烧结保温材料（精选十篇）
烧结保温材料 篇1
1 关于具有高孔洞率、高保温性能的烧结多孔砌块在砌体结构中的推广应用
有关专家撰文指出:“目前我国普遍生产的KP1空心砖, 作为单一材料难以达到我国节能建筑的外墙保温性能指标, 然而根据国外多次考察, 发展高孔洞率、低容重的高档次烧结空心砌块 (如图1所示) , 完全可以达到我国建筑节能设计标准对外墙热工性能要求。例如在欧洲生产的孔洞率为55%、容重为800 kg/m3的烧结空心砌块, 抗压强度达10 MPa以上, 在墙厚为36.5 mm时, 其导热系数λ值为0.14 W/m·K～0.15 W/m·K;孔洞率为63%、容重为650 kg/m3的烧结空心砌块, 其导热系数λ值为0.09 W/m·K, 抗压强度达8 MPa以上, 这样的砌块砌成墙厚为300 mm时, 传热系数为0.28 W/m2·K;墙厚为400 mm时, 传热系数为0.21 W/m2·K;墙厚为490 mm时, 传热系数为0.17 W/m2·K, 这类产品在欧洲建造节能建筑中占有相当的比例”。因此, 为了满足我国建筑节能65%的需要;新疆城建集团公司从德国引进了烧结砌块示范生成线。
在许多资料中都对烧结保温砌块在欧洲的应用 (如图2所示) 及节能效果 (见表1) 多有介绍, 双鸭山东方墙材集团也开展了烧结保温砌块的试验研究, 表2为试验成功的部分保温砌块的性能参数, 图3、4、5为试产品图样。然而对其建筑应用在地震作用下的安全性却少有提及。
众所周知, 德国等欧洲国家为非地震区, 从图2可以看出, 采用烧结保温砌块的建筑无需采取抗震措施, 这一点同笔者在今年初, 与德国拉斯科公司有关人员座谈时, 德方技术总经理明确表示在德国的蒸压硅酸盐砖的建筑中不考虑抗震措施是一致的。一般认为, 影响砖混墙体抗震性能的最重要的因素是墙体强度, 包括砖的强度和墙体的抗剪强度等, 而认为烧结砌块有着高的机械强度, 并于砂浆有非常好的粘结特性, 因此它可有效地改善建筑物的抗震性能。这实际上完全忽略了烧结多孔砌块的延性对其砌体抗震性能的影响和应根据其固有特性, 采取相应的构造措施的重要性。
延性是一种物理特性, 指结构、构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承载能力或到达以后而承载能力还没有明显下降期间的变形能力。
在冲击和振动荷载作用下, 要求结构的材料能够吸收较大的能量, 同时能产生一定的变形而不致破坏, 即要求结构或构件有较好的延性。
延性差的结构、构件或截面, 其后期变形能力小, 在达到其最大承载力后会突然发生脆性破坏, 这是要避免的。因此, 在砌体结构设计中, 不仅要满足承载力要求, 还要满足一定的延性要求, 其目的在于:
1.1 有利于吸收和耗散地震能量, 满足抗震设计方面的要求
对于有抗震设防的砌体结构, 抗震性能主要取决于砌体结构所能吸收的地震能量, 它等于结构承载力和变形能力的乘积, 就是说, 砌体结构的耐震能力是由承载力和变形能力两者共同决定的。因此, 在抗震设计中, 应考虑和利用砌体结构的变形能力 (延性) 以及耗散地震能量的能力。大量的研究成果表明, 一个砌体结构具有较大延性或较高耗能能力的话, 即使承载力较低, 也能够吸收较多能量, 抗御较强地震而不会倒塌。
1.2 防止脆性破坏
目前大量应用的墙材块体材料均属脆性材料, 延性差。烧结多孔砌块与目前用于砌体结构的混凝土空心砌块、混凝土多孔砖和烧结多孔砖相比, 由于其孔洞率高、孔的数量多且为方 (尖) 角孔、孔壁薄, 而具有更大的脆性和更差的延性, 因此, 固有特性有明显不同。
国家标准《墙体材料应用统一技术规范》 (GB50574) , 在5.5节“结构抗震设计基本要点”的5.5.1条明确砌体结构抗震设计应符合下列规定:“ (1) 应根据块体材料的固有特性, 确定多层砌体房屋的层数、总高度、承重房屋的层高、总高度和总宽度的最大比值、最小抗震墙厚度和抗震墙间距及墙段的局部尺寸的限值; (2) 应根据砌体的抗震性能, 确定墙体的承载力计算方法和相应的构造措施; (3) 应根据块体材料的固有特性, 采取相应的构造措施, 提高结构的延性和整体性; (4) 带有方 (尖) 角孔的多孔砖不宜用于地震设防区砌体结构的抗侧力墙”。
从以上规定, 不难看出砌体的抗震设计及所采取的构造措施, 与块体材料的固有特性密切相关。国家标准《砌体结构设计规范》 (GB 50003) 及相关的块体材料建筑技术规程、规范中, 关于砌体的抗震设计和构造措施, 都是依据现有的块体材料固有特性做出的。如上所述烧结多孔砌块与现有块体材料固有特性有明显的不同, 其中主要是延性的差异。因此, 国家现行技术规程、规范关于抗震设计和构造措施的规定, 不适用于烧结多孔砌块砌体, 那么, 烧结多孔砌块目前能否作为承重墙体材料在砌体结构中推广应用值得商榷。
个人认为, 有必要就烧结多孔砌块在砌体结构中应用的可行性, 征求砌体结构专家的意见, 并应开展烧结多孔砌块砌体的抗震性能的试验研究, 确定墙体的承载力计算方法和相应的构造措施, 编制应用技术规程。
2 关于保温性能
如上, 欧洲生产的孔洞率为55%、密度为800 kg/m3的烧结多孔砌块, 其导热系数λ值为0.14 W/m·K～0.15 W/m·K;孔洞率为63%、密度为650 kg/m3的烧结空心砌块, 其导热系数λ值为0.09 W/m·K。双鸭山东方墙材集团的试制的孔洞率为48.5%、密度为895 kg/m3的烧结空心砌块, 其导热系数λ值为0.16W/m·K。以此可表明, 烧结多孔砌块具有优异的保温性能, 可以解决单一材料就可以达到我国建筑节能65%的要求。
国家标准《民用建筑热工设计规范》 (GB 50176) , 是建筑设计进行热工计算, 对各种材料热工计算参数取值唯一的依据。从《规范》中可以看到, 含有大量的微小封闭圆孔的, 孔隙率可达70%以上、干密度为700 kg/m3的加气混凝土的导热系数λ值为0.22 W/m·K, 远大于密度为800 kg/m3的烧结多孔砌块0.14 W/m·K～0.15 W/m·K的导热系数;干密度为500 kg/m3的加气混凝土的导热系数λ值为0.19 W/m·K, 远大于密度为650 kg/m3的烧结多孔砌块0.09 W/m·K的导热系数, 令人感到诧异。按道理加气混凝土具有大量封闭的、孔径远远小于多孔砌块孔的宽度的细小的圆孔, 保温性能应好于多孔砌块, 不可思议的是低密度的加气混凝土的导热系数要远小于高密度的烧结多孔砌块。
因此, 烧结多孔砌块的保温性能值得认真商榷, 真的能像一些资料宣传那样, 采用烧结多孔砌块单一材料就“完全可以达到我国建筑节能设计标准对外墙热工性能要求”吗?
