作用 。展望未来，新型陶瓷材料将会在下面几个方面获。展望未来，新型陶瓷材料将会在下面几个方面获得进展和突破。得进展和突破。(1)(1)气相凝聚法制备超微（纳米）粉体气相凝聚法制备超微（纳米）粉体 (2)(2)用微波加热代替传统烧结用微波加热代替传统烧结(3)(3)陶瓷脆性的致命弱点将得到改变陶瓷脆性的致命弱点将得到改变 (4)(4)纳米材料的应用纳米材料的应用 (5)(5)智能陶瓷的发展智能陶瓷的发展 (6)(6)陶瓷的晶界工程设计陶瓷的晶界工程设计
8、 功能陶瓷材料是一种多晶材料。研究结果表明，晶界对材料性能功能陶瓷材料是一种多晶材料。研究结果表明，晶界对材料性能的影响极大。在电子陶瓷的设计中，我们常常利用晶界特性。晶界的影响极大。在电子陶瓷的设计中，我们常常利用晶界特性。晶界晶粒界区：它包含晶粒表层部分、晶粒界、析出相和气孔等的边界区晶粒界区：它包含晶粒表层部分、晶粒界、析出相和气孔等的边界区域。域。 晶界工程设计：晶界工程设计： 研究晶界的作用，晶界的组成及它对材料性能的影响，然后设计研究晶界的作用，晶界的组成及它对材料性能的影响，然后设计所需的晶界来达到人们所要求的材料性能，进而制备出符合实用要求所需的晶界来达到人们所要求的材料性能，
9、进而制备出符合实用要求的电子陶瓷产品。的电子陶瓷产品。 7 7、新型陶瓷的主要研究任务、新型陶瓷的主要研究任务(1)(1)研究现有陶瓷性能及改良途径；研究现有陶瓷性能及改良途径；(2)(2)发掘原有材料的新性能；发掘原有材料的新性能；(3)(3)探索和发展新材料及新应用；探索和发展新材料及新应用；(4)(4)研究制备材料的最佳工艺研究制备材料的最佳工艺( (本课程的主要内容本课程的主要内容) )；(5)(5)对烧结后制品的精加工技术进行研究。对烧结后制品的精加工技术进行研究。参考书目：参考书目：(1)(1)电子陶瓷工艺基础电子陶瓷工艺基础上海科技大学编上海科技大学编(2)(2)陶瓷工艺学陶瓷工
10、艺学华南工学院、南京化工学院、武汉建材学院合编华南工学院、南京化工学院、武汉建材学院合编(3)(3)特种陶瓷工艺学特种陶瓷工艺学李世普编李世普编(4)(4)日用陶瓷工艺学日用陶瓷工艺学李家驹主编李家驹主编 7.1. 7.1. 正温度系数热敏电阻器（正温度系数热敏电阻器（PTCRPTCR）1. PTC1. PTC特性特性 室温时呈现低电阻率，当温度超过室温时呈现低电阻率，当温度超过TcTc时其电阻率可增加几个数量时其电阻率可增加几个数量级。级。7.2. 7.2. 铁电存储器（铁电存储器（FRAMFRAM） 这是目前国内外研究的热门课题。国外已有低位存贮容量的商品这是目前国内外研究的热门课题。国外
11、已有低位存贮容量的商品出售，它有望取代现有的半导体及磁芯存贮器。出售，它有望取代现有的半导体及磁芯存贮器。1. 1. 铁电材料的铁电性铁电材料的铁电性 2. PTC 2. PTC 热敏电阻器应用实例热敏电阻器应用实例 家用灭蚊器家用灭蚊器 现在人人几乎都用它，现在人人几乎都用它，PTCRPTCR起着即恒温又加热的起着即恒温又加热的双重作用，就功能而言，它具有测温、控温和加热的三重作用。双重作用，就功能而言，它具有测温、控温和加热的三重作用。 例如，锆钛酸铅铁电材料例如，锆钛酸铅铁电材料PbPb(Zr(ZrX XTiTi1 1X X)O)O3 3简称简称PZTPZT具有自发极化，自具有自发极化，
12、自发极化在交变外电场的激励下可随着电场而转向，表现出电滞回线。铁发极化在交变外电场的激励下可随着电场而转向，表现出电滞回线。铁电材料的铁电性表征便是电滞回线，一种材料是否具有铁电性就看它是电材料的铁电性表征便是电滞回线，一种材料是否具有铁电性就看它是否具有电滞回线，由电滞回线可以获得三个典型的参数即否具有电滞回线，由电滞回线可以获得三个典型的参数即PrPr、EcEc和和Ps(Ps(饱和自发极化饱和自发极化) )。2. 2. 铁电存储器的特点铁电存储器的特点 速度快；速度快； 抗辐射；抗辐射； 非挥发性。非挥发性。3. 3. 铁电存储器工作原理铁电存储器工作原理 能够存贮信息的主体是铁电电容器。
