本发明专利技术公开了一种陶瓷烧结装置和陶瓷烧结方法，陶瓷烧结装置，包括：密闭容器，用于盛放陶瓷生坯；电源装置，用于与所述陶瓷生坯电性连接以向所述陶瓷生坯施加电压进行烧结得到陶瓷；滴液装置，与所述密闭容器相连接并用于向所述陶瓷生坯滴加液体。利用本发明专利技术提供的陶瓷烧结装置能够同时实现陶瓷烧结和调整表面性能的效果，且流程与操作较为简单，具有良好的应用前景。好的应用前景。好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
陶瓷烧结装置和陶瓷烧结方法
[0001]本专利技术涉及陶瓷材料制备
，特别涉及一种陶瓷烧结装置和陶瓷烧结方法。
技术介绍
[0002]陶瓷材料在电子、化工、航天以及医疗等领域有着广泛的应用。长时间的高温烧结不仅耗时耗能，还会产生陶瓷晶粒显著生长的问题，即使是纳米尺寸的粉体，烧结后其晶粒尺寸也会增长到微米大小。此外高温烧结后陶瓷的温度很高，目前还没有得到有效利用。
技术实现思路
[0003]有鉴于此，有必要提供一种能够解决上述技术问题的陶瓷烧结装置和陶瓷烧结方法。
[0004]本申请第一方面提供一种陶瓷烧结装置，包括：
[0005]密闭容器，用于盛放陶瓷生坯；
[0006]电源装置，用于与所述陶瓷生坯电性连接以向所述陶瓷生坯施加电压进行烧结得到陶瓷；
[0007]滴液装置，与所述密闭容器相连接并用于向所述陶瓷生坯滴加液体。
[0008]本申请实施方式提供的陶瓷烧结装置，利用电源装置对陶瓷生坯进行施加电压，使得陶瓷生坯在电压和电流的作用下经闪烧烧结形成具有一定致密度的陶瓷，避免了传统需要长时间高温烧结的弊端。在使用该陶瓷烧结装置时，烧结中的陶瓷生坯具有较高的温度，烧结过程中利用滴液装置在具有较高温度的陶瓷生坯上滴加液体，利用烧结中陶瓷生坯表面的高温作为高温反应平台，液体与高温的陶瓷生坯在强电场的条件下发生固液反应，从而使得烧结成型后的陶瓷表面性能得到了调整，改变了陶瓷的表面性能，且通过滴加不同的液体来调控烧结成型的陶瓷中掺杂不同的离子，同时有效地利用了烧结中陶瓷生坯表面的高温作为高温反应平台。利用本申请提供的陶瓷烧结装置能够同时实现陶瓷烧结和调整表面性能的效果，且流程与操作较为简单，具有良好的应用前景。
[0009]根据本申请的一些实施例，滴液装置用于向烧结过程中的陶瓷生坯滴加液体。控制滴液装置在陶瓷生坯烧结形成陶瓷的过程中滴加液体，利于陶瓷进行表面改性。
[0010]根据本申请的一些实施例，所述电源装置为高压交流电源，能够根据需求提供不同大小的电流。
[0011]根据本申请的一些实施例，所述电源装置包括电压测量装置和/或电流测量装置。本申请的电源装置可以仅使用电压测量装置，仅使用电流测量装置，或者同时使用电压测量装置和电流测量装置。电压测量装置可以例举的有电压表，电流测量装置可以例举的有电流表，利用电压测量装置和电流测量装置可以测量和控制施加在陶瓷生坯上的电压和电流。
[0012]根据本申请的一些实施例，所述滴液装置包括液滴流量控制装置和液滴生成装
置，所述液滴流量控制装置用于控制注入所述液滴生成装置的液体流量。在一些实施方式中，所述液滴流量控制装置为台式注射泵，由注射泵、控制器、电源适配器组成。注射泵主体由透明亚克力支架和工业铝型材构成，可夹持直径合适的注射器，使用控制器操控步进电机进行高速或者定速运动，从而控制注射器的液滴流量。
[0013]根据本申请的一些实施例，所述液滴生成装置为注射器。
[0014]根据本申请的一些实施例，还包括与所述密闭容器连接的输气装置，所述输气装置用于向所述密闭容器输入气体，所述密闭容器开设有出气口，所述气体通过所述出气口排出。
[0015]根据本申请的一些实施例，所述气体为氧气、惰性气体或还原气体。在密封容器的环境中，可以根据需要提供惰性气氛、还原性气氛等，且能通过出气口实现废气排出。当制备氧化物陶瓷时，可以选择通入氧气可以提供氧气气氛，当制备碳化物陶瓷时，可以选择通入还原气氛或惰性气氛，防止材料被氧化。
[0016]本申请第二方面还提供一种陶瓷烧结方法，包括以下步骤：
[0017]提供陶瓷生坯，并将所述陶瓷生坯与电源装置接通，对所述陶瓷生坯施加电压，逐渐升高所述电压至目标电压；
[0018]保持流经所述陶瓷生坯的电流密度恒定，向所述陶瓷生坯滴加液体，烧结得到陶瓷。