3 砌体结构建筑的安全和节能哪一个更重要
3.1 关于烧结多孔砖的折压比或者说抗折强度
国家标准《墙体材料应用统一技术规范》 (GB50574) 于2010年8月发布, 于2011年6月1日实施。在标准中以强制性条文规定了:“承重砖的折压比不应小于表3.2.2-1 (见本文表3) 的要求”。
注: (1) 蒸压普通砖包括蒸压灰砂实心砖和蒸压粉煤灰实心砖; (2) 多孔砖包括烧结多孔砖和混凝土多孔砖。
GB 50574在条文说明中, 对规定折压比的原因做了充分的说明, 现摘录如下:
“实践表明, 蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖等硅酸盐墙材制品的原材料配比直接影响着砖的脆性, 砖越脆墙体开裂越早。研究表明, 制品中不同的粉煤灰掺量, 其抗折强度相差甚多, 即脆性特征相差较大, 因此规定合理的折压比将有利于提高砖的品质, 改善砖的脆性, 也提高墙体的受力性能。同样含孔洞块材的砌体试验也表明:仅用含孔洞块材的抗压强度作为衡量其强度指标是不全面的, 因为该指标并没有反映孔型、孔的布置对砌体受力性能、墙体安全的影响, 提出此要求还可规范设备制造企业在加工块材模具、块材生产企业设计孔型方面更加满足工程应用要求”。
另外, 由国家建研院主编的建工行业标准《建筑工程裂缝防治技术规程》 (征求意见稿, 2009年10月编制) 亦将承重砖的折压比, 作为防治工程裂缝的一项重要指标。
试验研究还表明, 块材力学指标的稳定性, 与块材的抗折强度有直接关系。不同企业生产的相同强度等级块材, 在同条件下进行砌体抗压强度试验, 试件的初裂荷载相差较大, 而极限荷载又比较接近, 这说明块材的抗压强度并没有全面反映块体材料在砌体中的工作性能, 若在墙体采用了强度等级满足设计要求而其抗折强度偏低的块材, 极有可能在砌体尚未达到使用荷载时墙体出现裂缝。尽管墙体的局部裂缝尚不危及结构的安全, 但其直接影响墙体的正常使用, 甚至可能会影响其耐久性, 这一问题应引起工程技术人员的足够重视。图6为折压比不同的块体材料墙体开裂情况。
同样对于开有孔洞的砖, 由于标准没有抗折强度指标限值, 使得企业随意开孔, 调查发现有的多层建筑的底层墙体产生了多条竖向贯穿裂缝, 经分析是承重多孔砖的中肋过窄 (为增大砖的孔洞率, 一些设备制造企业将多孔砖的肋、壁都做得偏窄) , 降低了砖的折压比, 使墙体过早开裂。
在墙体中砖的开裂, 无论是由于所受压力, 还是由于干燥收缩的影响, 都是由于砖受到拉应力作用的结果, 当拉应力大于砖的抗拉强度时, 砖就会产生裂缝。抗折强度是抗拉强度三种表征方式之一, 实心砖的抗拉强度在长度方向上基本一致, 而多孔砖开孔部位的抗拉强度显著降低, 由于砖在墙体中产生裂缝的部位主要在砖的中部, 因此, 为了防止多孔砖墙体裂缝, 砖的中部就应具有高的抗拉强度, 就不应在多孔砖的中部开设孔洞, 为此GB 50574以强制性条文规定了多孔砖折压比的限值, 以防止在多孔砖的中部开孔。为了保证砌体结构的安全和质量, 最新修订的国家标准《砌体结构设计规范》 (GB 50003) 审定稿, 亦以强制性条文规定“对多孔砖及蒸压硅酸盐砖还应按国家标准《墙体材料应用统一技术规范》GB 50574进行折压比控制”。
然而, 在最新修订的国家标准《烧结多孔砖和多孔砌块》 (GB 13554) 报批稿中, 并没有对多孔砖的抗折强度或折压比作出规定。而且有折压比明显不满足建筑应用技术规范和规程要求的, 砖在中部开孔的多孔砖的图样, 在“砖孔洞排列的示意图”中展示。
3.2 关于多孔砖的孔型
如前所述, 在GB 50574中5.5.1条中规定:“带有方 (尖) 角孔的多孔砖不宜用于地震设防区砌体结构的抗侧力墙”。
在GB 50574条文说明中, 对此条的规定做了如下说明:“汶川震害调查表明, 由于带有方 (尖) 角孔的多孔砖往往先天就有不同程度内裂缝, 应力集中效应显著, 用其砌筑的抗侧力墙的抗震延性差, 地震作用下会导致此类结构开裂过早、破坏严重, 甚至倒塌。生产企业调查表明, 开有 (尖) 角孔的多孔砖的孔洞角部普遍带有微细裂缝。这些角部的裂缝必然会导致该部位提早开裂, 会影响到墙体的安全性, 特制定此规定”。
此条规定表明, 为了提高或保证烧结多孔砖砌体结构建筑, 在地震作用下的安全性, 砌体结构的抗侧力墙宜采用孔型为圆孔或椭圆孔的多孔砖。
在最新修订的国家标准《烧结多孔砖和多孔砌块》 (GB 13554) 报批稿, 为了满足建筑节能的需要, 烧结多孔砖的孔洞率由25%提高到28%, 要求孔型为矩形条孔或矩形孔, 淘汰了孔型为圆孔的多孔砖。从“砖孔洞排列的示意图”, 要求多孔砖的孔洞应为方 (尖) 角孔, 有利于提高孔洞率, 提高砖的保温性能。显然, 依据修订后的国家标准GB 13554生产的多孔砖, 将没有适宜在地震设防区用于砌体结构抗侧力墙的多孔砖。
由上, 我们不难看出, 建筑工程应用标准, 是以保证工程的安全为宗旨, 先安全、后保温, 对用于建筑工程的墙体材料提出了技术要求。而墙体材料的产品标准, 以满足建筑节能的要求为宗旨, 对墙体材料提出了与工程应用标准截然相悖的技术要求。因此, 对于建筑工程的安全和节能, 谁更重要以及如何解决这一矛盾, 值得认真商榷。
4 结束语
淤泥烧结保温砖技术规程 篇2
建筑技术规程的通知
各建设、设计、监理单位，建筑业企业：
为贯彻落实国家和江苏省节能墙改政策，进一步推广应用淤泥烧结保温砖自保温技术，江苏省建设厅发布2009年第33号公告《淤泥烧结保温砖自保温砌体建筑技术规程》，该《规程》为江苏省工程建设标准，编号为DGJ32/TJ78—2009，自2009年5月1日起实施。淤泥烧结保温砖自保温砌体具有较好的隔热保温性能，外墙采用普通粉刷，能有效地减少外墙裂缝、外墙保温材料剥落等质量通病，具有与主体结构同寿命的特点，经济、社会和环境效益显著，为更好地贯彻落实淤泥烧结保温砌体建筑技术规程，经研究特作如下通知：
一、自保温砌体的建筑节能设计必须满足现行有关标准的规定，热桥部位应采用复合保温板技术或其它适用技术，确保热桥部位的热工性能指标满足现行标准的要求。
二、用于自保温砌体的自保温砖、轻质砂浆、热桥部位复合保温板等材料必须取得省级以上技术推广证书。原材料进场，建
设、监理单位必须核查质量证明文件及有效期内的型式检验报告。
三、用于外墙的保温砖应在砖的表面刻制规格型号，施工现场应分开码放，按规程6.2.2条的规定见证取样送检，检测保温砖的密度和抗压强度，检测结果合格后方可使用。
四、轻质砂浆原材料与普通砂浆原材料应分开堆放，轻质砂浆袋装有明显标识。按规程6.2.2条的规定见证取样送检，检测轻质砂浆的导热系数、干密度、抗压强度，检测结果合格后方可使用。轻质砂浆配合比应经试验确定，当砂浆的组成材料有变化时，其配合比应重新确定。轻质砂浆现场配合比应根据现场材料情况，在试验配合比的基础上进行调整。轻质砂浆应采用机械拌合，拌合时间为3—5min，稠度宜控制在60mm—80mm。现场砌筑时，每一检验批且不超过250m砌体的各种强度等级和密度等级的轻质砂浆，每台搅拌机应至少抽检一次。每次抽检留置二组试块，一组用于抗压强度检测，一组用于干密度检测。
五、保温砖外墙砌筑应采用双排脚手架或内脚手架进行施工，不得在外墙体上设脚手架孔洞。设计要求的洞口、管道、沟槽和预埋件等，应于砌筑时正确留出或预埋，不得在砌体上剔凿。水、电管线暗敷应采用开槽机。
六、常温条件下，保温砖应提前1小时浇水湿润，砌筑时保温砖表面宜显湿润状态，重量含水量宜控制在10%—15%之间。保温砖自保温砌体的水平灰缝饱满度不应低于90%，竖直灰缝饱满度不应低于80%，水平灰缝宜为10mm，但不应小于8mm，不应大于12mm。施工质量应符合《砌体工程施工质量验收规范》（GB50203-2002）的要求。
七、保温砖自保温砌体工程的分项质量验收，应在检验批全部合格的基础上，进行质量检查，现场实体质量抽测和现场热工性能检测，达到验收条件后方可进行。现场热工检测应按《建筑节能工程施工质量验收规范》(GB50411-2007)、江苏省《民用建筑节能工程施工质量验收规程》（DGJ32/J19-2007）和《民用建筑节能工程现场热工性能检测标准》（DGJ32/J23-2006）的要求进行，检测结果应符合设计要求和国家、省节能设计标准的要求。节能专项验收时，应按相关标准要求提供现场热工性能抽样检测报告等技术资料。
以上通知自发文之日起生效，希遵照执行。
烧结保温材料 篇3
摘 要：文章以Cu粉（3～5 μm）和TiB2粉（3 μm）为原料，通过真空热压烧结制备了Cu-5%TiB2复合材料。采用金相分析、X射线衍射、扫描电子显微分析和X射线能量色散谱对制备的材料进行了表征。表征结果表明：铜基复合材料在制备过程中未掺入其他杂质，TiB2颗粒均匀地分散在铜基复合材料中，材料未发现孔洞和夹杂等缺陷。 关键词：真空热压烧结；铜基复合材料
中图分类号：U668.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0165-02
1 概 述
由于具有良好的导电、导热和力学性能，铜基复合材料广泛应用在轴承、衬套、齿轮、接头和阀机构等组件上。在一些特定使用领域，需要提高铜基合金的耐磨性和硬度。利用具有高硬度、高弹性模量和高导电、高热导的第二相改善铜基复合材料的耐磨性和硬度成为一种可行的方法。近几年，一些学者在Cu-Cr和Cu-Pb合金加入TiB2颗粒制备了铜基复合材料，但这些方法制备的材料致密性和均匀性较差，基体中均存在着大量的缺陷。