13、能够存贮信息的主体是铁电电容器。 例如：例如：Z Zn nO O 压敏半导瓷压敏半导瓷 主晶相性能方面主晶相性能方面六方纤锌矿结构，本征特性为半导性。六方纤锌矿结构，本征特性为半导性。 制备工艺方面制备工艺方面ZnOZnO压敏半导瓷对外加电压有一定的响应，追其机压敏半导瓷对外加电压有一定的响应，追其机理主要是晶界的效应，而晶界在很大程度上由制备工艺决定。例如生理主要是晶界的效应，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；过烧产生二次晶长使个别晶粒粗烧使晶粒过小，主晶相合成不完全；过烧产生二次晶长使个别晶粒粗大，它们均使大，它们均使ZnOZnO压敏半导瓷压敏性能变坏
14、。压敏半导瓷压敏性能变坏。一般陶瓷工艺的主要流程：一般陶瓷工艺的主要流程：原料准备原料准备坯体成型坯体成型烧结烧结瓷件加工瓷件加工 本章目的：弄清原料准备步骤的物理、化学原理及整个工艺过程。本章目的：弄清原料准备步骤的物理、化学原理及整个工艺过程。 电子陶瓷的优良特性主要决定于电子陶瓷的优良特性主要决定于2.2.制备工艺制备工艺1.1.晶相结构晶相结构第一章第一章 电子瓷瓷料制备原理电子瓷瓷料制备原理 化学试剂化学试剂(化工原料化工原料)： 电子陶瓷常用原料，一般化工原料采用化学组成分级。电子陶瓷常用原料，一般化工原料采用化学组成分级。 工业纯（工业纯（IR） Industrial Reage
15、nt 98.0% 化学纯（化学纯（CP） Chemical Purity 99.0% 分析纯（分析纯（AR） Analytical Reagent 99.5% 光谱纯（光谱纯（GR） Guarateend Reagent 99.9% 电子级原料电子级原料 专用专用 电子瓷原料电子瓷原料人工合成、提纯原料（化学试剂，电子级粉料）人工合成、提纯原料（化学试剂，电子级粉料）天然矿物原料（硬质原矿，软质原矿）天然矿物原料（硬质原矿，软质原矿）第一节第一节 电子瓷原料电子瓷原料 一、原料分类一、原料分类 二、原料的评价（化学成份、结构、颗粒度、形貌）二、原料的评价（化学成份、结构、颗粒度、形貌）1 1、
16、化学成份、化学成份 2 2、结构、结构 3 3、颗粒度、颗粒度 4 4、形貌、形貌 原料的评价：原料的评价： 化学成份、结构、颗粒度、形貌四个方面。化学成份、结构、颗粒度、形貌四个方面。 三、电子瓷原料的选择三、电子瓷原料的选择1 1、在保证产品性能的前提下，尽量选择低纯度原料；、在保证产品性能的前提下，尽量选择低纯度原料； 2 2、各种杂质及种类对产品的影响要具体分析。、各种杂质及种类对产品的影响要具体分析。 杂质杂质利：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，使瓷成共熔物或固溶体从而
17、促进烧结，降低烧结温度，使瓷件致密。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。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（电子陶瓷）主晶相原料一般采用化在实验研究中，对功能陶瓷（电子陶瓷）主晶相原料一般采用化学纯（学纯（CP99%CP99%）或电子级粉料，而掺杂（也称小料）原料则应采用光）或电子级粉料，而掺杂（也称小料）原料则应采用光谱纯（谱纯（GR99.9%GR99.9%）。）。第二节第二节 原料的颗粒度与粉碎原料的颗粒度与粉碎一、电子瓷对粒度的要求一、电子瓷对粒度的要求 要求：愈细愈好，在要求：愈细愈好，在10m10m以下（称细粉）。以下（
