陶瓷在高温下会熔化,并且在张力作用下表现出脆性。因此,传统的熔炼、浇铸和热机械加工路线不适合加工多晶陶瓷。然而,无机玻璃由于形成共晶而利用较低的熔化温度。因此,大多数陶瓷产品都是从陶瓷粉末开始,通过粉末加工制成的。陶瓷的粉末加工与金属、粉末冶金非常接近。然而,在陶瓷成型中有一个比金属成型更突出的重要考虑因素:尺寸公差。由于最终密度和成型密度之间的差异很大,陶瓷加工中的成型后收缩率要高得多。然而,玻璃是通过将原材料加热到升高的温度来生产的,高于该温度就会发生熔化。大多数商业玻璃都是硅碱石灰品种,其中二氧化硅以普通石英砂的形式提供,苏打(Na2O)以苏打灰(Na2CO3)的形式提供,而石灰(CaO)以石灰石(CaCO3)的形式提供)。不同的成型方法——压制、吹制、拉伸和纤维成型——广泛用于制造玻璃制品。厚玻璃制品如盘子和盘子是通过压制生产的,而吹塑则用于生产罐子、瓶子和灯泡等物体。
陶瓷粉末加工包括通过研磨/研磨生产粉末,然后制造绿色产品,然后将其合并以获得最终产品。粉末是细颗粒的集合。粉末的合成包括通过粉碎、研磨、分离杂质、混合不同的粉末、干燥形成软团块来准备成型。然后使用不同的技术,例如压实、流延成型、泥浆浇铸、注塑成型和挤出,将加工过的粉末转化为所需的形状,从而形成所谓的生陶瓷。然后使用称为烧结或烧制的高温处理进一步固化生陶瓷。开采的原材料经过碾磨或研磨操作,在该操作中,颗粒尺寸减小到并从其余“脉石”材料中物理“释放”感兴趣的矿物质。湿磨在陶瓷材料上比在金属上更常见。干粉与分散剂(如水)的组合称为浆液。球磨和振动磨被用于进一步减小矿物的尺寸并混合不同的粉末。制备的陶瓷粉末使用多种技术成型,例如铸造、压实、挤出/水塑性成型、注射成型。球磨和振动磨被用于进一步减小矿物的尺寸并混合不同的粉末。制备的陶瓷粉末使用多种技术成型,例如铸造、压实、挤出/水塑性成型、注射成型。球磨和振动磨被用于进一步减小矿物的尺寸并混合不同的粉末。制备的陶瓷粉末使用多种技术成型,例如铸造、压实、挤出/水塑性成型、注射成型。胶带铸造,也称为刮刀工艺,用于生产薄陶瓷胶带。在该技术中,含有陶瓷颗粒、溶剂、增塑剂和粘合剂的浆料随后在刀片下方流动并流到塑料基材上。剪切稀化浆液在叶片下方扩散。然后使用干净的热空气干燥胶带。稍后,胶带会经受粘合剂烧尽和烧结操作。胶带厚度通常在0.1到2毫米之间。基于氧化铝基板和钛酸钡电容器的商业上重要的电子封装是使用这种技术制造的。刮刀工艺示意图如图所示。滑铸是另一种广泛使用的铸造技术。该技术使用陶瓷粉末的水性浆料,也称为泥浆。将泥浆倒入熟石膏(CaSO4:2H2O)模具中。当泥浆中的水开始通过毛细作用移出时,沿着模具壁会形成厚厚的物质。当形成足够的产品厚度时,将剩余的浆料倒出(排水浇铸)。也可以继续倒入更多的浆液以形成固体块(固体铸造)。挤出和注塑技术用于制造管材、砖块、瓷砖等产品。
挤压工艺的基础是陶瓷颗粒、粘合剂和其他添加剂的粘性混合物,将其送入挤压机,在挤压机中生产出连续形状的生陶瓷。产品被切割成所需的长度,然后干燥和烧结。陶瓷的注塑成型类似于聚合物的注塑成型。陶瓷粉末与增塑剂、热塑性聚合物和添加剂混合。然后使用挤出机将混合物注入模具中。然后将聚合物烧掉,其余的陶瓷形状在合适的高温下烧结。陶瓷注射成型适用于生产复杂的形状。大量生产相对简单形状的陶瓷产品的最流行技术是压实和烧结的组合。例如:电子陶瓷、磁性陶瓷、刀具等。压实工艺用于制造具有可观强度且可以处理和加工的生陶瓷。压实过程的时间从一分钟到几小时不等,具体取决于产品的复杂性和大小。基本上,压实过程包括向陶瓷粉末混合物的各个方向施加相等的压力以增加其密度。在某些情况下,压实涉及在室温下使用油/流体施加压力,称为冷等静压(CIP)。然后在加压或不加压下烧结生陶瓷。CIP用于实现更高的陶瓷密度或需要压实更复杂形状的地方。在某些情况下,部件可以在加压和高温下进行压实和烧结的条件下生产。这种技术被称为热等静压(HIP),用于在CIP下不显示良好结合特性的耐火材料和共价结合陶瓷。当要求几乎没有孔隙率时,也使用HIP。HIP的另一个特点是可以在没有明显晶粒生长的情况下实现高密度。
烧结是应用于生陶瓷以增加其强度的烧制过程。烧结在低于熔化温度下进行,因此在烧结过程中不存在液相。然而,为了进行烧结,温度通常必须保持在材料绝对熔点的二分之一以上。在烧结过程中,生坯陶瓷产品收缩并减少孔隙率。这导致其机械完整性的改进。这些变化涉及不同的传质机制,这些机制导致粉末颗粒聚结成更致密的物质。对于烧结,晶界和体原子扩散有助于致密化,表面扩散和蒸发冷凝会导致晶粒长大,但不会导致致密化。压制后,陶瓷颗粒相互接触。在烧结的初始阶段,相邻颗粒之间的接触区域会形成颈缩,因此颗粒之间的每个空隙都变成了一个孔。压块中的孔道尺寸增大,从而导致强度显着增加。随着烧结时间的增加,孔隙尺寸变小。烧结过程的驱动力是总颗粒表面积的减少,从而总表面能的减少。在烧结过程中,通过使用真空条件或惰性气体气氛来提供成分、杂质控制和氧化保护。