本文采用真空热压烧结法成功制备了Cu-5%TiB2铜基复合材料，克服了铜基复合材料致密性和均匀性较差的问题。
2 实验过程
称取质量为50 g的Cu粉（3～5 μm，99.97%）和TiB2粉（3 μm，99.99%），装入钢球球磨罐，研磨球为WC球；采用行星式球磨机进行球磨，球粉比为5：1，转速为200 r/min，球磨时间为1.5 h。将球磨好的混合粉末称取38.5 g，放入石墨模具中，利用真空热压炉进行烧结。烧结时在900 ℃时保温10 min，保温的同时施加了30 MPa的压力，保温结束后卸压，随炉冷却。
实验制备了Cu-0%TiB2和Cu-5%TiB2两种不同TiB2含量的材料，采用金相显微镜和扫描电子显微镜对制备的材料进行了显微结构分析和表面形貌分析，采用DX-2500型衍射仪对样品进行了物相分析，采用能谱仪对合金的化学成分进行了分析。
3 结果讨论
3.1 金相分析
烧结温度为900 ℃、加压30 MPa、保压10 min制备的纯Cu和Cu-5%TiB2复合材料的金相图谱。制备的纯Cu材料金相图，如图1（a）所示，Cu晶粒大小为5～10 μm；制备的Cu-5%TiB2复合材料的金相图谱，如图1（b）所示，TiB2晶粒大小为1～8 μm，均匀的分散在铜基合金中。在金相图中未发现孔洞和夹杂等缺陷。
3.2 物相分析
烧结温度为900 ℃、加压30 MPa、保压10 min制备的纯Cu和Cu-5%TiB2复合材料的XRD图谱，如图2所示。在Cu-5%TiB2复合材料衍射图谱中，仅出现Cu和TiB2特征衍射峰；在纯Cu衍射图谱中，仅出现Cu特征衍射峰，无其他杂质峰出现。X射线衍射结果表明，纯铜和Cu-5%TiB2复合材料粉末在球磨、烧结过程中未发生氧化，也未引入其他杂质。
3.3 扫描电子显微分析
900 ℃烧结、加压30 MPa制备的Cu-5%TiB2复合材料扫描电子显微形貌图，如图3所示。图中不规则的黑点为TiB2颗粒，亮灰色区域为铜基体，进一步证实复合物粉末在球磨、烧结过程中都未发生氧化，没有引入其他杂质，与XRD结果相匹配。TiB2颗粒在基体中整体分布均匀，局部有部分颗粒聚集，颗粒大小为1～8 μm。局部放大图，如图3（b）和图3（a）所示，图中TiB2颗粒与铜基体结合紧密，存在少量微裂纹和微气孔，裂纹长度为0.2～0.4 μm，气孔大小为0.1 μm左右。基体中较大的TiB2颗粒有破碎现象产生，是由于大的TiB2颗粒在热压烧结加压过程中受到挤压应力而产生的。
Cu-5%TiB2铜基复合材料的能谱图，如图4所示。“Spectrum 1”是对TiB2颗粒的能谱分析，“Spectrum 2” 是对铜基体的能谱分析。TiB2颗粒能谱分析中除Ti元素峰外，没有出现其他元素峰；铜基体能谱分析中除Cu元素峰外，没有出现其他元素峰。能谱分析表明，铜基复合材料在制备过程中未引入其他杂质。
4 结 语
使用真空热压烧结工艺制备了Cu-5%TiB2铜基复合材料，铜基复合材料在制备过程中未掺入其他杂质，TiB2颗粒与铜基体结合紧密，均匀地分散在铜基复合材料中；制备的材料致密性和均匀性良好，未发现孔洞和夹杂等缺陷。
参考文献：
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电瓷材料的烧结性能探讨 篇4
一、电瓷材料的烧结性能
在电磁材料的烧结过程中, 科学把握控制烧结温度, 使得电瓷材料拥有良好的力学性能和电气性能, 从而在电力系统中起到支持和绝缘作用。当烧结温度控制过低时, 电瓷材料的强度达不到要求, 烧结过程无法顺利致密化;当烧结温度控制过高时, 则会引起电瓷材料内部的晶粒膨胀, 使电瓷材料的力学性能和电气性能下降, 达不到规定的合格要求。因此, 要想使电瓷材料获得良好的烧结性能, 必须严格控制烧结温度, 在恰当的烧结温度范围内烧结, 才能既使电瓷材料顺利致密化, 又能防止电瓷材料的过度膨胀。
二、电瓷材料的烧结性能实验
电瓷材料的烧结性能主要由两个因素决定:一是由制造瓷件所确定的电瓷材料特性决定;二是由该电瓷材料配方及其制造工艺过程所决定。因此, 探究电瓷材料的烧结应注意电瓷材料的自身特性和电瓷材料的烧结过程。本文主要针对电瓷材料的温度控制和气氛控制来分别进行控制实验, 探讨电瓷材料的烧结性能。
(一) 电瓷材料的温度控制实验
实验过程采用控制变量法进行研究讨论, 控制烧结过程中其余不变, 变量是胚料不同, 实验1使用矾土质高强度坯料, 实验2使用工业氧化铝, 电瓷材料的氧化铝含量相同。烧结温度的测量过程使用热膨胀仪, 控制的升温幅度是从常温升至900℃, 以5摄氏度每分钟逐渐升温, 接着从900℃升温至1350℃时, 分别采用1摄氏度每分钟、3摄氏度每分钟、5摄氏度每分钟和10摄氏度每分钟逐渐升温。
电瓷材料的烧结过程结束后, 为探究电瓷材料的烧结性能, 考察电瓷材料的力学性能和电气性能, 使用硅碳棒电阻炉针对实验1和实验2的不同烧结温度下的电瓷材料的密度和开口气孔率进行测试。
(二) 电瓷材料的气氛控制实验
实验过程采用控制变量法进行研究讨论。实验3中试样为普通常见的高压电瓷材料, 实验4的电瓷材料试样与实验3相同, 同时加入1.5%的工业氧化铁。将实验3和实验4中的电瓷材料样品经过1040℃烧结过后, 等量分为两小份, 分别放入氧化铝覆盖的坩埚中和氧化铝混合石墨覆盖的坩埚中, 控制温度逐渐升温, 从常温升至1350℃, 注意升温幅度保持一致。
三、电瓷材料的烧结性能实验结果
根据电瓷材料的温度控制和气氛控制分别进行控制实验, 探讨电瓷材料的烧结性能。针对上述实验的结果进行统计分析, 讨论得出温度控制和烧结气氛对电瓷材料的烧结性能的不同影响。
(一) 电瓷材料的温度控制实验结果
通过统计分析发现, 在实验1中, 电瓷材料样品的温度在1265℃左右时, 样品的收缩致密性能趋于稳定, 而在1290℃左右时, 样品有膨胀的趋势, 并在温度高于1348℃时, 样品膨胀加剧, 性能下降。实验2中, 电瓷材料样品的温度在1289℃左右时, 样品的收缩致密性能趋于稳定, 而在1290℃左右时, 样品有膨胀的趋势, 温度高于1352℃时, 样品膨胀加剧。
针对升温速度与烧成温度的关系, 对不同升温速度的样品进行考察, 结果显示, 以10摄氏度每分钟升温的样品烧成温度最高, 5摄氏度每分钟升温的样品烧成温度次之, 3摄氏度每分钟升温的样品烧成温度相比更低, 烧成温度最低的是1摄氏度每分钟升温的样品。因此, 该实验得出结论为, 其余条件相同的情况下, 升温速度越快, 电瓷材料的烧成温度越高。
(二) 电瓷材料的气氛控制实验结果
通过实验对比发现, 实验4中气氛对电磁材料的烧结温度影响不大, 而在实验5中, 气氛对电磁材料的烧结温度影响较为明显, 因此, 试得出结论为, 当氧化铁的含量低于0.5%时, 气氛对电磁材料的烧结性能影响不大。
在温度约1300℃以下, 氧化铁能促进电瓷材料的顺利烧结。在氧化气氛中, 温度高于1300℃时, 氧化铁分解进而造成样品材料中的气孔较多, 因此, 氧化铁的促进作用会大大降低。对比实验3和实验4可以看出, 在还原气氛下的电瓷材料烧结温度比氧化气氛下的电瓷材料烧结温度低20℃到50℃。另一方面, 还原气氛下, 随着氧化铁含量的增加, 烧结温度降低;氧化气氛下, 随着氧化铁含量的增加, 烧结温度升高。
对电瓷材料的材料分析中, 对比实验3和实验4, 实验3中样品电瓷材料的密度变化受气氛影响较小, 而实验4受气氛变化影响较大。可以看出, 电瓷材料的材料组成纯度与气氛对烧结性能的影响程度之间呈反向变动关系。
四、小结
烧结保温材料 篇5
尊敬的公司领导，员工同志们：
大家好！今天，我就一年来烧结厂的厂务公开工作开展情况向大家做一下汇报。有不妥之处，还请大家批评指正。
2011年，我厂继续将厂务公开作为日常管理的一项重要内容，本着“以厂务公开促进企业民主管理水平、激发员工爱厂热情、提升烧结厂整体工作”的思想，高度重视，严格管理，认真贯彻落实公司文件精神。
2011年1--11月，我厂累计更新厂务公开内容265期，其中厂部公开31期，车间公开234期。公示内容涉及公司政策、经济责任制导向、工资分配、干部聘任等各个方面。经我单位内部3次测评，员工对厂务公开满
一、多措并举，实现厂务公开由形式到实质的真正跨越。
1、领导重视，实现厂务公开工作的齐抓共管。为将厂务公开工作抓深抓细，我厂明确规定厂务公开为一把手工程，专门成立了由厂长亲自任组长的厂务公开领导小组，下属11个车间同时成立由一把手挂帅、班组长及员工代表为成员的车间事务公开领导小组，及时对公开时间、内容、形式等提出要求、意见和建议，并进行督导和检查，利用橱窗、班会、座谈会等宣传阵地进行广泛宣传和强化，同时组织单位之间经常对标学习，实现层层把关，齐抓共管。
2、健全制度，实现厂内11个单位厂务公开工作的规范统一。随着公司的发展壮大，管理经营理念不断发生改变，我厂认识到厂务公开工作也应该与时俱进，为此，我厂认真学习公司文件精神，制定了适合我厂实际情况的《烧结厂厂务公开实施方案和细则》、《烧结厂厂务公开工作“五规范”》、《厂务公开档案管理办法》、《车间事务公开实施细则》等一系列行之有效的制度，对厂务公开的程序、内容、时间、范围等内容进行统一规范，使全厂的厂务公开工作有章可循，以保证厂务公开工作的顺利实施。意率高达99%以上，与去年同比上升1个百分点。
3、畅通渠道，实现干部员工的有效沟通。我厂在厂部和各单位设立意见箱12个，分层设立了厂务公开举报监督直通电话，为员工更好地对领导进行监督搭建了平台。我厂办公室工作人员每月定期深入现场考核验收车间事务公开工作。了解员工需求，走访车间岗位工人。截止11月底，我厂广泛收集员工的合理化建议435条，其中采纳并解决的建议373条，由相关科室对落实情况进行督导检查，以保证效果。