18、称细粉）。细粒的优点：细粒的优点：1 1、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、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）。偏离配方（混合）。2 2、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、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）。型密度（成型）。3 3、提高粉料活性，降低烧成温度（烧结）。、提高粉料活性，降低烧成温度（烧结）。二、原料的粉碎方法及原理二、原料的粉碎方法及原理粉碎粉碎( (三个方面三个方面) )：粉碎方法用机械装置对原料进行撞击、碾压、磨擦使原料破碎粉碎方法用机械装置对原料进行
19、撞击、碾压、磨擦使原料破碎 圆滑。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。粉碎要求效率高，避免混入杂质。1 1、粉碎在短期内达到预定的细度或说达到某一细度所消耗的能量、粉碎在短期内达到预定的细度或说达到某一细度所消耗的能量少，时间短。少，时间短。2 2、尽量减少粉碎机械装置的杂质引入。、尽量减少粉碎机械装置的杂质引入。 ( (一一) ) 球磨工艺原理球磨工艺原理1 1、滚筒式球磨机基本结构、滚筒式球磨机基本结构2 2、滚筒式球磨机粉碎原理、滚筒式球磨机粉碎原理 滚筒式球磨机对粉料作的功：
20、滚筒式球磨机对粉料作的功：（1 1）磨球自由落体撞击功。）磨球自由落体撞击功。（2 2）球）球球，球球，球内衬之间的滚动、碾压、磨擦功。内衬之间的滚动、碾压、磨擦功。3 3、影响球磨效率的主要因素、影响球磨效率的主要因素1 1转速、转速、2 2磨球形状、磨球形状、3 3筒体直径（筒体直径（D D）、）、4 4磨球与内衬的质料、磨球与内衬的质料、5 5球磨时间、球磨时间、6 6料、球和水的配比。料、球和水的配比。1 1转速（角速度转速（角速度）工厂生产实践中总结出的经验公式为：工厂生产实践中总结出的经验公式为： D D（磨机内直径）（磨机内直径）1.25m1.25m（大型球磨机）则（大型球磨机）
21、则 转转/ /分分2 2磨球形状磨球形状Dn3503 3筒体直径筒体直径(D)(D)，常用滚筒式球磨机的直径范围一般在，常用滚筒式球磨机的直径范围一般在100100cmcm200cm200cm 之间。之间。4 4磨球与内衬的质料磨球与内衬的质料常用的研磨体材料：常用的研磨体材料： 氧化铝（氧化铝（AlAl2 2O O3 3）、氧化锆（）、氧化锆（ZrOZrO2 2）、玛瑙（）、玛瑙（SiOSiO2 2）、氧化锆增韧）、氧化锆增韧氧化铝、钢球等材料。下表给出了某些瓷介质研磨体的性能。氧化铝、钢球等材料。下表给出了某些瓷介质研磨体的性能。 材质材质 主要成份主要成份 密度密度( (g/cmg/cm
22、3 3) ) 莫氏硬度莫氏硬度 磨耗量磨耗量 氧化铝磨体氧化铝磨体 AlAl2 2O O3 3 87%87%96% 96% 3.43.43.65 3.65 9 9 氧化锆磨体氧化锆磨体 ZrOZrO2 2 95%95% 5.955.95最恶劣条件最恶劣条件1/101/10万万 玛瑙磨体玛瑙磨体 SiOSiO2 2 2.32.37.57.5ZTAZTA磨体磨体 AlAl2 2O O3 3/ZrO/ZrO2 2= 4/1 = 4/1 4.24.2最恶劣条件最恶劣条件1.5/101.5/10万万 筒体的选择：筒体的选择： 小规模生产或实验研究小规模生产或实验研究塑料瓶或罐，这些瓶和罐装载在小型球塑料
23、瓶或罐，这些瓶和罐装载在小型球磨机上，一台小型球磨机可装载数个至数十个瓶和罐。大规模工业化磨机上，一台小型球磨机可装载数个至数十个瓶和罐。大规模工业化生产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。及塑料等有机物，以防引入钢铁杂质。5 5球磨时间球磨时间 并非越长越好，一般为并非越长越好，一般为24244848小时，时间长杂质混入较多。小时，时间长杂质混入较多。6 6料、球和水的配比料、球和水的配比 一般工厂的经验配比（北京七九八厂，二分厂的经验）：一般工厂的经验配比（北京七九八厂，二分厂的经
