陶瓷的加工和改性

1、 School of Materials Science and Engineering / WHUT第五章第五章 陶瓷的加工及改性陶瓷的加工及改性第一節(jié)第一節(jié) 陶瓷的機(jī)械加工方法陶瓷的機(jī)械加工方法陶瓷加工的特點(diǎn)：陶瓷加工的特點(diǎn)：陶瓷都有尺寸和表面精度要求，但由于燒結(jié)陶瓷都有尺寸和表面精度要求，但由于燒結(jié)收縮率大，無(wú)法保證燒結(jié)后瓷體尺寸的精確度，收縮率大，無(wú)法保證燒結(jié)后瓷體尺寸的精確度，因此燒結(jié)后需要再加工因此燒結(jié)后需要再加工陶瓷材料有高硬度、高強(qiáng)度、脆性大的特性，陶瓷材料有高硬度、高強(qiáng)度、脆性大的特性，屬于難加工材料屬于難加工材料 School of Materials Science an

2、d Engineering / WHUT分類方式分類方式加工方法加工方法機(jī)械機(jī)械磨料加工磨料加工固結(jié)磨料加工固結(jié)磨料加工磨削磨削珩磨珩磨超精加工超精加工紗布砂紙加工紗布砂紙加工懸浮磨料加工懸浮磨料加工研磨研磨超聲波加工超聲波加工拋光拋光滾筒拋光滾筒拋光刀具加工刀具加工切削加工切削加工 切割切割化學(xué)化學(xué)蝕刻蝕刻 化學(xué)研磨化學(xué)研磨 化學(xué)拋光化學(xué)拋光光化學(xué)光化學(xué)光刻光刻電化學(xué)電化學(xué)電解研磨電解研磨 電解拋光電解拋光電學(xué)電學(xué)電火花加工電火花加工 電子束加工電子束加工 離子束加工離子束加工 等離子體加等離子體加工工光學(xué)光學(xué)激光加工激光加工陶瓷材料的加工方法陶瓷材料的加工方法 School of Mate

3、rials Science and Engineering / WHUT5.1.1 陶瓷的切削加工（陶瓷的切削加工（cutting）一、陶瓷材料的切削加工特點(diǎn)一、陶瓷材料的切削加工特點(diǎn) （1）陶瓷材料具有很高的硬度、耐磨性，對(duì)于一般工程陶）陶瓷材料具有很高的硬度、耐磨性，對(duì)于一般工程陶 瓷瓷的切削，只有超硬的切削，只有超硬 刀具材料才能夠勝任刀具材料才能夠勝任 （2）陶瓷材料是典型的硬脆材料）陶瓷材料是典型的硬脆材料 （3）陶瓷材料的切削特性由于材料種類、制備工藝）陶瓷材料的切削特性由于材料種類、制備工藝 不同而有不同而有很大差別很大差別二、陶瓷材料的切削加工二、陶瓷材料的切削加工 Schoo

4、l of Materials Science and Engineering / WHUT5.1.2 陶瓷的機(jī)械磨削加工陶瓷的機(jī)械磨削加工 一、磨削加工機(jī)理（一、磨削加工機(jī)理（grinding）磨粒磨粒磨粒磨粒工件裂紋旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)方向工件陶瓷材料金屬材料陶瓷材料和金屬材料的磨削機(jī)理陶瓷材料和金屬材料的磨削機(jī)理 材料脆性剝離是通過(guò)空隙和裂紋的形成材料脆性剝離是通過(guò)空隙和裂紋的形成或延展、剝落及碎裂等方式來(lái)完成的或延展、剝落及碎裂等方式來(lái)完成的 在晶粒去除過(guò)程中，材料是以整個(gè)晶粒在晶粒去除過(guò)程中，材料是以整個(gè)晶粒從工件表面上脫落的方式被去除的。從工件表面上脫落的方式被去除的。 陶瓷和金屬的磨削過(guò)程

5、模型如右圖。金陶瓷和金屬的磨削過(guò)程模型如右圖。金屬材料依靠剪切作用產(chǎn)生帶狀或接近帶狀屬材料依靠剪切作用產(chǎn)生帶狀或接近帶狀的切屑，而磨削陶瓷時(shí)，材料內(nèi)部先產(chǎn)生的切屑，而磨削陶瓷時(shí)，材料內(nèi)部先產(chǎn)生裂紋，隨著應(yīng)力的增加，間斷裂紋的逐漸裂紋，隨著應(yīng)力的增加，間斷裂紋的逐漸增大，連接，從而形成局部剝落。增大，連接，從而形成局部剝落。 School of Materials Science and Engineering / WHUT二、磨削加工設(shè)備二、磨削加工設(shè)備 砂輪（砂輪（grinding wheel）和磨料（）和磨料（abrasives）的選擇）的選擇 磨削工藝及條件的選擇磨削工藝及條件的選擇 a

6、 砂輪磨削速度砂輪磨削速度 b 工件給進(jìn)速度（工件給進(jìn)速度（feeding speed） c 冷卻液的選擇（冷卻液的選擇（cooling media） d 磨削深度磨削深度ap（rubbing depth） e 磨削方式（磨削方式（rubbing way）、）、 方向及機(jī)床剛性方向及機(jī)床剛性 （machine rigidity） School of Materials Science and Engineering / WHUT 5.1.3 陶瓷的研磨、拋光加工陶瓷的研磨、拋光加工 一、陶瓷的研磨（一、陶瓷的研磨（grinding） 研磨加工是利用涂敷或壓嵌游離磨粒與研磨劑的混合物在一定剛性的

7、軟質(zhì)研磨加工是利用涂敷或壓嵌游離磨粒與研磨劑的混合物在一定剛性的軟質(zhì)研具上，研具與工件向磨粒施加一定壓力，磨粒作滾動(dòng)與滑動(dòng)，從被研磨工件研具上，研具與工件向磨粒施加一定壓力，磨粒作滾動(dòng)與滑動(dòng)，從被研磨工件上去除極薄的余量，以提高工件的精度和降低表面粗糙度的加工方法，研磨加上去除極薄的余量，以提高工件的精度和降低表面粗糙度的加工方法，研磨加工示意圖如下圖。工示意圖如下圖。壓力研磨液工件磨粒研具工件磨粒壓力(a)(b)研具 研磨加工示意圖研磨加工示意圖 School of Materials Science and Engineering / WHUT研磨過(guò)程材料剝離的機(jī)理主要是以滾碾破碎為主。磨

8、粒研磨過(guò)程材料剝離的機(jī)理主要是以滾碾破碎為主。磨粒越粗，材料剝離率越大，研磨效率越高，但表面粗糙度增越粗，材料剝離率越大，研磨效率越高，但表面粗糙度增大；磨粒硬度越高，研磨效率越高，但卻容易使球面出現(xiàn)大；磨粒硬度越高，研磨效率越高，但卻容易使球面出現(xiàn)機(jī)械損傷，導(dǎo)致表面粗糙度相對(duì)較低。機(jī)械損傷，導(dǎo)致表面粗糙度相對(duì)較低。 研磨工程陶瓷用的磨料一般采用研磨工程陶瓷用的磨料一般采用B4C和金剛石粉，磨料和金剛石粉，磨料粒度范圍為粒度范圍為250600目，冷卻液可選用煤油或機(jī)油。但對(duì)目，冷卻液可選用煤油或機(jī)油。但對(duì)于較大尺寸的制品，不適合采用端面研磨機(jī)加工，通常采于較大尺寸的制品，不適合采用端面研磨機(jī)加