4、全员参与，保障民主，打造和谐干部员工队伍。通过及时公示内部资金管理、干部聘任、责任制考核奖惩等情况，有力地促进了我厂的廉政建设水平，提高了干部队伍的整体素质，保证了员工队伍的稳定。一方面对干部本身形成了一种无形的制约，另一方面，员工通过厂务公开，及时准确地了解了公司及厂部的政策信息、总体导向，避免了由于政策透明性不高引起的员工对政策无端的猜测和质疑，最大限度地减少了由于员工对政策不理解产生的情绪波动，间接维护了企业人员的稳定。
5、完善机制，持之以恒，有力推动民主进程。完善的厂务公开工作机制，始终如一的工作责任心是做好厂务公开的重要保障。基于此，一要加强完善厂务公开的制度建设，二要加强各单位负责人的素质、能力培养。我厂于3月份和6月份召开了厂务公开工作现场会，让各单位在原有基础上厂务公开管理工作再上台阶。为保证厂务公开工作落实，我厂加大考核力度，强化制度考核，实行厂务公开每月“定时验收、定时评比、定时考核、定时通报”，强化厂务公开的规范性，有力地推进了厂务公开工作。
二、通过厂务公开工作的深入开展，厂部各项工作均有很大提升。一是加强了民主监督，干部作风有了很大转变。通过及时公示“内部资金管理”、“干部聘任”、“责任制考核奖惩”、“厂长对中层干部月评”等情况，增加了干部管理的透明度。有力地促进了我厂各级干部工作积极性和廉政建设水平，大大提高了干部队伍的整体素质，保证了员工队伍的稳定。员工可以时时对干部进行监督，各级干部在制定政策、处理企 2
务的时候，首先要取得广大员工的认同和理解，做到了以身作则，廉洁自律。同时也赋予了员工民主权利，消除了员工的疑虑，提高了员工的工作积极性。
二是文件传达更加及时，员工工作效率明显提高。通过对公司、厂部文件的及时传达和“管理标准化”及“降本增效”活动专栏的开辟，对各项活动定期进行成果通报。使更多的员工认识到了当今的市场形势，自愿自觉地参与到公司的“降本增效”和“管理标准化活动”中来。有了广大员工的支持，我厂各项工作开展顺利。截止11月底，烧结厂共节余成本1000多万元，两矿及白灰产量均超额完成公司计划，产、质量均满足了炼铁的用料需求。
二是畅通民主渠道，员工的知情权、监督权得到了保障。为做好厂务公开工作，我厂通过厂部、车间、班组的三级公开，使员工及时了解内部资金管理情况、基层干部聘用情况、每个车间及每一名员工的责任制考核情况等。避免了由于政策透明性不高引起的员工对政策无端的猜测和质疑，间接维护了企业人员的稳定。同时员工的一些建议和意见会通过电话及意见箱、回音必专栏等反馈给厂部，厂部会及时给予解决。增强了员工的主人翁责任感和归属感，提高了企业的凝聚力和向心力。
四是搭建员工发展平台，激发员工工作热情。通过对公司技能鉴定、技术创新等活动的宣传与发动，在基层班组中掀起了学习热潮，让员工感受到了公司对各项活动的重视，激发了员工的创新意识，让员工实现了自身价值。还有众多公司活动，让员工能够积极参与，充分发挥了个人特长，在丰富了员工的业余生活之余，还增强了自信。
三、存在的问题
我们烧结厂每一名干部还必须从思想上更加重视，加强管理，做到程序更规范、公示更及时、内容更全面，工作中不推诿、不拖延、不敷衍。必须让员工在第一时间内了解到自己想知道的内容，及时对员工反映的问题进行调查处理解决，让员工可以安心工作。让厂务公开真真正正成为干部员工沟通的桥梁。
四、2012年厂务公开工作目标
2012年，我厂将对厂务公开内容进一步挖掘，对形式不断变换以适应企业快速发展的步伐。一是重点强化厂务公开贯彻后的干部与员工互动工作，充实、丰富公示的内容，公开员工所想、所急、所关注的问题，；二是继续开辟公司重大活动宣传专栏，对公司的专项活动和重大决策以及烧结厂的实施情况同步宣传报导；三是继续加强对厂务公开负责人员的培训力度。
实践证明，厂务公开工作有力地推动了民主管理工作的有序开展和发展，为构建和谐烧结发挥了积极地作用。今后，我厂将继续秉承“以厂务公开促生产，以厂务公开促廉政”的工作指导思想，求真务实、开拓创新，在公司领导及各部门的指导下，扎扎实实地做好厂务公开工作。让它充分发挥民主监督、桥梁纽带的作用，为企业健康发展保驾护航。
烧结大型化设备管理研究 篇6
【关键词】大型烧结机，管理模式，稳定运行
随着烧结装备大型化、现代化的发展，连续为高炉提供产量、质量稳定的烧结矿是高炉稳定顺行的基本要求，这就对点多、面广、线长的烧结生产提出更高的要求，针对大型烧结设备的特点，不断探索和研究采用与其相应的管理模式、方法和手段，才能提高烧结设备运行的可靠性、可控性，为炼铁系统的稳定提供可靠的外围保障。
1 大型烧结设备与小型烧结设备的区别
1.1 大型烧结设备选型更为长寿、可靠
一方面大量选择运行可靠的进口设备，价格昂贵，一旦损坏，多数需返厂维修或指定专业点维修，费用高、周期长，会给企业带来较大的损失，所以要针对其维护要求，制定严格的点检标准和维护制度，确保其正常运行；另一方面大量采用了小型烧结没有的新型设备和装置，其对提高设备运行的稳定性、减少事故损失起到非常重要的作用，对此类设备的点检、维护提出更高的要求。
1.2大型烧结设备运行要求更为稳定
大型化设备造价昂贵，检修所花费的时间、资金要远远多于小型设备，一旦发生事故，势必造成长时间停机，甚至影响高炉生产，造成整个炼铁生产秩序紊乱，所以大型烧结设备必须细化点检，精细维护，提高检修质量，制定合理的管理模式和定修周期，避免突发事故的发生和无计划频繁停机，才能充分发挥大型化设备的能力，使其高效、连续运行，获得效益。
1.3大型烧结设备的管理需要充分的技术支持
大型烧结机设备与小型烧结机设备相比，机械化、自动化程度大幅提高，简化了生产操作技术，但对维修人员的数量要求大幅增加，设备管理专业分工越来越细，技术要求越来越高，这就要求必须有一支精细操作的岗位职工队伍，有一支具备一定技能和实力的检修队伍，有一支专业技术高超、分工明确的点检队伍，形成互相配合、互相协助、各负其责的管理模式。
2 大型烧结设备管理必须建立分工明确、互相配合的管理模式
现代化企业设备维修管理都推行点检定修制度，设备点检定修制度起源于工业发达的欧洲，上世纪八十年代在我国宝钢等大型企业推广，对一些先进的技术和装备提高管理水平发挥了重要作用。随着企业的发展和科学技术的进步，对点检定修制度的不断理解、发展和创新，各个企业、行业赋予其不同的内容，对于大型烧结设备应建立以下内容的管理模式。
2.1设备点检模式
按管理层次分为岗位点检、专业点检、精密点检，即通常讲的“三级点检”。
岗位点检人员负责设备的操作、维护和点检，相对来说岗位点检人员管理区域小，和设备接触时间最长。设备装备水平较低时，我们强调岗位点检是设备管理的第一责任人。大型化后，由于现代化、自动化程度提高，设备管理专业性更强、技术含量更高，岗位人员的责任心、技术水平已经达不到设备管理的要求，所以岗位点检仅限于对本岗位设备运行信息的收集、整理和回报上，比如：设备运行温度、电流、振动、松动、异音、磨损、油位、泄漏、开焊等内容。
专业点检是根据不同的技术专业，由有较高的责任心、较高专业技术水平、丰富实践经验的专业技术人员组成的专门从事设备点检的设备管理队伍，它既有专业上的分工，也有区域管理的分工，是设备管理的核心。专业点检一方面要进行现场点检，对岗位点检进行培训、指导和管理，另一方面要收集岗位点检设备信息，及时的进行分析设备运行状况、故障原因和劣化趋势，提出处理意见，同时要对设备的检修进行人员、备件、材料、技术、验收、试车进行协调和把关。
精密点检是指发现设备异常后，由专业点检、工程技术人员、相关专业的技术专家组成，主要是对已经发现的设备异常，通过相关仪器、仪表进行状态监测、振动诊断、油液分析、红外检测等手段，或停机、打开检测，查找故障原因、确定故障部位、判断故障程度、分析劣化趋势、制定维修和改进策略。
2.2设备维护模式
设备维护要有明确的分工。
生产岗位人员主要维护工作是根据相关的标准，对机械设备的检查、清扫、紧固和润滑，机械维修人员主要是对设备的调整、紧固、部件更换以及重要环节、部位的修整，电气自动化人员负责对电气、自动化设施、设备的检查、清扫、紧固、部件更换等工作。
在维护工作中必须有严格的标准、合理的分工、适宜的人员配备、明确的责任、相应的监督机制，防止因分工不清发生遗漏、不到位，或因能力、技术不够造成维护效果达不到标准。
2.3设备检修模式
设备大型化后，对维修人员的数量要求大幅增加，对维修人员的技术要求越来越高，并且专业分工越来越细。
改变原来小维修、包片维修的模式，维修人员的集中管理，可以实现维修力量的平衡和加强，有助于维修人员、技术的交流与提高，也能够适应大型化设备长周期、大规模的检修模式，在许多企业得到较好的应用。
2.4大型烧结设备管理强调多部门互相配合与协作
设备管理是一个系统工程，从设备规划、研究、设计、制造、安装调试、使用、维修、改造、更新直到报废。烧结设备大型化后，设备管理的分工更加明确，技术要求更高，工作质量要求更高，一个部门、一个车间是无法完成的，既需要多部门的明确分工、各负其责，又需要各部门、各专业之间的互相配合与协作，才能实现设备的稳定运行。
3大型烧结设备管理要求有高素质的职工队伍
大型烧结机对设备管理标准要求努力实现“零失误”目标，面对机械化、自动化程度越来越高的装备，必须有一支责任心强、技术水平高的职工队伍，此外，还要重视对人才的多方培训，只有与时俱进，才不会落伍。
4大型烧结设备的管理更突出精细化
结合精细化管理思路，通过细化点检时间、点检路线、点检内容、点检要求，使职工把点检工作落到实处，真正起到设备事故预防作用。
