烧结炉讲义_2012.pdf

燒結實驗 授課教授駱榮富教授: 助教黃國聞: (Sean) 燒結原理  燒結是當生胚被加熱至胚體內主要成分的熔點以下時， 以各種擴散方式讓粉末之間互相緊密黏結在一起。  燒結時若胚體在部份或全部時間內皆有液相存在時，稱 為液相燒結 。而在燒結時並無液相存在，稱為固相燒結 。  升溫速率愈快，最大收縮速率所對應的溫度愈高，可能 有利於緻密化 ，但也有可能晶粒粗化 。若升溫速率慢， 使原子有足夠的時間於升溫過程中擴散，也因此成品的 品質和尺寸穩定性較高。 固態燒結而言，其緻密化的驅動力是來自固體 氣體- 界面 消失所造成表面能的降低。 2 常壓燒結 表示在大氣壓狀態下，坏體自由燒結過程。在 無外加驅動力下，材料開始燒結，溫度通常需達到材料 熔點(絕對溫度的) 0.5~0.8 。  對固相燒結 而言，在此溫度下才能引起足夠原子擴散。 對液相燒結言之，此溫度時由於液相形成或由於化學反 應產生液相促使擴散和黏滯流動進行，從而達到緻密化 效果。 3 燒結行為  燒結緻密化過程可區分為三階段： 第一階段 ：為相鄰粉體顆粒的頸部成長及少量收縮現象產生 第二階段 ：為物質傳遞過程或緻密化。 第三階段 ：為晶粒成長，消除孤立的孔洞。  燒結過程的主要變化為緻密化與晶粒成長 。緻密化大部分 發生於燒結初期及中期階段。然而晶粒成長 主要發生於後 期階段，且收縮量小。 4 Ashby的三球模型，燒結初期原子的傳送可沿著六 種不同的路徑進行此六種路徑又大可分為 「表面傳 送」及 「體傳送 」。但只有後者之傳送機構才能 5 產生收縮，造成緻密化。 燒結過程的三個階段: (a)顆 粒之間相互接觸， (b) 燒結初期，(c) 燒結中期，(d) 燒結後期。 6 物質在燒結初期不同的傳遞途徑 7 燒結三階段的示意圖 8 氧化鋁陶瓷的應用領域 Al O 性質 應用領域 2 3 耐磨性 製造金屬線的抽絲型板及導線槽器具 硬度和韌性 磨料、切割陶瓷的刀具 耐腐蝕性 耐酸鹼的配件、坩鍋、研磨球、鈉蒸氣燈管 耐火性 熔化坩鍋、熱電偶套管、承燒板、匣缽 高電阻性 絕緣體(火星塞) 、積體電路板 對生物組織 人造義肢及生醫陶瓷零件 有相容性 9 不同純度Al O 陶瓷材料特性比較 2 3 名稱 75 Al O 95 Al O 99 Al O 2 3 2 3 2 3 Al O含量 (%) 75 95 99 2 3 α- Al O和