当对固态素坯进行高温加热时,素坯中的颗粒发生物质迁移,达到某一温度后坯体发生收缩,出现晶粒长大,伴随气孔排除,最终在低于熔点的温度下(一般在熔点的0.5~0.7倍)素坯变成致密的多晶陶瓷材料,这种过程称为烧结。
热压烧结(hot-pressing,HP)是一种机械加压的烧结方法,此法是先把陶瓷粉末装在模腔内,在加压的同时将粉末加热到烧成温度,由于从外部施加压力而补充了驱动了,因此可在较短时间内达到致密化,并且获得具有细小均匀晶粒的显微结构。对于共价键难烧结的高温陶瓷材料(如Si3N4、B4C、SiC、TiB2、ZrB2),热压烧结是一种有效的致密化技术。
条件:
(1)适当的压力和升温制度;
(2)对于某些难烧结的陶瓷材料,也需要加入烧结助剂;
(3)粉末的粒径和均匀性也对热压致密化速率有显著影响,要求粉末粒度应为亚微米级(<1μm),且粒径分布窄,并且无硬团聚。
优点:
(1)可获得更好的材料力学性能;
(2)可减少烧结时间或降低烧结温度;
(3)可减少共价键陶瓷烧结助剂的用量,从而提高材料的高温力学性能。
缺点:
(1)只能用于制备形式简单和比较扁平的制品;
(2)一次烧结的制品数量有限;
(3)成本较高。
因此热压烧结常用于生产单个或多个形状简单的产品,如圆片状、柱状或者棱柱状的棒。
典型应用:
(1)陶瓷刀头的烧结;
(2)强共价键陶瓷的烧结;
(3)晶须或纤维增强的复合陶瓷;
(4)透明陶瓷的烧结。