结论：随着科学技术的不断发展，设备管理模式也在不斷创新，运用现代化理论方法对设备实行综合管理，实时了解掌握设备运行趋势，制定最合理的设备管理模式，使设备始终处于受控状态。
（作者单位：宣钢炼铁厂）
新型烧结保温砖及应用 篇7
1 全保温烧结空心砖
全保温烧结空心砖是一种创新产品, 是基于200 mm×240 mm×115 mm保温砖结构上的改进, 砖体结构内肋占17.4%, 切断冷热桥能起到降低温差, 砖的条面壁占20.8%, 墙体的砌筑砂浆10 mm占8.6%, 把这29.4%的冷热桥取消, 将条面壁改为凹凸槽 (图1) , 墙体砌筑时, 将刮灰器放入凹槽内 (图2) , 铺上砂浆放上砖后, 把刮灰器往后移去, 砖与砂浆就形成了一组相连的排孔 (图3) 砌体, 有利于提高热工效能, 导热系数低于同排孔的砌块, 经四川省建筑科研院节能建筑中心检测, 该砌体的热阻R=0.63 (m2·K) /W, 墙体的传热系数K=1.22 W (/m2·K) , 该产品申请专利, 且经四川省建设行政主管部门组织鉴定认可, 可以用于夏热冬冷地区和经济适用房及农村住房不用内外保温的建筑, 可以节省造价。用于寒冷地区和严寒地区时, 墙体要进行内外保温, 也可以节省部分费用。
2 夹心保温砖
夹心保温砖是取消墙体内外保温, 避用有机绝热材料, 改为用矿物质材料、硅酸铝纤维毡或板和石膏板进行墙体中心保温等, 其导热系数低, 可以防火和耐久使用。避免了用聚苯乙烯刚性泡沫塑料外保温时的弊端——住房建筑使用期内要更换三次, 又不防火, 更换工程费用转给用户负担等。
夹心保温砖是将两块长短不等规格的砖组合成一块砖, 长块148 mm, 短块92 mm, 组合成240 mm×240 mm×115 mm一块砖 (图4) , 中心可夹250 mm×125 mm×20 mm的硅酸铝纤维板 (图5) , 连同横竖砂浆体实现全保温, 墙体砌筑时一次性完成保温工序 (图6) , 中心可夹20 mm~40 mm的保温板, 可供寒冷地区和严寒地区及公共建筑任意选择。据经验, 硅酸铝纤维板20 mm厚时, 可降低温度80℃, 严寒地区零下45℃, 回到常温25℃用20 mm厚就可以了, 这只是理论推算, 具体厚度应以检测为准。硅酸铝纤维板250 mm×125 mm×20 mm, 每平方米墙体 (32块×0.60元) 需19.2元, 只增加砌筑工时费和砖体价差, 大幅度降低建筑节能造价, 最主要是解决了墙体内外保温的诸多弊端。
硅酸铝纤维毡 (板) 的导热系数低 (0.14 W/m·K~0.17 W/m·K) , 最高使用温度1 250℃, 同属烧结材料能长期使用, 是节能建筑最优选择。
3 烧结多孔砖改为方型保温砖
烧结多孔砖即承重砖, 用于砌筑二四墙, 住房建筑在6层以下和农村建筑都是采用这种砖, 砖体规格为240 mm×115 mm×90 mm, 也是多排孔的国标产品。该砖自20世纪90年代推广以来, 我国采用单双肋交错排列, 单肋体薄受质量压力影响, 生产中常出现大量烂砖 (肋断裂) 。4年前我们将该产品单肋厚度改为与双肋厚度基本一致, 经生产性试验, 砖的损耗率2.69%, 成品率达到97%, 该产品已申请专利 (20120637107.4) , 可以投入生产使用 (图7) 。该产品若用节能建筑, 新的应用问题又会出现, 二四墙体都是一顺一横的交错缝砌筑, 横砖的肋壁占砖体49%, 是不保温体, 在墙体保温中热工效能会减少一倍, 若全用顶面错缝, 又太窄小, 每平方米墙体要用80块砖, 增加砂浆体又会降低热工效能。现将产品规格改为240 mm×157 mm×157 mm, 加10 mm砂浆体为6模数 (图8) , 每平方米墙体用砖36块, 用80 mm的配砖错缝, 清水墙体类似陶瓷装饰砖, 在寒冷地区和严寒地区还可作墙体中心保温 (图9) , 砖体增大不减少肋的折压力, 使生产和施工操作方便, 中心设置手抓孔。
选择激光烧结材料研究进展 篇8
快速成型技术 (Rapid Prototyping, RP) 是一种根据数字化模型快速制造模型和样件的工艺方法, 是一种将CAD技术、CAM技术、激光科学、材料科学等多学科技术深入结合综合制造技术[1,2,3,4]。根据离散-堆积成型原理, 首先将整体的零件进行数字化离散处理, 之后通过逐层堆积的方式成型零件, 实现了无模数字化加工, 具有周期短、成本低的优势。此项技术在新产品开发中具有广阔的应用前景, 近期特别是近五年此项技术被赋予了3D打印的新概念被大众广泛认知, 被认为是工业4.0时代最具代表性的工艺方法。
快速成型技术包括立体光固化成型技术 (SLA) , 熔融沉积成型技术 (FDM) 、分层实体制造 (LOM) , 选择性激光粉末烧结技术 (SLS) 等多种方法, 其中选择性激光粉末烧结技术具有成型材料应用广泛、近净成形、应用领域广等优点收到了广泛关注, 也成为近几年研究的热点。
SLS技术是一种典型的快速成型方法, 首先由CAD方法或CAM方法构造工件的原型, 之后将其进行离散化处理, 输出为一种STL格式, STL文件是一种使用三角形表示三维模型的文件格式, 是快速成型制造领域广泛使用的一种文件格式。之后将其分割成层厚为0.05-0.7左右的截面传输给激光器控制器, 激光器在计算机控制下对分割出的没一个平面进行扫描, 根据材料的不同选择不同工艺方法对材料进行烧蚀熔融, 最终形成完整的工件。
SLS设备主要的部件有激光器及光路系统、加工平台、工作台、升降缸和铺粉装置等。典型的双缸SLS工艺过程为:粉末缸活塞 (送粉活塞) 上升, 铺粉辊在模型缸活塞 (工作活塞) 铺粉, 激光器工作选择烧结固体粉末形成工作层面, 粉末烧结完成后工作活塞下降, 铺粉系统铺设新粉, 如此为一个循环, 逐层进行叠加得到三维零件。
在SLS的工艺过程中材料的选择极为重要, 材料的多样性也是这种工艺方法得以广泛被应用的一个关键因素, 现有的SLS应用材料主要有聚合物、金属粉末、陶瓷粉末、复合材料等。
2 聚合物成型材料
尼龙材料具有良好的机械力学性能, 可以直接作为功能件使用, 因此尼龙材料时最早用SLS方法的材料。DTM公司于1993年推出了其第一种用于SLS的尼龙材料, 在这个基础上由推出了纤细尼龙, 以及Dura Form AP和Dura Form GF。这两种材料的成型零件的表面质量极好, 成型精度及表面特征细节都具有良好的表现。
1998年DTM公司开发了一种铜-尼龙复合材料, 这种材料具有耐热性可达道285℃, 这种材料的主要用途是制造工模具, 同时这种材料具有良好的机械性能, 表面可进行表面打磨, 同时可进行机械加工处理。这种材料的开发极大的缩短了注塑产品开发制造的周期。
德国的EOS公司开发一种PA 2200和PA 3200GF尼龙粉末。PA2200是一种良好的弹性体材料, 其抗拉强度为45±3MPa, 伸长率为20±5%, 这种材料主要用于功能原型的制造。PA 3200GF的拉伸模量可达3200±3 MPa, 抗拉强度为48±3MPa, 最大伸长率为6±3%, 弯曲模量可达2100±150MPa, 用它制造的零件具有高精度、极好的表面质量和机械加工性能, 主要用于制作壳体和热应力零件。
Li Juan等人研究了碳纳米管复合PA6尼龙材料, 通过在PA6中添加一定量的多壁碳纳米管能降低PA6的结晶度, 碳纳米管的加入能够形成更多的晶核, 使得PA6在非等温结晶过程中降低结晶速率, 同时降低形核率。崔意娟等人[5]尝试制备了玻璃微珠复合尼龙粉末结合的复合材料, 采用HLP-350I点扫描激光烧结快速成型机进行工艺测试, 通过添加玻璃微珠可以减小尼龙材料的收缩率, 同时增加其机械强度, 这种无机-有机复合材料时现代材料发展的趋势。
3 金属成型材料
Texas大学开发了一种金属SLS材料, 这种材料不添加聚合物粘结剂。其采用镍粉为主材, 同时添加铜粉作为合金添加成分以增强金属材料烧结的结晶度。他们采用这种材料使用SLS工艺成功制造了F1战斗机及AIM9型导弹的关键零件, 具有广阔的应用前景。这种使用激光直接对金属粉末进行加工的SLS工艺目前多是使用多种金属进行混合, 一般情况下会有熔点较低的金属粉末, 在温度较低的情况下即可融化, 起到催化剂和粘结剂的作用, 将未融化的金属粉末粘结成型。这种方法的缺点在于成型零件机械强度较差。
4 总结
近十几年来SLS技术得到了快速发展, 现阶段主要限制SLS的广泛推广的瓶颈在于材料发展的之后, 新材料的开发与性能提高是现阶段亟待解决的问题, 未来新材料的研究主要集中在一下以及各方面:新才来形成机制的研究;根据使用环境和要求不同新材料的开发, 例如生物制造领域、生活材料等, 材料烧结性能的提高, 特别是成型精度的提高, 这直接影响SLS成型产品的效率与质量。
参考文献
[1]Chua Chee Kai, Leong Kah Fai.Rapid prototyping in Singapore:1988 to 1997.Rapid Prototyping Journal, 1997, 3 (03) :116-119.
[2]张剑峰, 张建华, 赵剑峰等.激光快速成形制造技术的应用研究进展.航空制造技术, 2002 (07) :34-37.
[3]Knuth J P.Material increase manufacturing by rapid prototyping technique.Annals of the CIPP, 1999, 40 (02) :603-604.
[4]朱剑英.增材制造法-MIM技术.航空精密制造技术, 1993 (01) :29-32.