9、工，通常采用研磨砂布進(jìn)行加工。用研磨砂布進(jìn)行加工。 School of Materials Science and Engineering / WHUT二、陶瓷的拋光（二、陶瓷的拋光（polishing） 拋光是使用微細(xì)磨粒彈塑性的拋光機(jī)對(duì)工件表面進(jìn)行摩拋光是使用微細(xì)磨粒彈塑性的拋光機(jī)對(duì)工件表面進(jìn)行摩擦使工件表面產(chǎn)生塑性流動(dòng)，生成細(xì)微的切屑，材料的剝擦使工件表面產(chǎn)生塑性流動(dòng)，生成細(xì)微的切屑，材料的剝離基本上是在彈性的范圍內(nèi)進(jìn)行。離基本上是在彈性的范圍內(nèi)進(jìn)行。拋光的方法：一般的拋光使用軟質(zhì)、富于彈性或粘彈性拋光的方法：一般的拋光使用軟質(zhì)、富于彈性或粘彈性的材料和微粉磨料。的材料和微粉磨料。拋光加

10、工的用途：它是制備許多精密零件如硅芯片、集拋光加工的用途：它是制備許多精密零件如硅芯片、集成電路基板、精密機(jī)電零件等的重要工藝。成電路基板、精密機(jī)電零件等的重要工藝。拋光時(shí)在加工面上產(chǎn)生的凹凸，或加工變質(zhì)層極薄，所拋光時(shí)在加工面上產(chǎn)生的凹凸，或加工變質(zhì)層極薄，所以尺寸形狀精度和表面粗糙度比研磨高。以尺寸形狀精度和表面粗糙度比研磨高。 School of Materials Science and Engineering / WHUT第二節(jié) 陶瓷的特種加工技術(shù) 5.2.1 電火花加工電火花加工 電火花加工的原理是基于工件和工具（正、負(fù)電極）之間脈沖電火花加工的原理是基于工件和工具（正、負(fù)電極）之

11、間脈沖性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來(lái)蝕除（性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來(lái)蝕除（corrosion removing）多余的）多余的金屬，以達(dá)到對(duì)零件的尺寸、形狀以及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求。金屬，以達(dá)到對(duì)零件的尺寸、形狀以及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求。陽(yáng)極陰極陽(yáng)極熔蝕區(qū)陰極熔蝕區(qū)熔融金屬微粒凝固金屬微粒工作液放電通道氣泡+_+_翻起凸邊網(wǎng)坑 放電間隙示意圖放電間隙示意圖 School of Materials Science and Engineering / WHUT電火花加工必須具備以下幾個(gè)條件：電火花加工必須具備以下幾個(gè)條件：（1 1）放電必須是瞬時(shí)的脈沖性放電。）放電必須是瞬時(shí)的脈沖性放電。（2 2

12、）火花放電必須在有較高絕緣強(qiáng)度的介質(zhì)中進(jìn)行。）火花放電必須在有較高絕緣強(qiáng)度的介質(zhì)中進(jìn)行。（3 3）要有足夠的放電強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)金屬局部的熔化和氣化。）要有足夠的放電強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)金屬局部的熔化和氣化。（4 4）工具電極與工件被加工表面之間要始終保持一定的放電間隙）工具電極與工件被加工表面之間要始終保持一定的放電間隙 絕緣陶瓷的電火花放電加工原理示意圖和高速電火花穿孔機(jī)原理示意絕緣陶瓷的電火花放電加工原理示意圖和高速電火花穿孔機(jī)原理示意圖如下圖所示圖如下圖所示 高壓工作液管電極導(dǎo)電器工作元件 電火花加工示意圖電火花加工示意圖 高速電火花穿孔機(jī)原理示意圖高速電火花穿孔機(jī)原理示意圖 School of

13、Materials Science and Engineering / WHUT 5.2.2 電子束加工電子束加工 電子束加工（電子束加工（electron beam machining）是在真空的條件下，利用聚焦后能）是在真空的條件下，利用聚焦后能量密度極高（量密度極高（106109W/cm2）的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小）的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小的面積上，在極短的時(shí)間（幾分之一微秒）內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽拿娣e上，在極短的時(shí)間（幾分之一微秒）內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使被沖擊的大部分的工件材料達(dá)到數(shù)千度以上的高溫，從而引起材料的局部融使被沖擊的大部分

14、的工件材料達(dá)到數(shù)千度以上的高溫，從而引起材料的局部融化或氣化。下圖為電子束加工工作原理示意圖?；驓饣Ｏ聢D為電子束加工工作原理示意圖。燈絲柵極電源陽(yáng)極排氣系統(tǒng)電磁透鏡電子束工作室偏轉(zhuǎn)線圈工作臺(tái) 電子束加工工作原理示意圖電子束加工工作原理示意圖 工件變形小、效率高、清潔工件變形小、效率高、清潔制電子束能量密度的大小與制電子束能量密度的大小與能量注入時(shí)間，達(dá)到熱處理，能量注入時(shí)間，達(dá)到熱處理，焊接，打孔，切割等加工目的焊接，打孔，切割等加工目的 光刻加工光刻加工 特點(diǎn)：特點(diǎn)： School of Materials Science and Engineering / WHUT 原理：激光加工是利

15、用能量密度極高的激光束照射原理：激光加工是利用能量密度極高的激光束照射到被加工陶瓷工件表面上，工件局部表面吸收激光能量，到被加工陶瓷工件表面上，工件局部表面吸收激光能量，使自身溫度上升，從而能夠改變工件表面的結(jié)構(gòu)和性能，使自身溫度上升，從而能夠改變工件表面的結(jié)構(gòu)和性能，甚至造成不可逆的破壞。甚至造成不可逆的破壞。 材料在高溫、熔融、汽化和沖擊波的作用下被蝕除，材料在高溫、熔融、汽化和沖擊波的作用下被蝕除，從而進(jìn)行打孔、畫(huà)線、切割以及表面處理等加工。從而進(jìn)行打孔、畫(huà)線、切割以及表面處理等加工。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： （1）加工速度快、無(wú)噪聲，能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜面型的高）加工速度快、無(wú)噪聲，能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜面型

16、的高精度的加工目的。精度的加工目的。 （2）可以進(jìn)行微區(qū)加工，也可以進(jìn)行選擇性加工）可以進(jìn)行微區(qū)加工，也可以進(jìn)行選擇性加工 （3）因此其熱影響區(qū)很小）因此其熱影響區(qū)很小 （4）大氣中進(jìn)行，便于大工件加工）大氣中進(jìn)行，便于大工件加工 （5）數(shù)控機(jī)床機(jī)器人連接起來(lái)構(gòu)成各種加工系統(tǒng)。）數(shù)控機(jī)床機(jī)器人連接起來(lái)構(gòu)成各種加工系統(tǒng)。 （6）難保證重復(fù)精度和表面粗糙度；設(shè)備復(fù)雜昂貴，）難保證重復(fù)精度和表面粗糙度；設(shè)備復(fù)雜昂貴，加工成本高。加工成本高。 激光M1M3M2M4刀具工件010018 激光加工原理示意圖激光加工原理示意圖5.2.3 激光加工（激光加工（laser machining） School o