24、验）：料料/ /球球/ /水水=1/1/=1/1/（0.60.61 1）体积比，粗略的说，料）体积比，粗略的说，料/ /球球/ /水水=1/1/1=1/1/1。4 4、球磨工艺优缺点、球磨工艺优缺点 优优设备简单，混合料均匀，粒形好（圆形）。设备简单，混合料均匀，粒形好（圆形）。 缺点缺点研磨体在有限高度泻落或抛落，产生撞击力和磨剥力，作研磨体在有限高度泻落或抛落，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。起粉碎作用的惰性区较广，间歇作业。5 5、各种球磨机的粉
25、碎程度、各种球磨机的粉碎程度粗磨粗磨 50 5010m10m 细磨细磨 10 102m 2m 超细磨超细磨 2 内部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。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，必须作功例如，将一块晶体分为两半，必须作功WW，同时晶体增加了两，同时晶体增加了两个表面，这两个表面的面积设为个表面，这两个表面的面积设为AA，由于由于WW是为增加表面能而支付的，于是有：是为增加表面能而支付的，于是有： 表面能表面能( (比表面能比表面能) )，WW增加增加AA面积外力作的功，面积外力作的功，AA外力作功所增加的表面积。
26、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。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，表面的总能量总是趋于降低，介在自然界中，不论是液体还是固体，表面的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 A越大，体系之总表面能越大，体系之总表面能 W =AW =A越大。这样的系统能量较高，系统不越大。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，将自发地趋向于使小晶粒长成粗稳定，只要条件许可，如外力作用，将
27、自发地趋向于使小晶粒长成粗晶粒，从而降低表面自由能。晶粒，从而降低表面自由能。 AWdAdW比表面能比表面能看成看成就是就是表面张力表面张力三、比表面与等效粒径三、比表面与等效粒径1 1、比表面、比表面 比表面有二种表达方式，它们是体积和重量比表面。数学表达式比表面有二种表达方式，它们是体积和重量比表面。数学表达式分别为：分别为： ( (体积比表面体积比表面) () (重量比表面重量比表面) )其中其中A A粉料的总表面积，粉料的总表面积，V V粉料的总体积，粉料的总体积，粉料的比重。粉料的比重。 2 2、比表面与粒度的关系、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
28、方体，各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，各边长为边长为1cm1cm，表面积为，表面积为6 6cmcm2 2，体积为，体积为1 1cmcm3 3。当边长减少到原长的十分。当边长减少到原长的十分之一，即之一，即1010-1-1cmcm时，粉粒数便增加到时，粉粒数便增加到10103 3个。总面积增加到个。总面积增加到6 61010cmcm2 2，（0.10.10.10.1）6 610103 3= 6= 610cm10cm2 2，即增加十倍，相应比表面也增加，即增加十倍，相应比表面也增加到到6 61010cmcm-1-1，增加了十倍。，增加了十倍。VAAv0VAgAAg0 由书由
