使用高度分散的细粉的纯氧化物陶瓷在热态浇注成型过程中很难密实或均匀分布，不利于最终产品的烧结。陶瓷制品成型时利用超声波对细粉体系进行活化，能够提高成型效果，这是陶瓷制品成型工艺中一种有前景的方法，通过超声波来改变细粉的结构状态，这种结构的变化能够影响到烧结过程中固结体的流动特点。俄罗斯研究人员研究了利用强化超声波热浇注法成型氧化铍抗热震陶瓷的烧结过程。
    试样是由氧化铍细粉和热塑性结合剂制备的泥浆在超声波作用下浇注成型，成型坯体在1 200 ℃的电炉内空气中预烧，去除结合剂成分。试样最终烧成在真空炉内进行，其烧成制度：在20~1 000℃范围内升温速度15℃•min－1，1 000~1 900 ℃范围内升温速度5℃•min－1，最高温度下保温2~10 h。
    陶瓷制品的烧结动力学曲线和结构特点表明，试样浇注阶段的超声波处理对陶瓷后期的烧结具有积极作用。与对比试样相比，二者要达到同样的密度，经超声波处理试样的收缩减少10％~20％，烧结时间缩短。陶瓷的烧结参数和特点见表1。
    表1 陶瓷的烧结参数和性能特点
试样编号 泥浆中结合剂含量/％ 超声波功率/kW 最终收缩率/% 温度/℃ 体积密度/(g•cm－3) 气孔率/%
     生坯 制品 生坯 制品
        显气孔率 闭气孔率 总气孔率
P1－0 11.2 0 8.57 1 800 2.18 2.82 27.5 4.6 1.7 6.3
P1－3 11.2 3 6.74 1 650 2.35 2.92 21.9 0.0 3.0 3.0
P2－0 9.5 0 7.70 1 850 2.26 2.87 26.2 2.5 2.1 4.5
P2－3 9.5 3 8.07 1 800 2.27 2.91 24.6 1.1 2.2 3.3
    在结合剂含量较高的泥浆浇注试样中，超声波处理对烧结动力产生的作用最明显。超声波在很大程度上促进陶瓷的致密化。试样的收缩动力数据表明，使用超声波成型试样有较强烈的烧结，超声波的功率对所有试样的烧结性和收缩速度都产生影响。
    浇注试样密度变化不是影响烧结动力的惟一因素。超声波处理细粉试样所产生的烧结活性也取决于固相的结构和亚结构水平上的变化。电子显微镜和X射线衍射分析结果表明，超声波处理可引起粒度组成的变化，超声波处理时间过长、强度过大也会引起晶体结构参数的变化。
    在毛细管力作用下，烧结的中温阶段，试样活化烧结动力与多晶材料转变的机理高度一致。在这种情况下，致密速度的绝对值能够通过局部不均匀扩散流动理论来进行评价，其中，沿颗粒边界的滑动、通过颗粒间的弥散性物质转移所造成的颗粒形状的微变化，起到了主要作用。同时，高温下试样的烧结动力受制于亚晶粒的扩散性膨胀。
    总之，材料均匀性、成型过程中细粉较致密堆积和超声波处理时细粉中颗粒与晶体的破坏和缺陷增加等一些关键因素的变化有助于强化烧结，可以达到降低烧结温度（50~150 ℃）、减少收缩（10％~20％）的目的。减少烧结收缩有利于提高烧成品的合格率，降低烧成温度能够延长热工设备的寿命，减少陶瓷产品生产过程中的能耗。这说明陶瓷成型时使用超声波具有一定的合理性，利用这一研究结果能够预测经超声处理后纯氧化物陶瓷的烧结性能。
（编译自俄刊《耐火材料与工程陶瓷》2009，№7~8）