微波介质陶瓷材料的低温烧结 篇9
1 LTCC材料的主要性能要求
作为低温共烧技术中的关键材料——低温共烧陶瓷材料,其性能要求比普通的微波介质陶瓷材料的性能要求更严格,具体来说,应满足以下几个方面[2,3]。
(1)具有良好的综合微波介电性能:具有合适、系列化的介电常数εr(εr=2~2000),以满足不同频段的应用,这是LTCC材料的关键性能之一;具有高的Q值,以降低器件在高频下的插入损耗以及保证足够优良的选频特性;具有可调及接近于零的频率温度系数,从而保证器件的稳定性。
(2)在工艺性能方面,要求能在较低的温度(一般在900℃附近)烧结致密,且致密化温度不能太低,以免阻止电极浆料Ag/Cu和陶瓷浆料中有机物的排除。
(3)除上述几点主要关注的性能外,还要求材料与Ag或Cu具有良好的相容性,要求材料具有高的化学稳定性、较大的机械强度、高热传导率以及优异的热扩散性、良好的表面光洁度等特性。
2 低温烧结的几种途径
目前大多数商用微波介质陶瓷(如Ba2Ti9O20、BaTi4O9、Ba(Mg1/3Ta2/3)O3、(Zn,Sn)TiO4以及BaO-Ln2O3-TiO2系陶瓷等)的固有烧结温度为1300~1500℃,远高于Ag或Cu金属电极材料的熔点,因此,为了获得LTCC材料,必须寻求可行的途径以降低材料的烧结温度。目前,为了降低材料的烧结温度,主要采用4种方法,下面将对这4种方法作一简单介绍。
2.1 添加适当氧化物烧结助剂或低熔点玻璃进行液相烧结
液相烧结是一种添加烧结助剂作为过渡液相的烧结方法,此法可以有效地降低烧结温度,并在较短的烧结时间内获得高密度的烧结体。目前,常用的烧结助剂通常是低熔点或能与主成分形成共晶的氧化物如Bi2O3、B2O3、V2O5、ZnO以及低熔点玻璃如B2O3-ZnO-V2O5玻璃等。
传统固相法制备ZrxSnyTizO4(x+y+z=2)陶瓷,即使在1600℃的高温下也难以获得致密的陶瓷材料,但加入氧化物如BaO、V2O5、SrO等作为烧结助剂,材料的烧结温度则可下降200~400℃[4,5]。BaO-Ln2O3-TiO2系材料的烧结温度高达1300℃以上,Yong Zheng等[6]研究了Bi2O3掺杂对Ba6-3x(Sm0.2Nd0.8)8+2xTi18O54(x=2/3)陶瓷的影响,认为加入适量Bi2O3可使材料的烧结温度下降约130℃。另外,B.H.Jung等[7]对BaO-Nd2O3-TiO2(BNT)材料进行掺杂玻璃La2O3-B2O3-TiO2的研究,结果表明掺杂60%(质量分数)的玻璃后,材料在850℃左右即可烧结,但是由于掺杂量过多,导致材料中主晶相发生变化,从而使其微波介电性能较大程度地恶化(εr=19.9,Q·f=8218GHz以及τf=76.8×10-6/℃)。
2.2 使用超细粉体及采用化学合成法合成微细粉体
降低粉料粒度、增加粉体比表面积以及增加粉体的化学反应活性等可以增大烧结动力,提高烧结活性,从而有效地降低烧结温度。因此,通过强化细磨工艺获得颗粒度较细的粉体可以在一定程度上降低材料的烧结温度。目前,强化细磨工艺主要是采用高能球磨、砂磨等设备进一步降低粉体的粒径,从而达到降低烧结温度的目的。
另外,采用化学合成法获得微细粉也可以在一定程度上降低烧结温度。化学合成方法比较多,包括溶胶-凝胶(Solgel)法、共沉淀法、燃烧法等[8,9]。在微波介质陶瓷粉体的湿化学法制备中,溶胶-凝胶法是研究得最多的方法之一。龙艳平等[10]采用溶胶-凝胶法,在650℃的低温下合成出Li2O-Nb2O5-TiO2系“M-相”材料粉体,且烧结获得的陶瓷材料具有优良的微波介电性能。共沉淀法是在各组分可溶性金属盐溶液里加入一定量的沉淀剂,使得各种组分元素的金属离子共同形成沉淀的一种制粉方法。Li-Wen Chua等[11]采用共沉淀法,以BaCl2.2H2O、TiCl4为原料,用(NH4)2CO3及NH4OH调节其pH值,并将得到的沉淀物在800~1000℃合成就可得到Ba2Ti9O20,其中1000℃合成的粉体成型后在1300℃烧结,具有优良的微波介电性能(εr=39,Q·f=21540GHz)。
不过,目前采用化学法合成微波介质陶瓷粉体还处于研究阶段,离工业化及产业化还有一段距离,如何结合固相反应法与湿化学合成法的优点,探索新的、更为经济的低温烧结微波介质陶瓷制备方法还有待于进一步发展。
2.3 采用特殊的烧结方式
常压固相烧结是最传统的制备微波介质陶瓷的方法,其工艺成熟,所需设备最简单,成本最低廉,但是由于该制备方法本身的局限性,制备的微波介质陶瓷材料难以满足社会越来越高的要求。因此,随着材料科学的高速发展,一些特殊的烧结方法逐渐被用于制备陶瓷材料,现在应用较多的特殊烧结方法有微波烧结、放电等离子烧结、热压烧结及热等静压烧结等几种。
一般来说,微波烧结温度可比普通烧结温度低50~100K。O.P.Thankur采用微波烧结方法制备了Ba0.95Sr0.05-TiO3陶瓷,发现微波烧结获得的材料孔隙率大大下降,材料的介电常数也得以提高[12]。放电等离子烧结(SPS)技术在微波介质陶瓷材料中也已得到运用[13,14],Guo等[13]采用SPS烧结方法制备Ba6-3xSm8+2xTi18O54(x=2/3),材料的烧结温度降低了约300℃。Jun Hong Noh等[14]采用SPS方法制备了纳米TiO2陶瓷,晶粒尺寸达300nm,陶瓷在760℃即可烧结致密,并具有良好的微波介电性能(εr=115.6,Q·f=26000GHz)。热等静压烧结(HIP)是一种在高温高压同时作用下物料受等静压制作而收缩致密的工艺技术。成都电子科技大学使用HIP研究BaO-Nd2O3-TiO2系材料,使材料的相对介电常数由通常的80以下提高到85~90[15]。
总体而言,由于特殊烧结设备昂贵、成本高等原因,目前采用特殊烧结方式制备微波介质陶瓷材料的报道不多,相关研究还有待于进一步发展,但基于上述特殊烧结方法的优点,且随着科技的不断发展,利用它们制备微波介质材料的研究将越来越多。
2.4 选用固有烧结温度低的材料
尽管添加适当氧化物烧结助剂或低熔点玻璃进行液相烧结可以降低陶瓷材料的烧结温度,但是若掺量太少,降低的程度有限,若掺量过多,降低烧结温度的同时材料的微波介电性能会恶化。采用化学合成方法则需要复杂的处理步骤,工艺复杂,不利于缩短微波元器件的生产时间和降低成本。而制备微波介质陶瓷材料的特殊烧结工艺还很不成熟,并且特殊烧结工艺本身的成本也高。因此,除了上述几种降低材料烧结温度的方法外,科研工作者还致力于寻求固有烧结温度低的材料。寻求和选用固有烧结温度低的材料是目前实现微波介质陶瓷低温烧结的趋势以及研究热点之一。目前已报道的固有烧结温度低的材料体系主要有Bi2O3-ZnO-Nb2O5系[16]、BiNbO4系[17]、ZnO-TiO2系[18,19]、Li2O-Nb2O5-TiO2系以及其他一些材料。由于这些材料的固有烧结温度低,相比之下,降低它们烧结温度的难度就得以大幅度降低,一般加入很少量的低熔点氧化物就可降低材料的烧结温度,同时保持良好的微波介电性能。
近年来,Li2O-Nb2O5-TiO2(LNT)体系陶瓷材料由于具有较低的烧结温度(约1100℃)以及优异的微波介电性能,引起了广泛关注。Albina Y.Borisevich等首次报道了LNT体系中“M-相”Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3的优异微波介电性能[20],并以V2O5为烧结助剂对该体系进行了低温烧结[21],发现少量的V2O5可使该体系陶瓷的烧结温度降到900℃。之后,不少研究者对LNT材料体系展开了研究[22,23]。Dong Heon Kang等[22]研究了Li2O-V2O5烧结助剂对Li1.0Nb0.6-Ti0.5O3陶瓷的影响,发现掺杂0.5%(质量分数)0.17Li2O-0.83V2O5,在850℃烧结获得的陶瓷具有优良的微波介电性能(εr=64.5,Q·f=5933GHz以及τf=9.4×10-6/℃)。张启龙等[23]研究了V2O5存在状态对Li1.05Nb0.55Li0.55O3陶瓷料浆特性、介电性能的影响及其烧结机理,采用LTCC工艺制备了外形尺寸为4.5mm×3.2mm×2.0mm的多层高通滤波器。管恩祥等[24]则研究了B2O3-ZnO-La2O3(BZL)玻璃对Li1.0Nb0.6Ti0.5O3烧结行为、结构以及性能的影响。李邵纯等[25]对Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3进行了水基流延成型制备陶瓷薄膜的研究,为LNT“M-相”陶瓷材料的产业化奠定了一定的基础。