29、书P12P12中的表中的表1-21-2可知，立方体的边长每减少一个数量级，则比可知，立方体的边长每减少一个数量级，则比表面增加一个数量级。表面增加一个数量级。推论：推论： 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。数量级。3 3、等效粒径与比表面之间的关系、等效粒径与比表面之间的关系 电子材料工艺中常用到等效粒径或者说平均直径的概念，我们常电子材料工艺中常用到等效粒径或者说平均直径的概念，我们常说的某一粉体系统的粒径一般指平均值。为了定义这个平均值，设粉说的某一粉体系统的粒径一般指平均值。为了定义这个平均值，设粉粒为
30、球形，粒为球形，r r为球半径，为球半径，d d为球直径，则球面积为球直径，则球面积A=4rA=4r2 2=d=d2 2。 球体积球体积 重量比表面重量比表面 体积比表面体积比表面63433drVdrrrVAAV63344320dVAAg60为粉料的比重，这样近似求得粉料的等效粒径与比表面的关系为粉料的比重，这样近似求得粉料的等效粒径与比表面的关系式：式： 或者说或者说 实际粉粒并非圆球状故用平均实际粉粒并非圆球状故用平均直径直径 代替代替d d。 四、固体中质点的活性与位置的关系四、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质点的活性：固体中某一质点，
31、挣脱原有结构给予它束缚力的 可能性。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。粒子而言。 1 1、内离子、内离子 2 2、内角离子、内角离子 3 3、内棱离子、内棱离子 4 4、表面离子、表面离子 5 5、外棱离子、外棱离子 6 6、外角离子、外角离子 VAd06gAd06d固体中处于不同位置上的离子所受束缚力有：固体中处于不同位置上的离子所受束缚力有：内离子内离子 内角离子内角离子 内棱离子内棱离子 表面离子表面离子 外棱离子外棱离子 外角离子外角离子固体中质点的活性正相反：固体中质点的活性正相反：内离子内
32、离子 内角离子内角离子 内棱离子内棱离子 表面离子表面离子 外棱离子外棱离子 0g0：则：则 g0g0g0说明分布是正偏的（说明分布是正偏的（D D过大），过大），g0gC=0C=0基的有机物，若采用了含上述基的有机物为溶剂则可不再加基的有机物，若采用了含上述基的有机物为溶剂则可不再加之。其目的是使各种金属离子均匀、稳定地分布在溶胶中而不致于分之。其目的是使各种金属离子均匀、稳定地分布在溶胶中而不致于分层、沉淀、偏析或生成不必要的化合物。层、沉淀、偏析或生成不必要的化合物。 凝胶形成凝胶形成 焦化焦化( (低温煅烧低温煅烧) )低温脱水低温脱水（1 1）自然放置一段时间）自然放置一段时间（2
33、2）在真空、低压下让其挥发，并且适当加热）在真空、低压下让其挥发，并且适当加热( (四四) ) 固相烧结反应法、溶液合成反应法制粉优缺点固相烧结反应法、溶液合成反应法制粉优缺点烧结法：烧结法：(1)(1)煅烧温度高。反应物以固态颗粒状结合，要形成相互固溶体，则遇煅烧温度高。反应物以固态颗粒状结合，要形成相互固溶体，则遇到传质距离远，接触面积小，所需激活能高的困难，故所要求的烧到传质距离远，接触面积小，所需激活能高的困难，故所要求的烧结反应温度也较高。结反应温度也较高。(2)(2)颗粒较粗，煅烧对象是非均匀混合态。颗粒较粗，煅烧对象是非均匀混合态。(3)(3)有杂质混入。用机械方法碾碎和混均粉料
34、，混入杂质的机会较大有杂质混入。用机械方法碾碎和混均粉料，混入杂质的机会较大。 (4)(4)工艺流程环节较多，设备较大、复杂化。有粉碎、预烧、再粉碎工工艺流程环节较多，设备较大、复杂化。有粉碎、预烧、再粉碎工序。序。(5)(5)生产周期较短，制粉产量大，各种产品均适用。生产周期较短，制粉产量大，各种产品均适用。溶液法：溶液法：(1)(1)煅烧温度低。溶液法反应过程以离子状态进行，生成的沉淀物干燥煅烧温度低。溶液法反应过程以离子状态进行，生成的沉淀物干燥后稍加温度的激活就容易分解成比表面很大的粉料体系。后稍加温度的激活就容易分解成比表面很大的粉料体系。 (2)(2)颗粒细，煅烧对象是均相中获得的
