В эпоху новых материалов, в области керамики и неорганических материалов, передовая керамика является одной из наиболее важных столбовых отраслей промышленности в настоящее время. По сравнению с металлами и полимерными материалами передовые керамические материалы обладают непревзойденными структурными свойствами, такими как высокая твердость, высокий модуль, высокая термостойкость и коррозионная стойкость, а также превосходными функциональными свойствами, такими как электрическая изоляция, светопропускание и передача волн. Поэтому они все чаще применяются в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, информационные технологии, национальная оборона и военная промышленность, биомедицина и новая энергия. В основном поддерживают годовой темп роста от 7% до 10%.

Продвинутая керамика обладает такими выдающимися свойствами, потому что, по сравнению с традиционной керамикой, в ней используется сырье более высокой чистоты и более мелкого размера частиц, а также более сложные процессы подготовки. С постоянным расширением областей применения требования к производительности передовой керамики также постоянно растут. По этой причине исследователи постоянно разрабатывают новые технологии, основанные на традиционных процессах подготовки, специально предназначенные для повышения производительности специальной керамики, чтобы способствовать их дальнейшему развитию. Среди этих новых технологий технологии формования и спекания добились значительных улучшений и скачков благодаря внедрению вакуумной технологии.

01 Применение вакуумной технологии в формовании керамики

Хорошая технология формования является ключом к получению высококачественных керамических изделий. Основные методы формирования зеленого тела делятся на три категории: сухое формование, пластическое формование и мокрое формование. Среди них мокрое формование в настоящее время является широко используемым методом формования, подходящим для приготовления керамических изделий сложной формы и однородных композиций. Процесс подготовки включает в себя преобразование порошка в суспензию с определенной текучестью, затем заполнение ее в форму и после сушки формование. Он включает в себя формование затирки, формование литья, центробежное формование, формование гелем и т. д.

Качество суспензии является ключом к определению процесса формования. Требуется, чтобы суспензия имела хорошую текучесть и стабильность, а также необходимо снизить содержание пузырьков в суспензии. Поскольку вода часто используется в качестве растворителя при подготовке суспензии, а поверхностное натяжение водных растворителей велико, их смачиваемость порошковыми материалами низкая. Поэтому в процессе конфигурации суспензии может возникать большое количество пузырьков, что серьезно влияет на качество сформированного зеленого тела. По этой причине исследователи внедрили вакуумную технологию при подготовке.

02 Применение вакуумной технологии в керамическом спекании

Влияние атмосферы во время процесса спекания сложное и значительное. Атмосферы спекания обычно делятся на три типа: окислительные, восстановительные и нейтральные. Вообще говоря, восстановительная атмосфера способствует отрыву анионов от поверхности кристалла, увеличивает коэффициент диффузии и способствует спеканию. Окислительная атмосфера способствует диффузии катионов. Поскольку спекание оксидов в основном контролируется диффузией O2, более подходящей является восстановительная атмосфера (особенно вакуум). Вакуум также способствует вытеснению внутренних газов из зеленого тела, ускоряя уплотнение. Таким образом, нагревание в вакуумной атмосфере может привести к получению плотной керамики.

1. Вакуум Синтересно

Влияние атмосферы во время процесса спекания сложное и значительное. Атмосферы спекания обычно делятся на три типа: окислительные, восстановительные и нейтральные. Вообще говоря, восстановительная атмосфера способствует отрыву анионов от поверхности кристалла, увеличивает коэффициент диффузии и способствует спеканию. Окислительная атмосфера способствует диффузии катионов. Поскольку спекание оксидов в основном контролируется диффузией O2, более подходящей является восстановительная атмосфера (особенно вакуум). Вакуум также способствует вытеснению внутренних газов из зеленого тела, ускоряя уплотнение. Таким образом, нагревание в вакуумной атмосфере может привести к получению плотной керамики.

Появление технологии вакуумного спекания заложило техническую основу для разработки различной оптической функциональной керамики. В 1995 году Ikesue и др. смешали рафинированный Y2O3 с высокочистыми порошками Al2O3 и Nd2O3, добавили шаровые фрезерующие СПИД, диспергаторы и т. д. и равномерно смешали их путем шарового фрезерования. После изостатического прессования и вакуумного спекания при 170-1800 ℃ были получены высокопрозрачные YAG: Nd керамики с относительной плотностью 99,98%. Его средний размер зерна составляет 50 мкм, и он впервые достиг лазерной мощности.

2. Вакуумное спекание горячим прессованием

Горячее прессование спекание это процесс, при котором давление прикладывается к порошкам, которые трудно спекать в форме, в то время как температура для спекания повышается. Форма должна быть проводящей и иметь сильное сопротивление давлению. В настоящее время графит является наиболее широко выбранным материалом для форм. Графит склонен к окислению при высоких температурах, но именно в условиях герметичного вакуума срок службы графита может быть эффективно продлен. Между тем, условия вакуума также могут способствовать диффузии анионов. Поэтому вакуумное спекание стало важным методом спекания.

Оптическая функциональная керамика может быть подготовлена вакуумным горячим прессованием. Помощь внешнего давления может эффективно способствовать уплотнению, сократить время спекания и снизить потребление энергии. Кроме того, для другой керамики, которую трудно плотно спекать под нормальным давлением, технология вакуумного горячего прессования также добилась хороших характеристик, таких как широко используемая керамика ZnO и MgO.

3. Плазма зажигания Синтерв (СПС）

Технология плазменного спекания с разгрузкой - это усовершенствование технологии спекания горячим прессом, введение эффекта активации плазмы и повышение эффективности нагрева. В технологии SPS по-прежнему используются графитовые формы, аналогичные тем, которые используются при спекании горячим прессом, поэтому вакуумная атмосфера остается важным условием, влияющим на процесс спекания. Спекание в условиях вакуума может, с одной стороны, защитить сам материал от окисления, а с другой - предотвратить изменение сопротивления, вызванное окислением графита, таким образом

избегая влияния на передачу импульсного тока и процесс уплотнения.

Кроме обычной керамики, такой как Al2O3 и ZrO2, технология SPS также может быть применена для получения многих трудноагломерационных материалов, включая ultra-high-temperature керамику, такую как ZrB2, HfB2, ZrC и TiN, а также тугоплавкие металлы, такие как W, Re, Ta, Mo и их сплавы.