[0019]本申请提供的陶瓷烧结方法，利用电源装置对对陶瓷生坯进行施加电压，不断升高电压使得陶瓷生坯发生沿面放电或内部放电，在保持流经陶瓷生坯的电流密度恒定时滴加液体，滴加的液体用于控制陶瓷烧结成型后的表面性能，最终使得陶瓷生坯在烧结形成具有较高致密度陶瓷的过程中实现表面改性。利用本申请提供的陶瓷烧结方法能够在较低炉温下实现陶瓷快速致密化，能够显著降低陶瓷烧结温度、提高烧结效率而且可以实现精确控制材料的结构和性能。陶瓷在烧结过程中迅速升温，本申请利用其作为良好的高温反应平台，在陶瓷生坯上滴加液体，利用液体和高温的陶瓷固体在强电场的条件下发生固液反应，以此来调控陶瓷表面性能，通过控制滴加的液体来实现不同离子的掺杂，操作简单，利用本申请提供的陶瓷烧结方法能够实现陶瓷烧结成型和陶瓷表面性能调整，具有良好的应用前景。
[0020]根据本申请的一些实施例，保持流经所述陶瓷生坯的电流密度为10～150mA/mm2。控制流经陶瓷生坯的电流密度为10～150mA/mm2，过低的电流密度无法保证陶瓷生坯的快速致密，过高的电流可能使得陶瓷急剧收缩、导致局部过热而断裂。在流经陶瓷生坯的电流密度为10～150mA/mm2时滴加液体，利于形成表面改性且高质量的陶瓷。
[0021]根据本申请的一些实施例，所述陶瓷生坯与电源装置接通的方式为：在所述陶瓷生坯上设置第一电极和第二电极，将所述第一电极和第二电极与所述电源装置接通。
[0022]根据本申请的一些实施例，所述第一电极和所述第二电极的材质各自独立地选自金、导电银浆中的一种。可以采用喷金或者涂抹导电银浆的方式在陶瓷生坯上形成电极，从而使得陶瓷生坯后续能够与电源装置进行电性连接。
[0023]根据本申请的一些实施例，升高电压的速率为0.1～5kV/s。当升压速率小于0.1kV/s时，烧结过程过慢，不利于闪烧的发生，当升压速率高于5kV/s时，过快的升压可能使得陶瓷生坯的两端直接击穿起弧，从而会将与陶瓷生坯两端连接的导线熔断。
[0024]根据本申请的一些实施例，所述目标电压为1～20kV。
[0025]根据本申请的一些实施例，所述陶瓷生坯的形状为圆柱体、长方体、狗骨头形状中的至少一种。
[0026]根据本申请的一些实施例，所述陶瓷的致密度大于等于90％。通过控制电源装置施加的电压和流经陶瓷生坯的电流，从而实现烧结成型后的陶瓷的致密度大于等于90％。
[0027]根据本申请的一些实施例，所述液体选自酸溶液、碱溶液、盐溶液中的一种。通过滴加含有不同离子的液滴，能够使得烧结成型的陶瓷中掺杂不同的离子，从而改变陶瓷的表面性能，制备出新颖功能特性的陶瓷。
附图说明
[0028]图1为本申请一实施方式提供的陶瓷烧结装置的结构示意图；
[0029]图2为本申请一实施例中滴加硫酸铜溶液后致密化陶瓷表面的SEM图；
[0030]图3为图2区域1对应的X射线能谱图；
[0031]图4为本申请一实施例中施加电压前后与闪烧前后的陶瓷样品表面温度分布图。
[0032]主要元件符号说明
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种陶瓷烧结装置，其特征在于，包括：密闭容器，用于盛放陶瓷生坯；电源装置，用于与所述陶瓷生坯电性连接以向所述陶瓷生坯施加电压进行烧结得到陶瓷；滴液装置，与所述密闭容器相连接并用于向所述陶瓷生坯滴加液体。2.根据权利要求1所述的陶瓷烧结装置，其特征在于，所述电源装置包括电压测量装置和/或电流测量装置。3.根据权利要求1所述的陶瓷烧结装置，其特征在于，所述滴液装置包括液滴流量控制装置和与所述液滴流量控制装置连接的液滴生成装置，所述液滴流量控制装置用于控制注入所述液滴生成装置的液体流量。4.根据权利要求1至3任一项所述的陶瓷烧结装置，其特征在于，还包括与所述密闭容器连接的输气装置，所述输气装置用于向所述密闭容器输入气体，所述密闭容器开设有出气口，所述气体通过所述出气口排出。5.一种陶瓷烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：提供陶瓷生坯...
【专利技术属性】
技术研发人员：王希林，吴昂轩，周宏扬，贾志东，王黎明，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：
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