35、极其分散、极其均匀的混合态。颗粒细，煅烧对象是均相中获得的极其分散、极其均匀的混合态。 (3)(3)基本上无杂质混入。没有了粉碎混合工序，减少了混杂。基本上无杂质混入。没有了粉碎混合工序，减少了混杂。 (4)(4)流程紧凑，设备简单。流程紧凑，设备简单。 (5)(5)生产周期长，制粉量少，粉料损失严重且适用范围有限。生产周期长，制粉量少，粉料损失严重且适用范围有限。 二、粉料的塑化和造粒二、粉料的塑化和造粒 ( (一一) ) 陶瓷粉料的塑化陶瓷粉料的塑化1 1、塑化原因、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
36、在烧结前要制成所需的形状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。可塑性，因此必须对无塑性粉料进行塑化。2 2、塑化途径、塑化途径 加入增塑剂加入增塑剂能粘连瓷料，使瓷料具有可塑性。能粘连瓷料，使瓷料具有可塑性。 3 3、无机增塑剂及其塑化、无机增塑剂及其塑化(1)(1)粘土化学成份及结构粘土化学成份及结构 粘土粘土含水硅酸铝含水硅酸铝XAlXAl2 2O O3 3YSYSi iO O2 2ZHZH2 2O O或称水合铝硅酸盐。晶体结构或称水合铝硅酸盐。晶体结构以以S Si iO O4 4四面体为骨架，四面体
37、为骨架，S Si iO O4 4四面体彼此以四面体彼此以O O2-2-作为顶点相互接连，并位于作为顶点相互接连，并位于同一平面。同一平面。增塑剂增塑剂无机增塑剂无机增塑剂粘土类粘土类有机增塑剂有机增塑剂有机高分子材料有机高分子材料(2) (2) 塑性来源塑性来源 塑性来源塑性来源粘土的高度亲水作用粘土的高度亲水作用 根据水化膜的厚薄，粘土粒子通过水化膜相互靠近，相互吸引而根据水化膜的厚薄，粘土粒子通过水化膜相互靠近，相互吸引而产生粘聚力。具体作用可用下面的式子表示。产生粘聚力。具体作用可用下面的式子表示。胶核miOZHOySOxAl2232HHnnnnO22(3) (3) 粘土的塑化作用粘土的
38、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。相当好的可塑性。 若在瘠性粉料中加入少量粘土，把粘土胶粒中介于瘠性粉料之间，若在瘠性粉料中加入少量粘土，把粘土胶粒中介于瘠性粉料之间，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。别包围且裹夹于其中，整个泥料体系仍具有足够的可塑性。瘠性粉料瘠性粉料亲水性亲水性其表面有明显极性，易于为水所润湿其表面有明显极性，易于为水所润湿 。憎水性憎
39、水性其表面没有明显极性，不能被水所润湿。其表面没有明显极性，不能被水所润湿。(4) (4) 粘土的憎塑范围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。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。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，如压电、铁电、半导、电光瓷不允许使用粘土。高要求电子陶瓷，如压电、铁电、半导、电光瓷不允许使用粘土。(5) (5) 粘土增塑剂的优缺点粘土增塑剂的优缺点 天然原料，价低，增塑性能好。杂质含量较多，高温烧结后杂质天然原料，价低，增塑性能好。杂质含量较多，高温烧结后杂质一般会残留于玻璃相