17、f Materials Science and Engineering / WHUT 超聲波磨削加工是利用工具端面作超聲頻振動(dòng)，通過(guò)磨料超聲波磨削加工是利用工具端面作超聲頻振動(dòng)，通過(guò)磨料懸浮液加工硬脆材料的一種加工方法。懸浮液加工硬脆材料的一種加工方法。工件工具磨料液變幅桿聚能器換能器超聲波發(fā)生器超聲波加工機(jī)理超聲波加工機(jī)理5.2.4 超聲波加工（超聲波加工（ultrasonic machining）特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）適合加工各種硬脆材料，特別是不）適合加工各種硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料導(dǎo)電的非金屬材料 （2）加工設(shè)備結(jié)果簡(jiǎn)單，操作、維修方便）加工設(shè)備結(jié)果簡(jiǎn)單，操作、維修方便（3）可以

18、得到高質(zhì)量的表面，而且可以加）可以得到高質(zhì)量的表面，而且可以加工薄壁、窄縫零件工薄壁、窄縫零件 School of Materials Science and Engineering / WHUT第三節(jié)第三節(jié) 施釉施釉 陶瓷的施釉是指通過(guò)高溫的方式，在陶瓷體表面上附著一層玻璃態(tài)層陶瓷的施釉是指通過(guò)高溫的方式，在陶瓷體表面上附著一層玻璃態(tài)層物質(zhì)。施釉的目的在于改善坯體的表面物理性能和化學(xué)性能，同時(shí)增加產(chǎn)物質(zhì)。施釉的目的在于改善坯體的表面物理性能和化學(xué)性能，同時(shí)增加產(chǎn)品的美感，提高產(chǎn)品的使用性能。品的美感，提高產(chǎn)品的使用性能。6.3.1 釉的作用與分類釉的作用與分類一、釉的作用一、釉的作用（1）釉

19、能夠提高瓷體的表面光潔度。）釉能夠提高瓷體的表面光潔度。（2）釉可提高瓷件的力學(xué)性能和熱學(xué)性能。）釉可提高瓷件的力學(xué)性能和熱學(xué)性能。（3）提高瓷件的電性能，如壓電、介電和絕緣性能。）提高瓷件的電性能，如壓電、介電和絕緣性能。（4）改善瓷體的化學(xué)性能。）改善瓷體的化學(xué)性能。（5）使瓷件與金屬之間形成牢固的結(jié)合。）使瓷件與金屬之間形成牢固的結(jié)合。（6）釉可以增加瓷器的美感，藝術(shù)釉還能夠增加陶瓷制品的藝術(shù)附加）釉可以增加瓷器的美感，藝術(shù)釉還能夠增加陶瓷制品的藝術(shù)附加 值，提高其藝術(shù)欣賞價(jià)值。值，提高其藝術(shù)欣賞價(jià)值。 School of Materials Science and Engineerin

20、g / WHUT二、釉的分類二、釉的分類 （1）按釉中）按釉中主要助熔物主要助熔物劃分：劃分： 如鉛釉、石灰釉、長(zhǎng)石釉等。如鉛釉、石灰釉、長(zhǎng)石釉等。 （2）按釉的）按釉的制備方法制備方法劃分：劃分： 生料釉：即指釉料配方組成中未使用熟料熔塊的釉。生料釉：即指釉料配方組成中未使用熟料熔塊的釉。 熔塊釉：即指由熔塊與一些生料按配比制作而成的釉料。熔塊釉：即指由熔塊與一些生料按配比制作而成的釉料。 （3）按照釉的）按照釉的燒成溫度燒成溫度劃分：劃分： 易熔釉或低溫釉：指熔融溫度一般不超過(guò)易熔釉或低溫釉：指熔融溫度一般不超過(guò)1150的釉的釉 中熔釉或中溫釉：指熔融溫度一般在中熔釉或中溫釉：指熔融溫度一

21、般在11501300的釉的釉 難熔釉或高溫釉：指熔融溫度一般達(dá)難熔釉或高溫釉：指熔融溫度一般達(dá)1130的釉的釉 （4）按釉燒成后）按釉燒成后外觀特征和具有的特殊功能外觀特征和具有的特殊功能劃分：劃分： 透明釉、乳濁釉、畫(huà)釉、結(jié)晶釉、紋理釉、無(wú)光釉、臘光釉、透明釉、乳濁釉、畫(huà)釉、結(jié)晶釉、紋理釉、無(wú)光釉、臘光釉、 熒光釉、香味釉、金屬光澤釉、彩虹釉、抗菌釉、自潔釉等。熒光釉、香味釉、金屬光澤釉、彩虹釉、抗菌釉、自潔釉等。 （5）按釉的）按釉的用途用途劃分：劃分： 裝飾釉、電瓷釉、化學(xué)瓷釉、面釉、底釉、鈞釉等。裝飾釉、電瓷釉、化學(xué)瓷釉、面釉、底釉、鈞釉等。 School of Materials S

22、cience and Engineering / WHUT5.3.2 釉的特點(diǎn)和性質(zhì)釉的特點(diǎn)和性質(zhì)一、釉的熔融性能一、釉的熔融性能（1）釉的熔融溫度范圍）釉的熔融溫度范圍定義：我們把釉隨著溫度的升高，從開(kāi)始出現(xiàn)液相的始熔溫度到完定義：我們把釉隨著溫度的升高，從開(kāi)始出現(xiàn)液相的始熔溫度到完全成為液相的流淌溫度之間的溫度區(qū)域范圍稱為釉的熔融溫度范圍。全成為液相的流淌溫度之間的溫度區(qū)域范圍稱為釉的熔融溫度范圍。釉的始熔溫度和流淌溫度的測(cè)定：釉的始熔溫度和流淌溫度的測(cè)定：釉的熔融性質(zhì)通常用高溫顯微鏡測(cè)定。首先，將待測(cè)釉料制作成高度釉的熔融性質(zhì)通常用高溫顯微鏡測(cè)定。首先，將待測(cè)釉料制作成高度和直徑均為和直

23、徑均為3mm的圓柱體，并置于高溫電爐中加熱升溫，升溫速度為的圓柱體，并置于高溫電爐中加熱升溫，升溫速度為810/mm，對(duì)釉料受熱變化的行為照相記錄，如下圖。，對(duì)釉料受熱變化的行為照相記錄，如下圖。l1l2l3l4 釉料受熱變化的行為釉料受熱變化的行為 School of Materials Science and Engineering / WHUT 二、釉的高溫粘度（二、釉的高溫粘度（viscosity） （1）釉的高溫粘度對(duì)釉面質(zhì)量的影響：如果粘度過(guò)小，引起堆釉、流）釉的高溫粘度對(duì)釉面質(zhì)量的影響：如果粘度過(guò)小，引起堆釉、流釉或干釉等缺陷并易使裝飾紋樣模糊或消失；如果粘度過(guò)大，會(huì)使釉面出釉或

24、干釉等缺陷并易使裝飾紋樣模糊或消失；如果粘度過(guò)大，會(huì)使釉面出現(xiàn)桔釉或光澤度差等缺陷?，F(xiàn)桔釉或光澤度差等缺陷。 （2）影響釉高溫粘度的主要因素：）影響釉高溫粘度的主要因素：配方中助熔劑種類及含量；配方中助熔劑種類及含量；燒燒成溫度成溫度 （3）釉的高溫粘度測(cè)定：首先用）釉的高溫粘度測(cè)定：首先用5g釉粉加工成圓球或小圓柱體，然后釉粉加工成圓球或小圓柱體，然后將該釉粉試樣置于以將該釉粉試樣置于以45度角放置的瓷質(zhì)粘度測(cè)定板的圓槽中，試樣在高溫度角放置的瓷質(zhì)粘度測(cè)定板的圓槽中，試樣在高溫爐中升溫至成熟溫度，然后冷卻并取出試樣測(cè)定其在流動(dòng)槽中的流動(dòng)長(zhǎng)度爐中升溫至成熟溫度，然后冷卻并取出試樣測(cè)定其在流動(dòng)槽