曾群等对Li2O-Nb2O5-TiO2(LNT)进行了系列研究,并且对LNT体系的研究不局限于“M-相”区域中,不仅对具有高介电常数的“M-相”陶瓷材料进行了低温烧结研究,而且在LNT体系中开发探索了具有低介电常数、中介电常数及介电常数可调的新型微波介质陶瓷材料,对材料的组成、结构及微波介电性能之间的关系进行了探讨,同时对新材料进行了一系列的低温烧结研究[26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37]。曾群等采用多种途径对“M-相”Li1.0Nb0.6Ti0.5O3材料进行了低温烧结研究,通过砂磨工艺,制得了粒度更细、分布更均匀的Li1.0Nb0.6Ti0.5O3陶瓷粉体,在一定程度上降低了材料的致密化温度[26];并对其进行了掺杂少量B2O3的低温烧结研究[27];另外,通过设计材料配方,在Li2TiO3固溶体(Li2TiO3ss)区域内探索制备了具有低介电常数的新型LNT陶瓷[28]。结果表明,Li2+xNb3xTi1-3xO3(x=0.01、0.02、0.04、0.06、0.081)介质陶瓷材料具有单斜Li2TiO3固溶体(Li2TiO3ss)相结构,并具有优异的微波介电性能(εr=19~24,Q·f值高达60000GHz,τf可调)。同时,他们对Li2+xNb3xTi1-3xO3(x=0.081)材料进行了掺杂V2O5的低温烧结研究[29],结果表明,当添加1%(质量分数)V2O5时,在920℃烧结获得的样品具有良好的微波介电性能(εr=21.5,Q·f=32938GHz,τf=6.1×10-6/℃)。此外,在LNT三元相图的“M-相”及Li2TiO3ss两相共存的区域内,曾群等首次报道了具有中等介电常数的2种LNT系陶瓷材料即5Li2CO3-1Nb2O5-5TiO2(记为A)及11Li2CO3-3Nb2O5-12TiO2(记为B)。上述2种材料经1100℃烧结后,都具有特殊的子结构——片状“类珠光体”结构以及优异的微波介电性能(A陶瓷:εr≈36,Q·f值约为10482GHz(5.9GHz),τf≈12.2×10-6/℃[30];B陶瓷:εr≈49,Q·f值约为9500GHz(5GHz),τf≈22×10-6/℃[31])。此外,为了进一步降低其烧结温度至900℃附近,对A陶瓷进行了掺杂V2O5及B2O3的低温烧结研究[32,33],结果表明,添加少量的烧结助剂,材料的烧结温度得以降低的同时,样品仍保持优异的微波介电性能。为了进一步简化工艺以及降低成本,还对A陶瓷进行了低温反应烧结研究[34],掺杂1%(质量分数)B2O3的样品在900℃低温反应烧结后,材料具有相对优异的微波介电性能(εr达41,Q·f值达9885GHz,τf值约为43.6×10-6/℃)。在上述研究基础上,曾群等还通过简单复合“M-相”及Li2TiO3ss两相,设计并分析研究了介电常数在较大范围内可调(εr为20~60)的新型LNT陶瓷材料[35]。Zhou等[36,37]对LNT体系中具有中等介电常数的材料也进行了初步研究,制备获得了5.7Li2CO3-Nb2O5-7.3TiO2以及3Li2CO3-Nb2O5-3TiO2具有中等介电常数的陶瓷,并对这2种陶瓷进行了低温烧结研究。结果表明,添加少量B2O3,可以使5.7Li2CO3-Nb2O5-7.3TiO2陶瓷材料的烧结温度从1100℃降低至约900℃,并且不引起材料微波介电性能的大幅度下降;在3Li2CO3-Nb2O5-3TiO2材料中掺杂2%B2O3-CuO混合物,材料的烧结温度降低至900℃以下,同时保持着良好的微波介电性能。
可见,固有烧结温度低的Li2O-Nb2O5-TiO2体系陶瓷材料发展十分迅速。目前,已开发出多种性能优异的新型LNT微波介质陶瓷材料,其应用前景广阔,十分值得研究者们进一步深入研究。
3 目前低温共烧陶瓷所存在的问题
到目前为止,在低温烧结微波介质陶瓷方面虽然取得了一定的成果,但仍有一些问题有待解决。对一些材料体系而言,实现材料的低温化并不难,难点是在实现低温化的同时,保持良好的综合微波介电性能。很多材料在高温烧结时具有优异微波介电性能,而在低温化后性能恶化。因此,在降低烧结温度的同时,如何协调εr、Q·f、τf之间的关系,解释相互制约影响的物理机制等是目前急需解决的问题之一。
此外,在低温烧结助剂的选择方面也还未形成成熟的理论基础,低温烧结动力学分析以及相组成、微观结构与介电性能之间的内在规律的分析研究还不深入,大多仍然是以实验经验为主,缺乏相关的理论分析研究,材料研究与器件的设计以及工艺也未能很有效地结合。
铁氧体磁性材料烧结技术 篇10
随着近代科学技术的发展,磁性材料已被广泛应用于磁性器件中,如雷达、通信、广播、电视、电子计算机、自动控制、仪表仪器等,用以实现转换、传递、存储等功能。磁性材料按其组成和结构可分为金属磁性材料和非金属磁性材料两大类,金属在高频和微波频率下将产生巨大的涡流效应,导致金属磁性材料无法使用,而非金属磁性材料的电阻率非常高,有效地克服了涡流效应,从而得到广泛的应用。
非金属磁性材料一般是含铁及其它元素的复合氧化物,故又称铁氧体磁性材料[1]。对于新型功能材料来说,配方是基础,成型是条件,烧结最关键。目前,铁氧体磁性材料在配方和成型方面都有很大的进步,唯有烧结还是一个令国内外学者“头疼”的问题[2]。针对这一现状,本文综述了铁氧体磁性材料的烧结技术,包括固相烧结、液相烧结、等离子体烧结以及微波烧结,分析了不同烧结技术的机制、发展现状、优缺点及其改进措施,介绍了纳米铁氧体磁性材料烧结状况,指出了铁氧体磁性材料今后的发展趋势及研究方向。
1 铁氧体磁性材料烧结
1.1 固相烧结
固相烧结是制备磁性材料的传统方法,由于其操作简单,不需特殊设备,因此成为实际生产磁性材料的主要方法。但该方法存在烧结温度高、烧结气氛不易控制等缺点,为克服固相烧结的不足,研究者对其进行改进,探索更佳的成份组成和工艺条件。邓尚斌[2]通过对Mn Zn铁氧体的研究发现,要想获得高性能的Mn Zn铁氧体,必须采用平衡气氛烧结。这是因为Mn Zn铁氧体的r(氧化度即吸氧的程度)值会影响烧结后陶瓷的性能,只有当铁氧体的吸氧速率和放氧速率相等,达到动态平衡气氛时,r值保持不变,因此只要找到合适的r值就可实现气氛平衡。另外,配方选定后,选出最佳的r值,也是获得最佳Mn Zn铁氧体的关键。研究表明,因为不同配方和不同r值的尖晶石铁氧体具有互相平行的氧分压~温度(Po2~T)曲线,所以按某条曲线保温和降温都可获得r为定值的均匀产品。按不同的曲线保温和降温,都可找出最佳的r值。随着电子整机系统向集成化、智能化、平面贴装化、小型轻量化的发展,要求电源向高频化发展,而高频化电源的核心是高频低损耗的功率铁氧体材料。余忠等[3]研究了固相烧结工艺条件对高频Mn Zn功率铁氧体性能的影响,发现要获得高性能的高频Mn Zn功率铁氧体材料,必须严格控制烧结温度、保温时间和氧分压气氛。过高的烧结温度和过长的保温时间会使磁芯内Zn的挥发加剧,材料内部气孔迅速膨胀,内应力增加,导致材料的起始磁导率和烧结密度降低,而电阻率大幅下降,损耗大幅增加;然而烧结温度过低,保温时间过短,固相反应不充分,也不利于性能的提高,最佳烧结温度和保温时间分别为1230~1240℃,3小时。此外,随着Po2的降低,磁芯内气孔减少,材料磁导率和密度增大,电阻率降低,损耗增大;当Po2低于5%后,烧结密度不再继续增加。高性能Mn Zn铁氧体,特别是高磁导率Mn Zn铁氧体的起始磁导率μi对Zn含量极其敏感,在烧结过程中由于Zn含量的损失将导致起始磁导率μi严重下降。为克服这一难题,台湾学者Chen[4]等人研究发现,将Mn Zn铁氧体制品置于Ca O部分稳定的Zr O2(Ca-PSZ)承烧板上进行烧结,Zn的损失不明显,因而对Mn Zn材料起始磁导率μi未产生明显影响。尽管采用承烧板能够获得性能良好的铁氧体磁性材料,但承烧板本身的品质对其应用的推广起着至关重要的作用,要做到价廉质优,长寿命,还需要进一步研究。
1.2 液相烧结
液相烧结是指在未烧结的陶瓷粉体中加入助熔剂,烧结过程中使其成为液相,从而降低烧结温度,提高陶瓷致密度。液相的黏度、表面张力以及颗粒或气孔的尺寸将决定致密化的速度,故烧结温度的控制是液相烧结的重要控制因素,另外坯件的组成也可以改变烧结致密化速率。
液相烧结方法的使用大大推动了各种片式电子元器件和表面组装技术的研制和应用。在这类元件的制备工艺中,作为磁性介质的软磁铁氧体将与银内导线共烧形成“独石”。为此,要求铁氧体材料在较低的温度下能够烧结形成陶瓷体。周济[5]等研究了不同Bi含量对NiZn-Cu铁氧体相形成、显微结构和磁性能的影响。结果表明:适量Bi的加入确实降低了Ni-Zn-Cu铁氧体烧结温度,940℃就得到了结晶完好的相结构;另外,起始磁导率也被大幅度提高,最高起始磁导率μi可达475,大大高于未掺杂的起始磁导率μi=205。这主要是Bi在材料烧结过程中的助熔作用使瓷体的晶粒有所增大,气孔减小,致密度增大。但Bi的引入却导致了某些杂相的形成;Bi含量较高时,样品中局部出现了明显的玻璃态相,使得起始磁导率显著降低,致密度下降,因此液相烧结时,要严格控制Bi的加入量。过量的Bi使得陶瓷中出现杂相,但Bi含量太少时不能显著降低烧结温度。为克服这一矛盾,苏桦[6]等对Ni-Zn-Cu铁氧体进行Bi2O3-Mo O3复合掺杂。结果发现:0.3wt%Bi2O3-0.15wt%Mo O3复合掺杂不仅降低了共烧温度(850~900℃),而且避免了因Bi2O3过量引起铁氧体磁性能下降和共烧时Ag的迁移,实现了软磁Ni-Zn-Cu铁氧体将与银内导线低温共烧。另外,900℃烧结,材料具有令人满意的致密度5.17g/cm3和磁导率840。