PMMA微球陶瓷致孔烧结工艺FAQ

PMMA作为陶瓷致孔剂烧制陶瓷，陶瓷气孔率较大，达到40%以上，但是陶瓷强度太低了，和陶瓷结合不紧密，脱粉(陶瓷表面有粉末析出)比较严重，这个有办法改进吗？

PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗称有机玻璃）造孔剂烧成后强度低、脱粉严重的情况，根本原因在于PMMA分解后留下的气孔与陶瓷基体之间的界面结合太弱，形成了大量的“缺陷”而非“增强结构”。

简单来说，PMMA烧掉后留下的空洞是“悬空”的，周围的陶瓷材料没有形成坚固的骨架来支撑。改进的核心思路是：在引入气孔的同时，最大限度地保持和增强陶瓷基体本身的连续性及强度。

从工艺和材料方面进行改良

这是最直接且可能见效最快的方法。

1.优化烧结制度–这也是最关键的一步！

PMMA分解阶段（临界阶段）：PMMA的分解温度范围（~250-450°C）必须与陶瓷坯体的烧结收缩起始温度错开。如果坯体在PMMA大量分解前已经开始收缩，会封闭气孔，导致内部压力增大，撑裂坯体，形成巨大缺陷。

解决方案：在300-500°C之间设置极慢的升温速率，例如 0.5-1°C/min，并在此区间适当保温。目的是让PMMA有充足的时间缓慢、完全地分解并排出，而不对未烧结的陶瓷骨架产生破坏性应力。排胶阶段一定要在通风良好的条件下进行，避免产物回流。

最终烧结温度与保温时间：在不过度致密化的前提下，适当提高烧结温度或延长保温时间，有助于陶瓷颗粒之间更好的颈部长大和结合，从而强化孔壁和基体。需要通过实验找到气孔率和强度的最佳平衡点。

2.提高生坯密度：

在加入PMMA造孔剂前，尽可能提高陶瓷粉体的堆积密度。通过优化粉体级配（使用不同粒径的陶瓷粉体）、选择合适的分散剂和粘结剂、采用良好的混料工艺（如球磨）、以及使用冷等静压（CIP）等成型工艺，可以提高生坯密度。

生坯密度越高，烧成后陶瓷骨架的连续性就越好，即使有40%的气孔率，剩余的60%陶瓷相也能形成更坚固的网络结构，强度自然更高。

PMMA微球的选择与处理：

粒径与级配：使用单一粒径的PMMA微球会形成孔径均一但强度较低的结构。可以考虑使用两种或多种不同粒径的PMMA微球进行级配。小颗粒填充在大颗粒的间隙中，可以提高生坯密度，从而烧成后孔壁更致密，强度更高。
表面改性：PMMA是疏水的，而很多陶瓷浆料是水性的，可能导致相容性不好。可以对PMMA微球进行表面亲水化处理，或者添加合适的表面活性剂，使其在浆料中分散更均匀，避免团聚。均匀分散的造孔剂能形成更均匀的气孔结构，减少应力集中。
添加烧结助剂：在陶瓷粉体中引入少量（通常1-5 wt%）的烧结助剂（如玻璃粉、低熔点氧化物等），可以在更低的温度下产生液相。液相烧结能显著促进物质迁移，填充陶瓷颗粒间的微小孔隙，使孔壁更加致密坚固，从而大幅提高整体强度。这是非常有效的一种方法。

复合造孔剂法：不只使用PMMA一种造孔剂。可以混合使用两种分解温度不同的造孔剂。例如：搭配一部分淀粉、纤维素等。这些造孔剂分解温度较低（200-400°C），而PMMA分解温度较高（~300-450°C）。低温造孔剂先分解留下孔洞，这些孔洞可以为后续PMMA分解产生的气体提供逸出通道，减少内部压力，避免开裂。同时，多种形状的孔洞（淀粉多为不规则孔，PMMA为球形孔）也有利于提高强度。

考虑替代或部分替代PMMA：

淀粉：价格低廉，来源广泛，但孔形不规则，强度有时比球形孔更高，因为形成了互锁结构。

石墨：分解温度高，需在氧化气氛下烧除，但留下的孔洞非常洁净。

空心微珠（如玻璃微珠）：它们本身是坚硬的空心球，烧成后不会分解，直接留下孔洞。其本身有一定强度，可以作为增强相，但对最终气孔率的精确控制要求高。