25、中的流動(dòng)長(zhǎng)度L，它即代表著釉的粘度大小。，它即代表著釉的粘度大小。 School of Materials Science and Engineering / WHUT三、釉的膨脹系數(shù)及坯釉膨脹系數(shù)的適應(yīng)性三、釉的膨脹系數(shù)及坯釉膨脹系數(shù)的適應(yīng)性 （1）坯釉膨脹系數(shù)互不適應(yīng)時(shí)的兩種表現(xiàn)：）坯釉膨脹系數(shù)互不適應(yīng)時(shí)的兩種表現(xiàn)： 當(dāng)當(dāng)釉釉坯時(shí)：冷卻時(shí)釉層會(huì)受到坯體所給予的拉伸應(yīng)力作用，坯時(shí)：冷卻時(shí)釉層會(huì)受到坯體所給予的拉伸應(yīng)力作用，即在釉層中產(chǎn)生張應(yīng)力。當(dāng)此張應(yīng)力超過(guò)釉層的抗張應(yīng)力極限時(shí)，釉即在釉層中產(chǎn)生張應(yīng)力。當(dāng)此張應(yīng)力超過(guò)釉層的抗張應(yīng)力極限時(shí)，釉層被拉斷形成釉裂。層被拉斷形成釉裂。 當(dāng)當(dāng)釉釉坯時(shí)：

26、冷卻時(shí)坯層收縮大于釉層，使釉層受到壓應(yīng)力作坯時(shí)：冷卻時(shí)坯層收縮大于釉層，使釉層受到壓應(yīng)力作用，當(dāng)此壓應(yīng)力超過(guò)一定極限時(shí)即發(fā)生釉層的剝落現(xiàn)象，即剝釉。用，當(dāng)此壓應(yīng)力超過(guò)一定極限時(shí)即發(fā)生釉層的剝落現(xiàn)象，即剝釉。 （2）膨脹系數(shù)的選擇確定：對(duì)于有釉面的陶瓷制品，一般希望釉的）膨脹系數(shù)的選擇確定：對(duì)于有釉面的陶瓷制品，一般希望釉的膨脹系數(shù)比坯體的略?。▋烧卟钪禐榕蛎浵禂?shù)比坯體的略小（兩者差值為1.010-6/左右較佳）。左右較佳）。 School of Materials Science and Engineering / WHUT 四、釉的力學(xué)性能四、釉的力學(xué)性能 （1）釉層的）釉層的強(qiáng)度強(qiáng)度：釉面

27、機(jī)械強(qiáng)度與釉、坯之間的應(yīng)力分布有很大關(guān)系。：釉面機(jī)械強(qiáng)度與釉、坯之間的應(yīng)力分布有很大關(guān)系。 （2）釉的）釉的彈性彈性：釉的彈性對(duì)釉面質(zhì)量的影響：如果釉的彈性很小，有裂紋：釉的彈性對(duì)釉面質(zhì)量的影響：如果釉的彈性很小，有裂紋產(chǎn)生；釉的彈性大可以緩解機(jī)械外應(yīng)力的破壞作用。產(chǎn)生；釉的彈性大可以緩解機(jī)械外應(yīng)力的破壞作用。 釉的組成對(duì)彈性的影響：配方中引入離子半徑較大、電荷較低的金屬氧釉的組成對(duì)彈性的影響：配方中引入離子半徑較大、電荷較低的金屬氧化物（如化物（如Na2O、K2O等）可使彈性模量減少，而彈性值增大；反之，引入等）可使彈性模量減少，而彈性值增大；反之，引入離子半徑小、極化能力強(qiáng)的金屬化合物（離

28、子半徑小、極化能力強(qiáng)的金屬化合物（BeO、MgO、Li2O等）則使彈性提等）則使彈性提高釉的彈性模量，使釉的彈性減小。高釉的彈性模量，使釉的彈性減小。 （3）釉面硬度：）釉面硬度： 影響釉硬度的因素：釉的組成，在釉層中適當(dāng)增加影響釉硬度的因素：釉的組成，在釉層中適當(dāng)增加Al2O3、B2O3、 ZrO2、CaO、ZnO、MgO的含量有利于增加釉的硬度；的含量有利于增加釉的硬度；K2O、Na2O的增加會(huì)降低的增加會(huì)降低其硬度；適當(dāng)提高燒成溫度，可使其硬度得到其硬度；適當(dāng)提高燒成溫度，可使其硬度得到 提高。提高。 School of Materials Science and Engineering

29、 / WHUT 五、釉面光澤度五、釉面光澤度 定義：光澤度是表示釉面對(duì)入射光作鏡面反射的能力。定義：光澤度是表示釉面對(duì)入射光作鏡面反射的能力。 影響因素：影響因素： 釉面光澤度與釉面的折射率、燒成制度有關(guān)。反射率釉面光澤度與釉面的折射率、燒成制度有關(guān)。反射率R提高，則光澤度越大；提高，則光澤度越大； 在釉中增加高折射率的金屬氧化物，如在釉中增加高折射率的金屬氧化物，如PbO、ZnO有有利于使折射率增大，同時(shí)可以提高釉面的密度，從另一方利于使折射率增大，同時(shí)可以提高釉面的密度，從另一方面來(lái)提高釉面的光澤度。面來(lái)提高釉面的光澤度。 School of Materials Science and E

30、ngineering / WHUT5.3.3 施釉工藝施釉工藝一、基本施釉方法一、基本施釉方法（1）浸釉法：即將產(chǎn)品用手工全部浸入釉料中，使之附著一層釉漿）浸釉法：即將產(chǎn)品用手工全部浸入釉料中，使之附著一層釉漿（2）噴釉法：噴釉法是利用壓縮空氣將釉漿噴成霧狀，使粘附于坯體上）噴釉法：噴釉法是利用壓縮空氣將釉漿噴成霧狀，使粘附于坯體上 （3）澆釉法：將釉漿澆到坯體上以形成釉層）澆釉法：將釉漿澆到坯體上以形成釉層 （4）刷釉法：用于在同一坯體上施幾種不同釉料）刷釉法：用于在同一坯體上施幾種不同釉料 二、新型施釉方法二、新型施釉方法（1）流化床法）流化床法 ：利用壓縮空氣設(shè)法使加有少量有機(jī)樹(shù)脂的干釉

31、粉在流化床內(nèi)：利用壓縮空氣設(shè)法使加有少量有機(jī)樹(shù)脂的干釉粉在流化床內(nèi)懸浮而呈現(xiàn)流化狀態(tài)，然后將預(yù)熱到懸浮而呈現(xiàn)流化狀態(tài)，然后將預(yù)熱到100200 坯體浸入到流化床中，與釉粉坯體浸入到流化床中，與釉粉保持一段時(shí)間的接觸保持一段時(shí)間的接觸 （2）熱噴施釉法）熱噴施釉法 ：先進(jìn)行坯料的素?zé)?，后在熾熱狀態(tài)的素?zé)黧w上進(jìn)行噴釉：先進(jìn)行坯料的素?zé)笤跓霟釥顟B(tài)的素?zé)黧w上進(jìn)行噴釉 （3）干壓施釉法）干壓施釉法 ：壓施釉法是將成型、上釉一次完成的一種方法。釉料和坯：壓施釉法是將成型、上釉一次完成的一種方法。釉料和坯體均通過(guò)噴霧干燥來(lái)制備。成型時(shí)，先將坯料裝入模具加壓一次，然后撒上少體均通過(guò)噴霧干燥來(lái)制備。成型