这是因为Bi2O3(熔点为825℃)、Mo O3(熔点为800℃)均为低熔点物质,从而显著地降低材料的烧结温度;过渡液相烧结可促使晶粒长大,样品致密化,磁导率升高。之后,Su[7]等又研究了Bi2O3-WO3复合掺杂对Ni-Zn-Cu铁氧体烧结和磁性能的影响,与Mo O3不同,WO3(熔点为1473℃)不是低熔点化合物。实验表明:1.5wt%Bi2O3和0.3wt%WO3掺杂Ni-Zn-Cu铁氧体的致密度与含2wt%Bi2O3的相近,但起始磁导率(681)和品质因数(98)却远大于含2wt%Bi2O3的,这说明WO3的加入能够促进晶粒长大,使陶瓷致密,提高磁性能,而过量的Bi2O3破坏铁氧体材料的磁性能;当WO3大于0.3wt%时,材料的致密度和磁性能均下降,这是因为过量的WO3将促进晶粒异常长大使得陶瓷样品中出现孔洞。Bi2O3作为液相助熔剂被广泛使用,Kong[8]等研究了Bi2O3掺杂对Mg Fe1.98O4铁氧体的影响,发现少量Bi2O3的加入大大改善了Mg Fe1.98O4铁氧体低致密度、晶粒长大缓慢的缺点,这是因为高温烧结(≤1100℃)过程中,低熔点的Bi2O3形成液相促进晶粒长大,提高致密度。在铁氧体低温烧结研究中,除了加入低熔点氧化物外,还可以通过加入玻璃添加剂降低烧结温度。Wang[9]等分别利用PbO·SiO2和PbO·B2O3作为添加剂加入Ni-Zn-Cu铁氧体中,分析玻璃相添加剂对Ni-Zn-Cu铁氧体的致密度,微结构及磁性能的影响。实验结果表明,采用PbO·SiO2作为添加剂烧结温度更低,Ni-Zn-Cu铁氧体具有更高的电阻,高的品质因数,高的矫顽场;另外PbO·SiO2在阻碍晶界运动和抑制晶粒增长方面效果显著。同时,该实验也表明添加剂量对陶瓷致密度、微结构、磁性质没有大的影响。
1.3 等离子放电烧结
“等离子放电烧结”(Spark Plasma Sintering,SPS)又称“等离子活化烧结”(Plasma Activated Sintering,PAS),是20世纪90年代出现的材料制备新技术之一[10]。与热压烧结不同,它是利用脉冲大电流直接施加于模具和样品,产生体热,实现快速烧结,有效地抑制颗粒长大,提高致密度。同时,脉冲电流引起颗粒间的放电效应,可净化颗粒表面。
Mn-Zn铁氧体是一种应用广泛的高频软磁材料,为减小高频(1MHz以上)涡流损耗,需要细化晶粒。张东明[11]等采用共沉Mn0.55Zn0.40Fe2.25O4粉在1000℃煅烧,然后用SPS技术合成,获得了晶粒细小(约1μm)的致密材料(相对密度>99%)。晶粒细化后,材料的矫顽力Hc有所增高,但涡流损耗约降为传统烧结方法的1/3。钴铁氧体具有高的矫顽磁场和强的磁各向异性能,有望成为永磁和高密度记录磁性材料。致密纳米结构的钴铁氧体将会大大改善陶瓷的磁性能,尤其是提高矫顽场,传统烧结很难保证块材中粉末性质,SPS烧结技术被认为能够攻破这一难题。Millot[12]等对钴铁氧体纳米粉体进行SPS烧结,合成了具有纳米结构的钴铁氧体,研究了烧结参数对晶粒生长和陶瓷致密性的影响。XRD表明:所有样品均为尖晶石结构,但对于某些样品存在Co O杂相,并且随烧结温度的升高,Co O相的含量增加。这是因为SPS烧结时间短,尖晶石相中的钴不能完全溶解而导致,另外烧结温度的升高加快了钴的迁移。由XRD分析可知,800℃烧结的样品微晶尺寸为31nm,900℃烧结的样品的微晶尺寸为29nm,这表明烧结温度对晶粒生长无明显影响。魏平[13]等研究了二价铁过量M型钡铁氧体的等离子体放电烧结,克服了传统热处理工艺制备的Ba M块体材料存在显微结构不均匀、磁性能不理想的难题。实验表明:850℃烧结、保稳30min、压力10MPa合成了高致密度的单相Fe2+过量Ba M材料,饱和磁化强度为58.2A·m2·kg-1,矫顽力为255k A·m-1,说明Fe2+占据自旋向上的2a磁晶位。压电-铁氧体复合陶瓷具有强的磁电效应,被认为是最具应用前景材料之一,然而要获得性能良好的复合陶瓷材料,目前还存在很多需要克服的问题,烧结就是其中之一。采用传统高温陶瓷烧结技术往往会引入一些不可预料的杂质相,使得复合陶瓷材料性能下降。为解决这一问题,Jiang[14]等采用SPS技术合成x Ni Fe2O4-(1-x)Pb(Zr,Ti)O3(简写x NFO/(1-x)PZT)复合陶瓷,研究了SPS工艺参数对陶瓷的影响。实验结果表明:0.3NFO/0.7PZT样品,随着烧结温度提高(900℃~1050℃),陶瓷致密度升高、介电常数和介电损耗增大,但电阻率下降、极化困难、压电性能降低。900℃烧结,陶瓷密度为理论值的97%,漏电流小,很容易极化,压电常数d33达最大值40p C/N。样品的磁电系数随外磁场H趋于最大值Hm而急剧增大,随后迅速降低,900℃烧结的0.3NFO/0.7PZT样品表现出最大的磁电效应,这是因为该样品具有大的品质因数和小的介电常数。
1.4 微波烧结
微波烧结是利用在微波电磁场中材料的介质损耗使陶瓷加热至烧结温度而实现致密化的快速烧结新技术。微波烧结具有以下优点:一,极快的加热和烧结速度。传统陶瓷的加热是通过试样由表及里的传导来达到温度均匀的,由于多数陶瓷的导热性差,加热和烧透需要很长时间,而微波加热是材料内部整体同时加热的,升温速度快,一般可达到500℃/min以上,从而大大缩短烧结时间。二,经济、简便地获得2000℃以上的高温。一般地,温度达到2000℃以上的加热炉,由于对加热元件和绝热材料的苛刻要求,制造和使用成本很高,使得整个大工业应用受到限制。三,由于微波烧结的速度快,时间短,从而避免了烧结过程中晶粒的异常长大,最终可获得具有高强度、高韧性和高致密度的超细晶粒结构。Tsay[15]等研究了微波烧结的Ni-Zn-Cu铁氧体,发现采用微波烧结能够大大降低烧结温度,850℃下就获得了致密度大于95%TD的Ni-Zn-Cu铁氧体陶瓷。因此该技术被期望在多层片式感应器中能够降低烧结温度,促进内电极Ag和铁氧体共烧。此外,XRD分析表明烧结过程没有产生第二相,克服了液相烧结由于添加氧化物而引进的第二相。与其他烧结技术相比,微波烧结参数对铁氧体材料的性质影响不大。Tsay[16]等对微波烧结(Bi0.75Ca1.2Y1.05)(V0.6Fe4.4)O12磁性材料的研究表明:1030℃仅需30分钟陶瓷就获得致密度达96.5%的瓷体;与传统烧结晶粒尺寸(约4-16微米)相比,采用微波烧结的材料具有更小的晶粒(约1.2微米),这将抑制材料低频磁化过程,导致大的矫顽场和低的起始磁导率,但对微波磁性能和共振线宽的破坏不明显。M型钡铁氧体Ba Fe12O19(Ba M)具有高的饱和磁化强度、强的磁晶各向异性、良好的化学稳定性和耐磨损性,广泛用作永磁体、微波装置、吸波材料和磁记录介质,然而高的烧结温度限制了其在片式微波装置中的应用。Yang[17]等人采用微波烧结技术合成了Ba M铁氧体,研究了其微观结构和磁学性能。XRD测试结果表明:840℃低温下保温2小时能够合成单相Ba M铁氧体,烧结温度和烧结时间由传统烧结的1000℃22小时降为840℃2小时;另外,SEM显示,采用微波烧结,陶瓷的晶粒大于传统烧结,陶瓷致密度得到提高,这是因为烧结过程中Ba M铁氧体吸收微波获得更多的能量;M-H曲线表明,采用微波烧结的铁氧体具有更好的性能:饱和磁化强度为53.6emu/g、矫顽力为623.8Oe;介电频谱和磁导率频谱表明,微波烧结的陶瓷具有更大的介电常数和更高的磁导率。从以上分析可以看出,微波烧结技术不仅能够大大降低烧结温度,而且避免了其他烧结技术的不足,因此微波烧结对于低温陶瓷共烧(LTCC)技术和片式微波旋磁器件的制备有着潜在的重要性。
2 纳米磁性材料烧结
纳米材料的发展是近些年研究的热点。纳米磁性材料由于晶粒尺寸小、比表面大、表现出许多与传统常规尺寸材料不同的物化性能,具有十分诱人的应用前景。郭秀盈[18]等采用水热法合成了纳米Mn-Zn铁氧体,样品粉末的TEM显微图像观察到晶粒呈球形,粒径均匀(约为15~25nm),而且晶粒的分散性好,无团聚。在研究Mn/Zn含量对晶格常数和样品粒径影响时,发现随Zn含量的增加,Mn含量减少,样品粒径和晶格常数逐渐减小。这是因为,使得晶格常数减小,从而导致样品粒径减小。另外,在晶粒长大过程中Mn比Zn更易于聚集成核也是减小样品粒径的原因。实验还发现,纳米晶的比饱和磁化强度随Zn含量的增加先呈下降趋势,后又呈上升趋势,在0.5附近出现一峰值,然后又呈下降趋势。这说明纳米尺寸的Mn-Zn铁氧体内的离子在A位和B位晶格上的分布与常规尺寸的Mn-Zn铁氧体的离子分布不同。众所周知,陶瓷粉体烧结活性越高,烧结温度就越低,致密度就越好。Vital[19]等人采用火焰喷射合成(FSS)法制备了具有高烧结活性的(Mg-Cu)Zn铁氧体纳米晶粒,研究了晶粒尺寸的大小、烧结活性以及磁学性能。TEM显微图像表明,采用FSS合成的(Mg-Cu)Zn铁氧体的晶粒尺寸约为6~13nm,在没有任何助溶剂情况下,900℃烧结2小时得到密度为5.05g/cm3,大于传统方法制备的陶瓷体密度4.91g/cm3。另外,材料表现出良好的磁性能,1MHz的磁导率为600,饱和磁化强度为80emu/g。良好的烧结性和磁性能均归功于FSS法合成的纳米晶粒尺寸较小,烧结活性高。
3 结语