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在烧结氧化铝陶瓷的过程中,促进烧结(氧化铝高温结构陶瓷)

在烧结氧化铝陶瓷的过程中,促进烧结(氧化铝高温结构陶瓷) 低温烧结氧化铝陶瓷技术分析

氧化铝是一种以氧化铝为主要原料,以刚玉为主晶相的陶瓷材料。氧化铝具有良好的导电性、机械强度和耐高温性。广泛应用于电子、电器、机械、纺织、航空航天等领域。这也奠定了其在陶瓷材料领域的崇高地位。由于氧化铝的熔点在2000度以上,氧化铝陶瓷的烧结温度普遍较高,使得氧化铝陶瓷的制造需要使用高温加热器或优质燃料以及高级耐火材料作为窑炉和窑具,这在一定程度上限制了其生产和更广泛的应用。

因此,降低氧化铝陶瓷的烧结温度,降低能耗,缩短烧结周期,减少窑炉和窑具的损耗,从而降低生产成本,一直是企业关心并迫切需要解决的重要问题。纵观目前各种氧化铝陶瓷的低温烧结技术,可以总结为主要从原料加工、配方设计和烧结工艺三个方面采取措施。

1.通过提高氧化铝粉体的细度和活性来降低瓷器的烧结温度。

与块体相比,粉末具有较大的比表面积,这是粉末对外做功的结果。通过机械或化学作用制备粉末所消耗的部分机械能或化学能将作为表面能储存在粉末中。另外,在粉末制备过程中,粉末表面和内部会出现各种晶格缺陷,使晶格活化。

目前,超细活性易烧结氧化铝粉体的制备方法可分为两类,一类是机械法,另一类是化学法。机械法是通过机械外力来细化氧化铝粉体颗粒。常用的研磨工艺有球磨、振动研磨、砂磨、气流研磨等。虽然通过机械粉碎来提高粉末的比表面积是有效的,但是有一定的限制,通常粉末的平均粒径只能小到1μ;m或更小,并且具有粒度分布范围宽和容易引入杂质的缺点。

目前,有三种化学过程:

形成金属-氧有机络合物溶胶;水解并缩合成含羟基的三度空聚合物结构& rarr溶胶蒸发脱水成凝胶;低温煅烧得到活性氧化物粉末。

将含有不同金属离子的酸性盐溶液和有机胶混合成溶液→溶液;溶胶蒸发脱水成凝胶;低温煅烧成粉末

含有不同金属离子的溶胶直接淬火、沉积或加热成凝胶→凝胶;低温煅烧成粉末。

其次,通过设计和掺杂瓷料配方,降低瓷体的烧结温度。

陶瓷的烧结温度主要由其化学成分中氧化铝的含量决定。氧化铝含量越高,陶瓷材料的烧结温度越高。除此之外,还与瓷料的组成体系、各组分的配比、添加剂的种类有关。目前配方设计中加入的各种添加剂,根据其促进氧化铝陶瓷烧结的机理不同,可分为形成新相或固溶体的添加剂和形成液相的添加剂两大类。

1.与氧化铝形成新相或固溶体的添加剂。

这些添加剂是一些接近氧化铝晶格常数的氧化物,如氧化钛、氧化铁、氧化锰等。在烧制过程中,这些添加剂可以与氧化铝形成固溶体。

这类添加剂对氧化铝陶瓷的烧结有一定的促进规律:①能与氧化铝形成有限固溶体的添加剂比形成连续固溶体的添加剂有更大的冷却作用;(2)一种变价离子添加剂比恒价离子添加剂更有效;③阳离子电荷多、电价高的添加剂降温效果更大。

2.烧制过程中形成液相的添加剂。

这些添加剂的化学成分主要有氧化硅、氧化钙、氧化镁等。它们可以在烧结过程中与其它成分形成二元、三元或多元共晶。由于液相生成温度低,氧化铝陶瓷的烧结温度大大降低。

第三,采用特殊烧结工艺降低瓷体的烧结温度。

采用热压烧结技术,烧结不仅通过扩散和传质来完成,而且塑性流动也起着重要作用。生坯的烧结温度会比常压烧结低得多,因此热压烧结是降低氧化铝陶瓷烧结温度的重要技术之一。

在生产实践中,为了获得最佳的综合经济效益,上述低燃技术往往是配合使用的。与其他方法相比,添加助燃添加剂的方法具有成本低、效果好、工艺简单实用的特点。此外,从材料的角度来看,通过掺杂改性技术,可以大大提高氧化铝陶瓷的各种力学和电学性能,用高氧化铝含量的陶瓷代替低氧化铝含量的陶瓷,也是企业普遍采用的降低氧化铝陶瓷烧结温度的有效技术手段。

总结

氧化铝陶瓷作为先进陶瓷中应用最广泛的材料之一,伴随着整个行业的发展,呈现出技术装备水平快速提高、产品质量水平不断提高、产业规模小、产品质量高的趋势。从氧化铝陶瓷的应用情况来看,应用范围越来越广,用量越来越大,特别是在抗磨工程和建筑陶瓷生产中。

 

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