32、時(shí)，先將坯料裝入模具加壓一次，然后撒上少許有機(jī)結(jié)合劑，再撒上釉粉，然后加壓。許有機(jī)結(jié)合劑，再撒上釉粉，然后加壓。（4）機(jī)器人施釉）機(jī)器人施釉 School of Materials Science and Engineering / WHUT5.3.5 燒釉燒釉（1）制定燒成制度的依據(jù)：）制定燒成制度的依據(jù)： 以坯釉的化學(xué)組成及其在燒成過(guò)程中的物理化學(xué)變化為依據(jù)。以坯釉的化學(xué)組成及其在燒成過(guò)程中的物理化學(xué)變化為依據(jù)。 以坯件的種類、大小、形狀和薄厚為依據(jù)。以坯件的種類、大小、形狀和薄厚為依據(jù)。 以窯爐的結(jié)構(gòu)、種類、燃料種類以及裝窯疏密等為依據(jù)。以窯爐的結(jié)構(gòu)、種類、燃料種類以及裝窯疏密等為依據(jù)。

33、 以相似產(chǎn)品的成功燒成經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)。以相似產(chǎn)品的成功燒成經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)。（2）溫度制度及其控制：）溫度制度及其控制： 溫度制度包括：升溫速率、燒成溫度（止火溫度）、保溫溫度制度包括：升溫速率、燒成溫度（止火溫度）、保溫時(shí)間和冷卻時(shí)間和冷卻 速度等。速度等。（3）氣氛制度及其控制：）氣氛制度及其控制： 氣氛類型氣氛類型 燒成氣氛的選擇依據(jù)燒成氣氛的選擇依據(jù) School of Materials Science and Engineering / WHUT第四節(jié)第四節(jié) 陶瓷表面金屬化陶瓷表面金屬化5.4.1 陶瓷表面金屬化的用途陶瓷表面金屬化的用途 一、制造電子元器件一、制造電子元器件 二、用于電磁屏

34、蔽二、用于電磁屏蔽 三、應(yīng)用于裝飾方面生產(chǎn)美術(shù)陶瓷三、應(yīng)用于裝飾方面生產(chǎn)美術(shù)陶瓷6.4.2 陶瓷表面金屬化的方法陶瓷表面金屬化的方法 陶瓷的金屬化方法很多，在電容器，濾波器及印刷陶瓷的金屬化方法很多，在電容器，濾波器及印刷電路等技術(shù)中，常采用被銀法。此外還有采用化學(xué)鍍鎳法、電路等技術(shù)中，常采用被銀法。此外還有采用化學(xué)鍍鎳法、燒結(jié)金屬粉末法、活性金屬法、真空氣相沉積和濺射法等。燒結(jié)金屬粉末法、活性金屬法、真空氣相沉積和濺射法等。 School of Materials Science and Engineering / WHUT一、被銀法一、被銀法 被銀法又名燒滲銀法。這種方法是在陶瓷的表面燒滲

35、一層金屬被銀法又名燒滲銀法。這種方法是在陶瓷的表面燒滲一層金屬銀，作為電容器，濾波器的電極或集成電路基片的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)銀，作為電容器，濾波器的電極或集成電路基片的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò) （1）瓷件的預(yù)處理：瓷件金屬化之前必須預(yù)先進(jìn)行凈化處理。）瓷件的預(yù)處理：瓷件金屬化之前必須預(yù)先進(jìn)行凈化處理。清洗的方法很多，通?？捎们逑吹姆椒ê芏?，通?？捎?080的熱肥皂水浸洗，再用清水的熱肥皂水浸洗，再用清水沖洗沖洗 。（2）銀漿的配置：銀漿的配方主要是由含銀的原料，熔劑及粘）銀漿的配置：銀漿的配方主要是由含銀的原料，熔劑及粘合劑組成。合劑組成。 （3）銀電極漿料的制備：將制備好的含銀原料，熔劑和粘合劑）銀電極漿料的制備：將

36、制備好的含銀原料，熔劑和粘合劑按一定配比進(jìn)行配料后，在剛玉或瑪瑙磨罐中球磨按一定配比進(jìn)行配料后，在剛玉或瑪瑙磨罐中球磨4090h，使，使粉體粒度粉體粒度5m并混合均勻。并混合均勻。 （4）涂敷工藝：有手工，機(jī)械，浸涂，噴涂或絲網(wǎng)印刷等）涂敷工藝：有手工，機(jī)械，浸涂，噴涂或絲網(wǎng)印刷等 （5）燒銀：燒銀的目的是在高溫作用下使瓷件表面上形成連）燒銀：燒銀的目的是在高溫作用下使瓷件表面上形成連續(xù)、致密、附著牢固、導(dǎo)電性良好的銀層續(xù)、致密、附著牢固、導(dǎo)電性良好的銀層 School of Materials Science and Engineering / WHUT二、化學(xué)鍍鎳法二、化學(xué)鍍鎳法 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)

37、點(diǎn)： （1）鍍層厚度均勻，能使瓷件表面形成厚度基本一致的鍍）鍍層厚度均勻，能使瓷件表面形成厚度基本一致的鍍層。層。 （2）沉積層具有獨(dú)特的化學(xué)、物理和機(jī)械性能，如抗腐蝕、）沉積層具有獨(dú)特的化學(xué)、物理和機(jī)械性能，如抗腐蝕、表面光潔、硬度高、耐磨良好等。表面光潔、硬度高、耐磨良好等。 （3）投資少，簡(jiǎn)便易行，化學(xué)鍍不需要電源，施鍍時(shí)只需）投資少，簡(jiǎn)便易行，化學(xué)鍍不需要電源，施鍍時(shí)只需直接把鍍件浸入鍍液即可。直接把鍍件浸入鍍液即可。化學(xué)鍍的工藝流程為：化學(xué)鍍的工藝流程為：陶瓷片陶瓷片水洗水洗除油除油水洗水洗粗化粗化水洗水洗敏化敏化水洗水洗活活化化水洗水洗化學(xué)鍍化學(xué)鍍水洗水洗熱處理。熱處理。 Scho

38、ol of Materials Science and Engineering / WHUT三、真空濺射鍍膜三、真空濺射鍍膜 它是在功能陶瓷表面形成導(dǎo)電層的方法，如鍍鋁，金等，具有鍍膜質(zhì)量較它是在功能陶瓷表面形成導(dǎo)電層的方法，如鍍鋁，金等，具有鍍膜質(zhì)量較高，簡(jiǎn)便實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。該方法配合光刻技術(shù)可以形成復(fù)雜的電極圖案，也可形高，簡(jiǎn)便實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。該方法配合光刻技術(shù)可以形成復(fù)雜的電極圖案，也可形成合金和難熔金屬的導(dǎo)電層以及各種氧化物，鈦酸鋇等化合物薄膜。成合金和難熔金屬的導(dǎo)電層以及各種氧化物，鈦酸鋇等化合物薄膜。鍍件加熱電源真空室鍍件支架鍍件（三用閥）蒸發(fā)制膜材料（錫青銅）加熱電源排氣口真空密封擋板蒸

