Bij geavanceerde keramiek zijn de verschillende eigenschappen ervan niet alleen afhankelijk van de chemische samenstelling van het materiaal, maar ook van de microstructuur van het materiaal. Over het algemeen ligt de chemische samenstelling van een materiaal vast, terwijl de microstructuur ervan kan worden gewijzigd door middel van sinteren.
Definitie van Sinteren
Sinteren is het proces waarbij een gecomprimeerd poeder, wanneer het tot een bepaalde temperatuur (onder het smeltpunt van het materiaal) wordt verwarmd, begint te krimpen en verandert in een dicht, sterk gesinterd lichaam. Sinteren is een cruciale stap in de productie van geavanceerde keramiek, en de prestaties van de sinteroven hebben een beslissende invloed op de kwaliteit van het eindproduct.
Sinterproces van keramische groene lichamen
Groen lichaam:Het keramische groene lichaam bestaat uit deeltjes die puntcontact met elkaar maken.
Vroeg stadium van sinteren:Tijdens het sinteren op hoge- temperatuur vult het materiaal de halzen en poriën tussen de deeltjes, waardoor de halzen geleidelijk groter worden. Uitgebreide contactoppervlakken tussen deeltjes leiden tot voortdurende krimp en verkleining van de poriën in het gesinterde product, waardoor de verdichting toeneemt. Kleine geïsoleerde poriën blijven op korrelverbindingen achter en de werkelijke dichtheid van het gesinterde lichaam bereikt meer dan 90% van de theoretische dichtheid.
Laat stadium van sinteren:Materiaal op de korrelgrenzen diffundeert voortdurend in de poriën, waardoor de dichtheid van het keramische materiaal verder toeneemt. Een uniforme korrelgroei zorgt ervoor dat de poriën samen met de korrelgrenzen migreren totdat een zeer dicht keramisch materiaal wordt verkregen. Tijdens de korrelgroei in de late sinterfase kan de migratiesnelheid van de korrelgrens de poriemigratiesnelheid overschrijden, waardoor poriën zich losmaken van de korrelgrenzen en vervolgens vast komen te zitten in de korrels.
Opgemerkt moet worden dat tijdens het sinteren van geavanceerde keramiek de poriën in het groene lichaam geleidelijk afnemen en additieve componenten verdwijnen. Naarmate het sinteren vordert, verbeteren de hechtsterkte tussen deeltjes en de algehele mechanische sterkte van het geavanceerde keramische materiaal.
Classificatie van keramische sinterovens
Om keramische materialen met uitstekende eigenschappen te verkrijgen, is het noodzakelijk om het juiste type sinteroven en parameters te selecteren, en om de oven op de juiste manier te bedienen en te onderhouden.
(1) Classificatie op basis van drukomstandigheden (meest gebruikelijk)
(Opmerking: de originele tekst vermeldt een tabel onder dit punt, maar de inhoud van de tabel wordt niet vermeld. Alleen de kop is hier vertaald.)
(2) Classificatie volgens verwarmingsmethode
① Weerstand-verwarmde oven:Meest gebruikt; verwarmingselementen zijn onder meer MoSi₂, SiC, grafiet, enz.; temperaturen kunnen 1800–2200 graden bereiken.
② Inductie-verwarmde oven:Maakt gebruik van elektromagnetische inductieverwarming; snelle verwarming, hoog rendement; geschikt voor geleidende materialen of keramiek met een geleidende fase.
③ Magnetron sinteroven:Maakt gebruik van het volumetrische verwarmingseffect van microgolven, waarbij warmte vanuit de materiaalmoleculen wordt gegenereerd om een snelle, uniforme verwarming te bereiken. Afhankelijk van de vorm van de microgolftoepassing omvat deze categorie het sinteren met microgolfverwarming, het sinteren met microgolfplasma, etc.
④ Vonkplasma-sinteroven (SPS):Maakt gebruik van gepulseerde hoge- stroom die door poederdeeltjes gaat om ontladingsplasma te genereren, waardoor ultra-snel sinteren bij lage- temperaturen wordt bereikt onder een onmiddellijk hoge- temperatuur en hoge- drukveld. Op grote schaal gebruikt in materiaalonderzoek en de productie van nieuwe legeringen, composietmaterialen en functioneel gesorteerde materialen.
(3) Indeling naar productiemethode
① Batchovens (moffelovens, doosovens, klokovens):Geschikt voor productie van kleine- batches, meerdere- variëteiten; hoge flexibiliteit.
② Continuovens (walsovens, duwovens, tunnelovens):Geschikt voor grootschalige industriële productie-; hoge efficiëntie en goede consistentie.
③ Ovens voor speciale- doeleinden (LTCC speciale ovens, tandheelkundige keramische ovens, keramische ovens voor 3D-printen):LTCC-ovens zijn ontworpen voor specifieke processen en vereisen bijvoorbeeld een nauwkeurige regeling van het ontbindings- en meestookproces.