[材料科学]现代卫生陶瓷生产技术013.ppt

现代卫生陶瓷生产技术主讲：王永刚 学时：56学时 煮饭、烧菜，食物为什么要经过烧煮？ 最重要的一点，就是使食物易于被人体消化和吸收。 食物中的蛋白质、脂肪和淀粉都是不易溶于水的，这就给人们的消化、吸收带来困难。 例如：淀粉颗粒不溶于冷水，而在温水中，它会吸收膨胀，破裂，变成糊状，然后与水反应，很大的淀粉分子变成许许多多的小分子----低聚糖、单糖。米、面等主食都含有大量淀粉，经过烧煮后，就容易被人体的消化系统吸收了。 3．6 烧结 一）烧结定义 粉末成型体在低于熔点的高温作用下，产生颗粒间的粘附，通过物质传递迁移，使成型坯体变成具有一定几何形状和性能，即有一定强度的致密体的过程，称为烧结。 烧结开始于坯料颗粒间空隙排除，使相应的相邻的粒子结合成紧密体。烧结过程必须具备两个基本条件： （1）应该存在物质迁移的机理； （2）必须有一种能量（热能）促进和维持物质迁移 从热力学观点来看，烧成是系统总能量减少的过程。 与块状物料相比，粉末有很大的比表面积，表面原子具有比内部原子高得多的能量。 任何体系都有向最低能量状态转变的趋势，这就是烧成过程的动力。 但烧成一般不能自动进行。因为它本身具有的能量难以克服势垒，必须加高到一定的温度才能进行。 与烧结有关的概念 当密度达到理论密度的90～95％后，其增加速度显著减小，且常规条件下很难达到完全致密。说明坯体中的空隙(气孔)完全排除是很难的。 烧结初期：坯体中颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、缩小（即大气孔消失），固-气总表面积没有变化。 烧结中期：传质开始，空隙进一步变形、缩小，但仍然连通，形如隧道。 烧结后期：传质继续进行，粒子长大，气孔变成孤立闭气孔，密度达到95%以上，制品强度提高。 1）常规烧结（按是否出现液相） 固相烧结 ?纯氧化物或化合物瓷料是在固相下烧结的。? ?烧结过程主要决定于瓷料的表面能或晶粒的界面能。 ?能量大的物质有降低其能量的趋向，在能量释放过程中，引起了物质的迁移。 ?由于这一过程的进行，使得粉料总表面下降(烧结前后总表面可降低103数量级)、瓷坯内气孔排除、晶界减少并导致晶粒长大，产生所谓烧结。 影响粘性烧结的因素 1）粒径：10μm减少至1μm，烧结速率增大10倍。 2）粘度：粘度和粘度随温度的迅速变化是需要控制的最重要因素。一个典型钠钙硅玻璃，若温度变化100℃，粘度约变化1000倍。如果某坯体烧结速率太低，可以采用加入液相粘度较低的组分来提高烧结速率。 颗粒在液相的表面张力的作用下相互接触。如某颗粒A处和另一颗粒相接触，B处为自由端。由于A处承受压应力，所以它在液相中的溶解度要比B处大。因而颗粒从A处溶解，通过液相扩散到B处沉淀，导致颗粒长大。 3．6．1．2 卫生陶瓷制品在烧成过程中的热学-力学变化 （1）卫生陶瓷制品的机械强度与温度的关系 1）卫生陶瓷坯体抗折强度与温度的关系如表所示。 　 抗折强度：材料单位面积承受弯矩时的极限折断应力。 由表可见，从20℃加热到600℃，强度缓慢提高；从600℃加热到最高烧成温度，强度迅速增高。经最高烧成温度烧过的坯体比未烧坯体强度有极大的提高，这也是陶瓷制品需要进行烧成的原因。 2)卫生陶瓷制品弹性模量与温度的关系 弹性模量：在一定的应力范围（弹性形变）内，材料的应力与相应的应变量的比值。 弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。 干坯体的弹性模具与温度的关系见表。由表可见，在700℃以下干坯体的弹性模量变化不大；800℃以上则急剧降低。 （2）卫生陶瓷坯体受热后体积发生的膨胀收缩变化 如表所示；在500℃以下线膨胀系数a随着温度的升高而增加。200--400℃体积随温度上升膨胀较大，400--500℃范围则急剧膨胀，因此在这个温度范围加热时应特加小心，避免坯体开裂； 600℃以上坯体线膨胀系数a则随着温度的上升，而转变为负值。说明此时坯体开始发生收缩。900℃以上则急剧收缩，此时坯体具有塑性变形性质。 预烧后坯体线膨胀系数a与温度的关系如表所示。在烧成温度范围内预烧后坯体线膨胀系数a均为正值。 说明，预烧后坯体随温度发生热胀冷缩急剧，因此加热或冷却都要特别小心。 3．6．1．3 陶瓷坯体在加热过程中的应力 烧成过程中，陶瓷坯体在出现液相之前或液相凝固之后，处于弹性状态；