39、汽流蒸發(fā)器 真空蒸發(fā)鍍膜示意圖真空蒸發(fā)鍍膜示意圖 School of Materials Science and Engineering / WHUT第五節(jié)第五節(jié) 陶瓷金屬封接技術(shù)陶瓷金屬封接技術(shù) 作為陶瓷金屬的連接，不管采用哪種類型的封接工藝，都必須作為陶瓷金屬的連接，不管采用哪種類型的封接工藝，都必須滿足下列性能要求：滿足下列性能要求： （1）電氣特性優(yōu)良，包括耐高電壓，抗飛弧，具有足夠的絕緣，）電氣特性優(yōu)良，包括耐高電壓，抗飛弧，具有足夠的絕緣，介電能力等；介電能力等； （2）化學(xué)穩(wěn)定性高，能抗耐適當(dāng)?shù)乃?、堿清洗，不分解，不腐蝕。）化學(xué)穩(wěn)定性高，能抗耐適當(dāng)?shù)乃帷A清洗，不分解，不腐蝕。

40、（3）熱穩(wěn)定性好，能夠承受高溫和熱沖擊作用，具有合適的線膨）熱穩(wěn)定性好，能夠承受高溫和熱沖擊作用，具有合適的線膨脹系數(shù)；脹系數(shù)； （4）可靠性高，包括足夠的氣密性，防潮性和抗風(fēng)化作用等；）可靠性高，包括足夠的氣密性，防潮性和抗風(fēng)化作用等； School of Materials Science and Engineering / WHUT5.5.1 玻璃焊料封接（玻璃焊料封接（glass welding） 玻璃焊料封接又稱為氧化物焊料法，即利用附著在陶瓷表面的玻璃相（或玻璃玻璃焊料封接又稱為氧化物焊料法，即利用附著在陶瓷表面的玻璃相（或玻璃釉）作為封接材料。釉）作為封接材料。 玻璃焊料適合于陶

41、瓷和各種金屬合金的封接（包括陶瓷與陶瓷的封接），特別玻璃焊料適合于陶瓷和各種金屬合金的封接（包括陶瓷與陶瓷的封接），特別是強(qiáng)度和氣密性要求較高的功能陶瓷。是強(qiáng)度和氣密性要求較高的功能陶瓷。一、玻璃焊料金屬封接條件一、玻璃焊料金屬封接條件（1）兩者的膨脹系數(shù)接近）兩者的膨脹系數(shù)接近（2）玻璃能潤(rùn)濕金屬表面）玻璃能潤(rùn)濕金屬表面二、封接前金屬的處理二、封接前金屬的處理（1）金屬的清潔處理：）金屬的清潔處理：機(jī)械凈化；機(jī)械凈化；去油去油 ；化學(xué)清洗化學(xué)清洗 ；電化學(xué)清洗電化學(xué)清洗 ；烘干烘干 （2）金屬的預(yù)氧化：即將金屬置于氫氣或真空）金屬的預(yù)氧化：即將金屬置于氫氣或真空中進(jìn)行高溫加熱使金屬表面能形成

42、一層氧化物中進(jìn)行高溫加熱使金屬表面能形成一層氧化物而達(dá)到潤(rùn)濕的效果。而達(dá)到潤(rùn)濕的效果。 三、玻璃焊料金屬封接的工藝參數(shù)三、玻璃焊料金屬封接的工藝參數(shù)（1）溫度）溫度（2）時(shí)間）時(shí)間（3）氣氛）氣氛 School of Materials Science and Engineering / WHUT5.5.2 燒結(jié)金屬粉末法封接燒結(jié)金屬粉末法封接 用這種方法將陶瓷和金屬件焊接到一起時(shí)，其主要工藝分為兩用這種方法將陶瓷和金屬件焊接到一起時(shí)，其主要工藝分為兩個(gè)步驟：陶瓷表面金屬化和加熱焊料使陶瓷與金屬焊封。其中，最個(gè)步驟：陶瓷表面金屬化和加熱焊料使陶瓷與金屬焊封。其中，最關(guān)鍵的工藝是陶瓷表面的金屬化

43、關(guān)鍵的工藝是陶瓷表面的金屬化 工藝流程簡(jiǎn)述如下工藝流程簡(jiǎn)述如下 ：（1）漿料制備）漿料制備 ：其中主要成分為金屬氧化物或金屬粉末，還含有一些：其中主要成分為金屬氧化物或金屬粉末，還含有一些無(wú)機(jī)粘合劑，有機(jī)粘合劑。再加上適量的液體，就可置入球磨機(jī)中濕磨無(wú)機(jī)粘合劑，有機(jī)粘合劑。再加上適量的液體，就可置入球磨機(jī)中濕磨1260小時(shí)，直到平均粒徑到小時(shí)，直到平均粒徑到13m為止。為止。（2）刷漿）刷漿 ：將上述制得的金屬漿料，以一定方式涂刷于需要金屬化的：將上述制得的金屬漿料，以一定方式涂刷于需要金屬化的陶瓷表面上，這層金屬漿料的厚度，以干后達(dá)到陶瓷表面上，這層金屬漿料的厚度，以干后達(dá)到1226m為宜。

44、為宜。（3）燒滲：在高溫及還原性氣氛的作用下，一部分金屬氧化物將被還原）燒滲：在高溫及還原性氣氛的作用下，一部分金屬氧化物將被還原成金屬，另一部分則可能熔融并添加到陶瓷的玻璃相中，或與陶瓷中之成金屬，另一部分則可能熔融并添加到陶瓷的玻璃相中，或與陶瓷中之某些晶態(tài)物質(zhì)，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)而生成一種新的化合物，形成一種粘稠的某些晶態(tài)物質(zhì)，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)而生成一種新的化合物，形成一種粘稠的過(guò)渡層，并將陶瓷表面完全潤(rùn)濕。而在冷卻過(guò)程中這粘稠的過(guò)渡層，則過(guò)渡層，并將陶瓷表面完全潤(rùn)濕。而在冷卻過(guò)程中這粘稠的過(guò)渡層，則凝固為玻璃相，填充于陶瓷表面與金屬粉粒之間。凝固為玻璃相，填充于陶瓷表面與金屬粉粒之間。 （4）將

45、陶瓷金屬化表面與金屬進(jìn)行焊接）將陶瓷金屬化表面與金屬進(jìn)行焊接 School of Materials Science and Engineering / WHUT5.5.3 活性金屬封接法活性金屬封接法 在直接焊封之前，陶瓷表面不需要先進(jìn)行金屬化，而采用一在直接焊封之前，陶瓷表面不需要先進(jìn)行金屬化，而采用一種特殊的焊料金屬，直接置于需要焊接的金屬和陶瓷之間，利用陶種特殊的焊料金屬，直接置于需要焊接的金屬和陶瓷之間，利用陶瓷金屬母材之間的焊料在高溫下熔化，其中的活性組員與陶瓷發(fā)瓷金屬母材之間的焊料在高溫下熔化，其中的活性組員與陶瓷發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的反應(yīng)梯度層，從而使兩種材料結(jié)合在一起。這生反應(yīng)