40、中，使产品耐压性能下降，介电损耗增加。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。4 4、有机增塑剂（粘合剂）、有机增塑剂（粘合剂） 通常将有机增塑剂称之为粘合剂或粘结剂，作为瓷料粘合剂的有通常将有机增塑剂称之为粘合剂或粘结剂，作为瓷料粘合剂的有机物质有许多。不同的成型方法，不同的原料往往采用不同的粘合剂。机物质有许多。不同的成型方法，不同的原料往往采用不同的粘合剂。(1) (1) 干压成型用主要粘合剂干压成型用主要粘合剂 石蜡、聚乙烯醇溶液、亚硫酸纸浆废液、高频清漆石蜡、聚乙烯醇溶液、亚硫酸纸浆废液、高频清漆( (酚醛漆酚醛漆) )。(2) (2) 挤压成型用主要粘合剂挤压成型用
41、主要粘合剂 糊精、羟甲基纤维素和甲基纤维素水溶液、桐油。糊精、羟甲基纤维素和甲基纤维素水溶液、桐油。(3) (3) 热压铸成型用粘合剂热压铸成型用粘合剂 热压铸成型常用石蜡作为有机粘合剂，并以油酸、蜂蜡、硬脂酸、热压铸成型常用石蜡作为有机粘合剂，并以油酸、蜂蜡、硬脂酸、软脂酸、植物油等表面活性物质进行改性。软脂酸、植物油等表面活性物质进行改性。 (4) (4) 轧膜成型用主要粘合剂轧膜成型用主要粘合剂 聚乙烯醇聚乙烯醇(PVA)(PVA)、聚醋酸乙烯酯。、聚醋酸乙烯酯。(5) (5) 流延成型用主要粘合剂流延成型用主要粘合剂 主要分为四类，即粘结剂、增塑剂、溶剂和润湿剂。主要分为四类，即粘结剂
42、、增塑剂、溶剂和润湿剂。 粘结剂粘结剂聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛( (PVB)PVB)。 增塑剂增塑剂用用PVAPVA时可用甘油、磷酸、乙二醇等作增塑剂；用时可用甘油、磷酸、乙二醇等作增塑剂；用PVBPVB时时 可选用邻苯二甲酸二丁脂，癸二酸二丁脂作为增塑剂。可选用邻苯二甲酸二丁脂，癸二酸二丁脂作为增塑剂。 溶剂溶剂水溶性溶剂有水和乙醇；非水溶性的溶剂有甲醇、乙醇、水溶性溶剂有水和乙醇；非水溶性的溶剂有甲醇、乙醇、 丙醇、丁醇和环乙酮。丙醇、丁醇和环乙酮。 润湿剂润湿剂海洋鱼油、蓖麻油和海洋鱼油、蓖麻油和1717碳第二烃基磺酸纳等。碳第二烃基磺酸纳等。 (6) (6) 注
43、浆成型用主要粘合剂注浆成型用主要粘合剂 羟甲基纤维素、阿拉伯树胶粉。羟甲基纤维素、阿拉伯树胶粉。5 5、配制方法、配制方法 各种不同的有机增塑剂均有各自不同的配制方法，配制这些增各种不同的有机增塑剂均有各自不同的配制方法，配制这些增塑剂时都要有一定的条件和操作顺序。塑剂时都要有一定的条件和操作顺序。注意事项：注意事项： 聚乙烯醇是一种极性高分子物质，分子本身之间有相当大的吸引聚乙烯醇是一种极性高分子物质，分子本身之间有相当大的吸引力故常温下不易在水中溶解，只有当温度超过力故常温下不易在水中溶解，只有当温度超过7070时借助于热激活作时借助于热激活作用才能有比较好的溶解度，但温度超用才能有比较好
44、的溶解度，但温度超100100聚乙烯醇则开始脱水并转化聚乙烯醇则开始脱水并转化为环状或支链状结构，使其溶解度、可塑性及粘合能力均逐步降低，为环状或支链状结构，使其溶解度、可塑性及粘合能力均逐步降低，颜色变深。颜色变深。6 6、有机增塑剂增塑机理、有机增塑剂增塑机理 以聚乙烯醇为例说明以聚乙烯醇为例说明( (见书见书P34P34图图1-23)1-23)。分子结构：分子结构： 聚合度聚合度n=1400n=140017001700机理机理分子链中含有强极性羟基（分子链中含有强极性羟基（OHOH），它与水极性分子产生很强），它与水极性分子产生很强的吸引力，呈酸性。的吸引力，呈酸性。7 7、润滑剂及其作
45、用、润滑剂及其作用 润滑剂润滑剂有机低分子物（油脂类），例如：甘油等。常用润滑剂有机低分子物（油脂类），例如：甘油等。常用润滑剂有甘油（丙三醇）、乙二醇、硬脂酸、软脂酸、油酸、变压器油、植有甘油（丙三醇）、乙二醇、硬脂酸、软脂酸、油酸、变压器油、植物油及动物油（例如，鱼油）等。物油及动物油（例如，鱼油）等。8 8、使用有机粘合剂注意事项、使用有机粘合剂注意事项(1) (1) 防止还原作用防止还原作用 有机粘合剂是碳、氢、氧的高分子化合物，在较高温度之下有可有机粘合剂是碳、氢、氧的高分子化合物，在较高温度之下有可能生成能生成COCO、COCO2 2、H H2 2O(O(气气) )和和C C。CO
