一、烧结的定义

    一种或多种固体（金属、氧化物、氮化物、粘土等）粉末经过成型，当加热到一定温度后便开始收缩，在低于熔点温度下即变成致密的、坚硬的烧结体，这种过程称为“烧结”。

烧结现象示意图

二、烧结方法

1、常压烧结

此法为常用烧结方法，无需特殊的气氛，在常压下烧成，适用于无特殊要求的新型陶瓷制品的生产。为了降低烧结温度，缩短烧成时间，需引入添加剂和使用易于烧结的粉料。

工艺特点：

工艺简单，成本低，但容易残留气孔，强度较差。

2、热压烧结

热压烧结是对较难烧结的粉料或生坯在模具内施加压力，同时升温烧结的工艺。

热压烧结的加热方式有电阻直接加热、电阻间接加热、感应间接加热、感应直接加热四种。

热压烧结用的模具材料有石墨、氧化铝和碳化硅等。石墨可承受70MPa压力，1500~2000℃的温度；氧化铝模可承受200MPa压力。

工艺特点：

可降低成型压力、烧结温度，无需加烧结促进剂，能改善制品的性能。但过程及设备复杂，生产控制较严，模具材料要求高，能耗大。

3、反应热压烧结

高温下粉料可能发生某种化学反应过程，利用这一化学反应进行的热压烧结工艺称为反应热压烧结。在烧结传质过程中，除利用表面自由能下降和机械作用力推动外，再加上一种化学反应能作为推动力或激化能，以降低烧结温度，而得到致密陶瓷。反应热压烧结有下列几种类型：

（1）相变热压烧结

氧化锆在相变温度和0.3MPa压力下进行热压烧结可以在比正常烧结温度低的情况下，几十分钟内烧结出高稳定、高强度、高透明度的细晶陶瓷。其相变温度在800~1200℃之间缓慢进行。

（2）分解热压烧结

利用与某一氧化物陶瓷相对应的氢氧化物或水合物作为原料，它们在高温过程中发生脱水或释气分解时，出现活性极高的介稳假晶结构。此时施加合适的机械力进行热压烧结，则可在较低温度、压力和短时间内获得高密度、高强度的优质陶瓷。如用镁或铝的氢氧化物（或其硫酸盐）来烧制氧化镁、氧化铝瓷，只需加0.3~1MPa压力，温度在900~1200℃，加压0.5h可获得相对密度为99%以上的制品。

（3）分解合成热压烧结

分解合成热压烧结是利用分解反应期的高度活性，在压力作用下与异类物质产生合成反应，然后再在压力作用下烧结成致密陶瓷。为使合成反应能进行得比较均匀和彻底，热压时间可以稍长些，但其烧成温度通常都比分解反应的热压烧结温度低。

4、热等静压烧结

热等静压烧结工艺是将粉末压坯或装入包套的粉料放入高压容器中，在高温和均衡压力的作用下，将其烧结为致密体。

热等静压烧结需要一个能够承受足够压力的烧结室——高压釜。小型热等静压装置中，加热体可置于釜外，大型的则置于高压釜之内，通常以钼丝为发热体，以氮、氩、氦等惰性气体为传压介质。烧结温度可高达2700℃之多，高压釜本身可采用循环水冷却，以保持足够的强度和防止高温腐蚀。

    热等静压烧结可制造高质量的工件，其晶粒细匀、晶界致密、各向同性、气孔率接近零，密度接近理论密度。该法已用于介电、铁电材料，氮化硅、碳化硅及复合材料致密件等的生产。

工艺特点：

能制造结构均匀的高强度陶瓷制品；但需要产生高温高压气体的装置和复杂的模具，模具材料有纯铁、软钢、不锈钢、镍、钛、钼、铂等。

5、无包套热等静压烧结

无包套热等静压烧结是80年代的新技术。该项技术是将粉料成型和预烧封孔后，通入压力为1~10MPa的气体进行烧结，以获得无孔致密烧结的氧化物、氮化硅等新型陶瓷制品。

工艺特点：

与普通热等静压烧结相比，无需投资大的热等静压机，并取消了包套和剥套工序，降低了热等静压成本；生产效率较高，可生产异形制品，无需后加工；无包套热等静压烧结法可生产无孔致密材料，大大提高了制品的质量。

6、气氛烧结

对于空气中很难烧结的制品（如透光体或非氧化物），为防止其氧化，可在炉膛内通入一定量的某种气体，在这种特定气氛下进行烧结称为“气氛烧结”。此方法适用于：

（1）制备透光性陶瓷

以高压钠灯用氧化铝透光灯管为例，为使烧结体具有优异的透光性，必须使烧结体中的气体率尽量降低，只有在真空或氢气中烧结，气孔内的气体才能很快地进行扩散而消除。其它如MgO、Y2O3、BeO、ZrO2等透光陶瓷也都应采用气氛烧结法。

（2）防止非氧化物陶瓷的氧化

氮化硅、碳化硅等非氧化物陶瓷也必须在氮及惰性气体中进行烧结。对于在常压下高温易于气化的材料，可使其在稍高压力下烧结。

（3）对易挥发成分进行气氛控制

在陶瓷的基本成分中，如含有某种挥发性高的物质时，在烧结过程中，它将不断向大气扩散，从而使基质中失去准确的化学计量比。因此，为了保持必要的成分比，除在配方中适当加重易挥发成分外，还应注意烧成时的气氛保护。

工艺特点：

可使烧结体具有优异的透光性，但影响因素多，工艺要求高。

7、反应烧结

反映烧结法是通过多孔坯体同气相或液相发生化学反应，使坯体质量增加、孔隙减小，并烧结成具有一定强度和尺寸精度的成品的一种烧结工艺。

影响反应过程的因素有坯件原始密度、硅粉粒度和坯件厚度等。对于粗颗粒硅粉，氮气的扩散通道少，扩散入硅颗粒中心部位需要的时间长，因此，反应增重少，反应的厚度薄。坯件原始密度大也不利于反应。

工艺特点：

能制造形状复杂、尺寸的产品，烧结后产品尺寸不变，有气孔残留，制品强度低。

8、化学气相沉积法

化学气相沉积法简称CVD法，其方法是将准备在其表面沉积一层瓷质的物质置于真空室中，加热至一定温度，然后将欲被覆瓷料的气态化合物通过加热载体的表面。在某一特定的温度下，气体与加热基体的表面接触后，气相发生分解反应，并将瓷料沉积于基体表面。随着分解产物的不断沉积，晶粒不断长大，直至形成致密多晶的结构。

工艺特点：

能获得高纯度制品，但易残留气孔，不能制造大型或厚壁产品。