46、，形成穩(wěn)定的反應(yīng)梯度層，從而使兩種材料結(jié)合在一起。這種金屬焊料可以直接制成薄層墊片狀，或采用膠態(tài)懸濁漿涂刷。種金屬焊料可以直接制成薄層墊片狀，或采用膠態(tài)懸濁漿涂刷。 必須嚴(yán)格控制焊封的溫度和時(shí)間，以防止焊料對(duì)瓷件的過(guò)分必須嚴(yán)格控制焊封的溫度和時(shí)間，以防止焊料對(duì)瓷件的過(guò)分侵蝕，才能保證必要的焊封質(zhì)量；活化金屬焊接工藝，必須在高度侵蝕，才能保證必要的焊封質(zhì)量；活化金屬焊接工藝，必須在高度真空下進(jìn)行，通常真空度必須高于真空下進(jìn)行，通常真空度必須高于10-4Pa。對(duì)于大型工件來(lái)說(shuō)，是。對(duì)于大型工件來(lái)說(shuō)，是非常麻煩且難以實(shí)現(xiàn)的。因此，這種工藝至今未得到廣泛的應(yīng)用。非常麻煩且難以實(shí)現(xiàn)的。因此，這種工藝至今

47、未得到廣泛的應(yīng)用。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： School of Materials Science and Engineering / WHUT5.5.4 封接的結(jié)構(gòu)形式（封接的結(jié)構(gòu)形式（configuration） 應(yīng)用于電子元件、器件中的陶瓷金屬的封接，雖然種類繁多，形式應(yīng)用于電子元件、器件中的陶瓷金屬的封接，雖然種類繁多，形式不一，但就基本結(jié)構(gòu)而言，不外乎對(duì)封、壓封、穿封三種，如圖不一，但就基本結(jié)構(gòu)而言，不外乎對(duì)封、壓封、穿封三種，如圖6.16所所示。如果元件本身結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，則可以使用其中之一種，如小型密封示。如果元件本身結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，則可以使用其中之一種，如小型密封電阻，電容，電路基片等。如元

48、器件本身比較復(fù)雜，則可能有其中的電阻，電容，電路基片等。如元器件本身比較復(fù)雜，則可能有其中的23種形式組合而成，如穿心式電容器，陶瓷絕緣子，真空電容器等。種形式組合而成，如穿心式電容器，陶瓷絕緣子，真空電容器等。(1)(2)(3)(4)(5)(6)(1)端頭對(duì)封;(2)夾層對(duì)封;(3)平壓封;(4)斜壓封;(5)實(shí)心穿封;(6)墊壓穿封 (黑色表示金屬部分,斜線表示陶瓷)一、對(duì)封：對(duì)封是通過(guò)焊封將金一、對(duì)封：對(duì)封是通過(guò)焊封將金屬直接平焊于金屬化后的陶瓷端屬直接平焊于金屬化后的陶瓷端面上。如右圖（面上。如右圖（1）、（）、（2）所示）所示 二、壓封：即金屬件在外，瓷件二、壓封：即金屬件在外，瓷件

49、在內(nèi)。如右圖（在內(nèi)。如右圖（3）、（）、（4）所示）所示 三、穿封：當(dāng)穿過(guò)瓷件的金屬件的三、穿封：當(dāng)穿過(guò)瓷件的金屬件的直徑較細(xì)，可以直接采用如右圖（直徑較細(xì)，可以直接采用如右圖（5）所示的實(shí)心穿封；金屬件較粗應(yīng)改所示的實(shí)心穿封；金屬件較粗應(yīng)改用如右圖（用如右圖（6）所示壓穿封）所示壓穿封 陶瓷金屬封接的主要結(jié)構(gòu)形式陶瓷金屬封接的主要結(jié)構(gòu)形式 School of Materials Science and Engineering / WHUT第六節(jié)第六節(jié) 陶瓷表面改性新技術(shù)陶瓷表面改性新技術(shù)一、熱噴涂法（一、熱噴涂法（thermal spraying）：利用氧乙炔（丙烷）火焰、電弧或）：利用氧乙

50、炔（丙烷）火焰、電弧或等離子等高溫?zé)嵩磳⒂扛驳母鞣N涂層材料熔化或軟化，并用高速射流等離子等高溫?zé)嵩磳⒂扛驳母鞣N涂層材料熔化或軟化，并用高速射流使之霧化成微細(xì)顆粒液滴或高溫顆粒，噴射到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基體表面工使之霧化成微細(xì)顆粒液滴或高溫顆粒，噴射到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基體表面工件表面，從而與基體形成一層牢固的涂層的技術(shù)，達(dá)到高度耐磨、減摩、件表面，從而與基體形成一層牢固的涂層的技術(shù)，達(dá)到高度耐磨、減摩、耐蝕、耐高溫以及修補(bǔ)恢復(fù)尺寸等目的耐蝕、耐高溫以及修補(bǔ)恢復(fù)尺寸等目的 二、冷噴涂法：利用高壓氣體攜帶粉末顆粒從軸向進(jìn)入噴槍產(chǎn)生超音速流，二、冷噴涂法：利用高壓氣體攜帶粉末顆粒從軸向進(jìn)入噴槍產(chǎn)生超音速流，

51、粉末顆粒經(jīng)噴槍加速后在完全固態(tài)下撞擊基體，通過(guò)產(chǎn)生較大的塑性變形粉末顆粒經(jīng)噴槍加速后在完全固態(tài)下撞擊基體，通過(guò)產(chǎn)生較大的塑性變形而沉積于基體表面形成涂層而沉積于基體表面形成涂層 三、溶膠凝膠法（三、溶膠凝膠法（sol-gel）：用易水解的金屬醇鹽或無(wú)機(jī)鹽，在某種溶）：用易水解的金屬醇鹽或無(wú)機(jī)鹽，在某種溶劑中發(fā)生水解反應(yīng)，經(jīng)水解縮聚形成均勻的溶膠，將溶膠涂覆在金屬的表劑中發(fā)生水解反應(yīng)，經(jīng)水解縮聚形成均勻的溶膠，將溶膠涂覆在金屬的表面，再經(jīng)干燥、熱處理（焙燒）后形成涂層面，再經(jīng)干燥、熱處理（焙燒）后形成涂層 5.6.1 陶瓷材料傳統(tǒng)的表面改性技術(shù)陶瓷材料傳統(tǒng)的表面改性技術(shù) School of Ma

52、terials Science and Engineering / WHUT四、物理化學(xué)氣相沉積法（四、物理化學(xué)氣相沉積法（physical chemical vapor deposition）： 氣相沉積是指以材料的氣態(tài)（或蒸汽）或氣態(tài)物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物氣相沉積是指以材料的氣態(tài)（或蒸汽）或氣態(tài)物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物在工件表面形成涂層的技術(shù)，前者稱為物理氣相沉積（在工件表面形成涂層的技術(shù)，前者稱為物理氣相沉積（PVD），后者稱），后者稱為化學(xué)氣相沉積（為化學(xué)氣相沉積（CVD） 。 物理氣相沉積有濺射法、離子鍍法、真空蒸鍍法等。對(duì)于陶瓷基體物理氣相沉積有濺射法、離子鍍法、真空蒸鍍法等。對(duì)于陶瓷基體來(lái)