46、CO是一种强还原剂，对含钛（是一种强还原剂，对含钛（T Ti i4+4+）等）等陶瓷原料如陶瓷原料如TiOTiO2 2、BaTiOBaTiO3 3、(Pb(Pb1-x1-xZrZrx x)TiO)TiO3 3等均有还原作用。例如等均有还原作用。例如COCO还还原气氛使原气氛使TiOTiO2 2等含钛陶瓷原料被还原有下列反应：等含钛陶瓷原料被还原有下列反应：TiOTiO2 2+2CO = Ti+2CO+2CO = Ti+2CO2 2 (2) (2) 用量适当用量适当 用量过多用量过多干压成型时粘模具；用量过少干压成型时粘模具；用量过少干压成型时坯体开裂干压成型时坯体开裂分层。一般添加量为总重量的
47、分层。一般添加量为总重量的3%3%10% 10% 。(3) (3) 控制挥发温度控制挥发温度 ( (二二) ) 陶瓷粉料的造粒陶瓷粉料的造粒1 1、什么叫造粒、什么叫造粒 造粒是在原料细粉中加入一定量的塑化剂，制成粒度较粗，具有造粒是在原料细粉中加入一定量的塑化剂，制成粒度较粗，具有一定假颗粒粒度级配、流动性好的团粒，以利于电子陶瓷坯料的压制一定假颗粒粒度级配、流动性好的团粒，以利于电子陶瓷坯料的压制成型。成型。2 2、为什么要造粒、为什么要造粒造粒造粒有利于压制成型有利于压制成型 造粒结果是将许多细粉粒混合成一颗相对较大、较粗、较圆的粗造粒结果是将许多细粉粒混合成一颗相对较大、较粗、较圆的粗
48、颗粒，形成所谓的假颗粒粒度，以增加流动性。颗粒，形成所谓的假颗粒粒度，以增加流动性。3 3、造粒要求、造粒要求 粉体密度：愈大愈好。它除了和增塑剂的性质和用量有关外，还粉体密度：愈大愈好。它除了和增塑剂的性质和用量有关外，还与造粒压强和造粒次数有关。与造粒压强和造粒次数有关。 粉体形状：球状。流动性好，工艺较简单。粉体形状：球状。流动性好，工艺较简单。 粒度配合：理论计算等径球最小密堆积空隙也有粒度配合：理论计算等径球最小密堆积空隙也有26%26%。4 4、造粒工艺、造粒工艺 (1)(1)手工造粒法手工造粒法(2)(2)加压造粒法加压造粒法(3)(3)喷雾干燥造粒法喷雾干燥造粒法 此方法适用于
49、现代化大规模连续生产，效率高，但设备投资大。此方法适用于现代化大规模连续生产，效率高，但设备投资大。 (4)(4)冻结干燥法冻结干燥法 一般在实验室条件下制备电子陶瓷使用加压造粒（手工造粒）法一般在实验室条件下制备电子陶瓷使用加压造粒（手工造粒）法其基本工艺流程如下：其基本工艺流程如下： 粉料拌入粘合剂混合均匀粉料拌入粘合剂混合均匀过筛过筛在压力机上用圆钢模具压实在压力机上用圆钢模具压实破碎破碎过筛过筛球形颗粒。球形颗粒。二、电子结构瓷（装置瓷）瓷料制备二、电子结构瓷（装置瓷）瓷料制备 （一）粘土类原料（一）粘土类原料 粘土矿物主要是一些含水铝硅酸盐，其晶体结构是由粘土矿物主要是一些含水铝硅酸
50、盐，其晶体结构是由 SiOSiO4 4 四面四面体组成的体组成的( (SiSi2 2O O5 5) )n n层和一层由铝氧八面体组成的层和一层由铝氧八面体组成的AlOAlO(OH)(OH)2 2层相互以顶角层相互以顶角联接起来的层状结构，这种结构在很大程度上决定了粘土矿物的主要联接起来的层状结构，这种结构在很大程度上决定了粘土矿物的主要性能。性能。1 1、粘土的种类、粘土的种类 （1 1）高岭石类）高岭石类 高岭石的化学分子式为：高岭石的化学分子式为：AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O O 高岭石质量百分比为：高岭石质量百分比为：39.53%39.53%AlAl2
