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烧结温度对氧化铝陶瓷有何影响?如何让氧化铝陶瓷“降温”?

8 2023-08-23
氧化铝陶瓷
(1)烧结温度对氧化铝陶瓷的体积收缩率有很大的影响,温度越高,体积收缩率越大。


(2)烧结温度对氧化铝陶瓷的体积密度、吸水率和气孔率均有很大影响,温度越高,体积密度越大,吸水率和气孔率越小。

(3)烧结温度越高,抗弯强度和维氏硬度也越大。

(4)气孔率减小,真实密度增大。这是因为随着烧结温度的升高,试样的晶粒长大的越多,使得试样中间的空隙越小,所以气孔率减小,真实密度增大。

(5)XRD分析结果表明,烧结温度越高,衍射峰变得越尖锐,非晶态组织慢慢变成晶态,说明Al2O3的结晶程度比较好。当烧结温度超过某个临界值时,晶粒的平均粒径反而减小。

(6)在不同的烧结温度下,试样中的氧化铝晶粒的形貌有所不同,说明烧结温度对所制备试样的成形有很大的影响。


(7)对于未添加ZrO2的纯Al2O3烧结试样,随烧结温度的升高,试样的相对密度由1500℃时的81.73%增加到1600℃时的97.48%,有较为明显的提升。

(8)ZrO2添加剂的加入和烧结温度的提高,均能有效提高试样的抗弯强度。

温度对体积密度的影响

综上,适当的提高烧结温度对氧化铝陶瓷的致密度、抗弯强度、硬度、吸水率、气孔率及机电性能均有一定的影响。
如何让氧化铝陶瓷的烧结温度降下来?

前面我们讲到,由于烧结温度高,需要消耗大量的能源,对热工设备的要求也高,因而在一定程度上限制了它的使用范围。从节约能源、降低排放量、保护环境的角度出发,氧化铝陶瓷的低温烧结技术成为了重要的研究方向。


目前,对于降低氧化铝陶瓷烧结温度方面的研究较多,归纳起来主要有3个方面:提高原料粉体的细度和活性;采用特殊烧结工艺;添加烧结助剂。



1提高原料粉体的细度和活性

对原料进行制备时,最重要的是控制所制得的粉末原料的粒径。粒径应该微细,因为烧结是通过表面张力来使物质迁移而得到实现。高温氧化物较难烧结,原因之一是它们有较大的晶格能和较稳定的结构状态。质点迁移需要较高的活化能,即活性较低。采用晶粒小,比表面积大,表面活性高的单分散超细Al2O3粉料,由于颗粒间扩散距离短,只需要较低的烧结温度和烧结活化能。

目前,制备超细活化易烧结Al2O3粉体的方法分为两大类,一类是机械法,另一类是化学法。机械法是用机械外力作用使Al2O3粉料颗粒细化,常用的粉碎工艺有球磨粉碎、振磨粉碎、砂磨粉碎、气流粉碎等,其中砂磨是制备超细陶瓷粉体的有效途径之一。


近年来,采用湿化学法制备超细高纯粉体技术得到较快发展,其中较为成熟的是溶胶-凝胶法,可以制备传统方法无法制备的材料。溶胶高度稳定,可将多种金属离子均匀、稳定地分布于胶体中,通过进一步脱水形成均匀的凝胶(无定形体),再经过合适的处理便可获得活性极高的超微粉混合氧化物或均一的固溶体。



2、添加烧结助剂,优化配方体系


烧结助剂可以形成晶间液相或与基体形成固溶。烧结助剂的作用机制是烧结助剂形成的晶间液相有利于晶界迁移,并且能够加快烧结时物质的传输速率。而烧结助剂与基体形成的固溶,可以促进缺陷数量的增加,达到活化晶格促进致密化的目的。近来,有研究报道表明可通过在Al2O3引入添加剂,在Al2O3陶瓷中原位生成片晶,起到类似晶须对材料强韧化的作用,片晶分布均匀,与基体物理、化学相容性好,大大提高了材料的力学性能;另外,通过加入添加剂和预埋晶种可以获得织构化的显微结构。

就烧结助剂来说,归纳起来有两类:

(1)与Al2O3低温生成液相的添加剂

与Al2O3低温生成液相的添加剂有SiO2、MgO、CaO、BaO、SrO等碱土金属的氧化物,它们多为立方密堆积、NaCl型晶体结构。

(2)与Al2O3晶体生成固溶体的添加剂

可与Al2O3晶体生成固溶体的添加剂有:TiO2、Cr2O3、Fe2O3、MnO2等,它们的晶格常数与Al2O3相差不大,大多含变价元素,可与Al2O3形成不同类型的固溶体,且变价作用增强了晶格缺陷,活化了晶体,使该基体容易烧结。

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