53、說(shuō)，用的較多的是濺射法。濺射法是通過(guò)待鍍材料源和基板一起放入來(lái)說(shuō)，用的較多的是濺射法。濺射法是通過(guò)待鍍材料源和基板一起放入真空室內(nèi)，然后利用正離子轟擊作為陰極的靶，以動(dòng)量傳遞的方法使靶真空室內(nèi)，然后利用正離子轟擊作為陰極的靶，以動(dòng)量傳遞的方法使靶材中的原子、分子溢出并在基板表面上凝聚成膜材中的原子、分子溢出并在基板表面上凝聚成膜 。 化學(xué)氣相沉積是指在相當(dāng)高的溫度下，混合氣體與基體的表面相互化學(xué)氣相沉積是指在相當(dāng)高的溫度下，混合氣體與基體的表面相互作用，使混合氣體中的某些成分分解，并在基體表面形成一種金屬或化作用，使混合氣體中的某些成分分解，并在基體表面形成一種金屬或化合物的固態(tài)薄膜或鍍層。合

54、物的固態(tài)薄膜或鍍層。 五、熔鹽反應(yīng)法（五、熔鹽反應(yīng)法（molten salt reactionmolten salt reaction）：其原理是利用過(guò)渡金）：其原理是利用過(guò)渡金屬在熔鹽里歧化反應(yīng)，在陶瓷表面沉積金屬薄膜和涂層，從而改善屬在熔鹽里歧化反應(yīng)，在陶瓷表面沉積金屬薄膜和涂層，從而改善陶瓷表面的潤(rùn)濕性能陶瓷表面的潤(rùn)濕性能 School of Materials Science and Engineering / WHUT5.6.2 陶瓷表面改性新技術(shù)陶瓷表面改性新技術(shù)一、離子注入技術(shù)（一、離子注入技術(shù)（ion implanting）：）： 它是將所需的元素（氣體或金屬蒸汽）通入電離室電

55、離后形成正離子，它是將所需的元素（氣體或金屬蒸汽）通入電離室電離后形成正離子，將正離子從電離室引出進(jìn)入幾十至幾百千伏的高壓電場(chǎng)中加速后注入材料將正離子從電離室引出進(jìn)入幾十至幾百千伏的高壓電場(chǎng)中加速后注入材料表面，在零點(diǎn)幾微米的表層中增加注入元素的濃度，同時(shí)產(chǎn)生輻照損傷，表面，在零點(diǎn)幾微米的表層中增加注入元素的濃度，同時(shí)產(chǎn)生輻照損傷，從而改變材料的結(jié)構(gòu)和各種性能。從而改變材料的結(jié)構(gòu)和各種性能。 （1）離子注入技術(shù)原理及裝置）離子注入技術(shù)原理及裝置 離子注入是指從離子源中引出離子，離子注入是指從離子源中引出離子，經(jīng)過(guò)加速電位加速，離子獲得一定的初速經(jīng)過(guò)加速電位加速，離子獲得一定的初速度爾后進(jìn)入磁分

56、析器，使離子純化，從磁度爾后進(jìn)入磁分析器，使離子純化，從磁分析器中引出所需要注入的純度極高的離分析器中引出所需要注入的純度極高的離子。加速管將選出的離子進(jìn)一步加速到所子。加速管將選出的離子進(jìn)一步加速到所需的能量，以控制注入的深度。聚焦掃描需的能量，以控制注入的深度。聚焦掃描系統(tǒng)將粒子束聚焦掃描，有控制地注入陶系統(tǒng)將粒子束聚焦掃描，有控制地注入陶瓷材料表面。離子注入裝置如右圖所示瓷材料表面。離子注入裝置如右圖所示離子注入機(jī)示意圖離子注入機(jī)示意圖 School of Materials Science and Engineering / WHUT離子注入技術(shù)的特點(diǎn)離子注入技術(shù)的特點(diǎn) ：離子注入是一

57、個(gè)非平衡過(guò)程，注入元素不受擴(kuò)散系數(shù)、固溶度和平衡相離子注入是一個(gè)非平衡過(guò)程，注入元素不受擴(kuò)散系數(shù)、固溶度和平衡相圖的限制，理論上可將任何元素注入到任何基體材料中去。圖的限制，理論上可將任何元素注入到任何基體材料中去。離子注入是原子的直接混合，注入層厚度為離子注入是原子的直接混合，注入層厚度為0.1m，但在摩擦條件下工作，但在摩擦條件下工作時(shí)，由于摩擦熱作用，注入原子不斷向內(nèi)遷移，其深度可達(dá)原始注入深度時(shí)，由于摩擦熱作用，注入原子不斷向內(nèi)遷移，其深度可達(dá)原始注入深度的的1001000倍，使用壽命延長(zhǎng)。倍，使用壽命延長(zhǎng)。 離子注入元素是分散停留在基體內(nèi)部，沒(méi)有界面，故改性層與基體之間離子注入元素是

58、分散停留在基體內(nèi)部，沒(méi)有界面，故改性層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度很高，附著性好；的結(jié)合強(qiáng)度很高，附著性好；離子注入是在高真空（離子注入是在高真空（10-410-5Pa）和較低的溫度下進(jìn)行的，因此工件）和較低的溫度下進(jìn)行的，因此工件不產(chǎn)生氧化脫碳現(xiàn)象，也沒(méi)有明顯的尺寸變化，故適宜工件的最后表面處不產(chǎn)生氧化脫碳現(xiàn)象，也沒(méi)有明顯的尺寸變化，故適宜工件的最后表面處理。理。 缺點(diǎn)：有時(shí)無(wú)法處理復(fù)雜的凹面和內(nèi)腔；注入層較?。浑x子注入機(jī)價(jià)格缺點(diǎn)：有時(shí)無(wú)法處理復(fù)雜的凹面和內(nèi)腔；注入層較薄；離子注入機(jī)價(jià)格昂貴，加工成本較高。昂貴，加工成本較高。 School of Materials Science and Engi

59、neering / WHUT金屬蒸汽真空弧離子源是利用陰、陽(yáng)極金屬蒸汽真空弧離子源是利用陰、陽(yáng)極間的真空電弧放電原理來(lái)建立等離子體的間的真空電弧放電原理來(lái)建立等離子體的右圖為右圖為MEVVA源的電源原理。源的電源原理。（2）金屬蒸汽真空離子源技術(shù)（）金屬蒸汽真空離子源技術(shù)（metal vapor vacuum arc）弧陽(yáng)極陰極磁鐵引出電極觸發(fā)器抑制柵極引出系統(tǒng)弧MEVVA源的電源原理特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）能給出的離子種類多）能給出的離子種類多（2）注入效率高）注入效率高（3）離子電荷態(tài)高，可大幅度地降低）離子電荷態(tài)高，可大幅度地降低注入機(jī)的制造成本注入機(jī)的制造成本（4）離子束純度高，進(jìn)一步降低注

60、入）離子束純度高，進(jìn)一步降低注入機(jī)的制造成本機(jī)的制造成本 （5）可實(shí)現(xiàn)多種元素的離子在相同條）可實(shí)現(xiàn)多種元素的離子在相同條件下的注入和摻雜，并省去重復(fù)抽真空件下的注入和摻雜，并省去重復(fù)抽真空的時(shí)間。的時(shí)間。 School of Materials Science and Engineering / WHUT（3 3）離子注入對(duì)陶瓷表面）離子注入對(duì)陶瓷表面材料表面力學(xué)性能的影響材料表面力學(xué)性能的影響離子注入對(duì)陶瓷表面材料斷裂韌性的影響：離子注入對(duì)陶瓷表面材料斷裂韌性的影響： 陶瓷材料的致命缺陷是脆性大，利用離子注入可以在一定程度上提高陶陶瓷材料的致命缺陷是脆性大，利用離子注入可以在一定程度上提高