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如何降低氧化铝陶瓷的烧结温度?

日期: 2018-11-22
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众所周知,氧化铝陶瓷以其优异的性能被广泛应用在电子电器、机械、化工、冶金和航空航天等行业,成为目前世界上用量最大的特种陶瓷材料之一。

但是由于氧化铝自身阳离子电荷多、半径小、离子键强等特点,导致其晶格能较大,扩散系数较低。高温产生的液相较少,其烧结主要靠晶体的再结晶来完成,导致氧化铝陶瓷的烧结温度普遍较高。高温意味着高能耗、高成本,所以降低氧化铝陶瓷的烧结温度对企业生产具有重要意义。那怎样才能降低氧化铝陶瓷的烧结温度呢?

如何降低氧化铝陶瓷的烧结温度?

氧化铝陶瓷低温烧结情况



1.降低粉体粒度   

研究表明粉体颗粒越细,缺陷越多,活性也越大,可促进烧结,制成的陶瓷强度也越高。如果粉体的粒径降低到20nm以下,则陶瓷的烧结温度能够降低到1000℃以下。

如何降低氧化铝陶瓷的烧结温度?

(烧结扩散活化能Q=418KJ/mol)

粉体颗粒尺寸与烧结温度的关系



如何降低氧化铝陶瓷的烧结温度?

日本住友化学有限公司生产的易烧结氧化铝粉料理化指标


如何降低氧化铝陶瓷的烧结温度?

制备超细氧化铝粉体的方法有机械法和化学法

制备超细粉体是可以降低烧结温度,但是粉体的制备成本太高,且烧结体形状难以控制,不易被企业采纳。


2.添加烧结助剂   

在氧化铝陶瓷的生产过程中常常会添加烧结助剂,通过改变配方设计来降低氧化铝陶瓷的烧结温度。根据其促进氧化铝陶瓷烧结的作用机理不同,可以将它们分为形成新相或固溶体的添加剂和生成液相的添加剂二大类。

如何降低氧化铝陶瓷的烧结温度?


 

3. 采用特殊烧结工艺

特殊烧结工艺是指在氧化铝陶瓷的烧结过程中外加烧结驱动力,促进陶瓷的致密化,如今常见的特殊烧结工艺主要有热压烧结、热等静压烧结、微波加热烧结、微波等离子体烧结、放电等离子体烧结等。此外真空烧结、气氛烧结、电场烧结、超高压烧结、活化烧结和活化热压烧结等也可以降低烧结温度,但是由于成本太高,一般不予考虑。

热压烧结:高温下对样品施加单向压力,促进陶瓷达到全致密。对于纯氧化铝陶瓷,常规烧结需要1800℃以上的温度;而20MPa的热压烧结只需要1500℃。

热等静压烧结:对陶瓷坯体的各个方向同时施加压力的烧结,降低陶瓷的烧结温度,同时烧结得到的陶瓷结构均匀、性能好。

微波加热法烧结:利用微波与陶瓷间的相互作用,因为介电作用使陶瓷内部和表面同时烧结。

微波等离子体烧结:与常规烧结相比,在相同的条件下能够降低烧结温度200℃,并且烧结速度快、晶粒尺寸小、机械强度高。

放电等离子烧结:利用脉冲能、脉冲压力产生的瞬间高温场来实现陶瓷内部晶粒的自发发热从而使晶粒活化,由于这种烧结方法升温、降温快、保温时间短,抑制了晶粒的生长、缩短了陶瓷的制备周期、节约了能源。



3种降低烧结温度方法比较

如何降低氧化铝陶瓷的烧结温度?

以上降低氧化铝陶瓷烧结温度的方法并不是孤立的,在不同条件下,起到的主导作用也是不一样的。具体生产中可互相结合使用,以期得到性能最佳的陶瓷产品。





参考文献

[1]王珍,党新安,张昌松,高扬. 影响氧化铝陶瓷低温烧结的主要因素[J]. 中国陶瓷,2009,45(06):24-27+61.

[2]蔡晓峰. 氧化铝陶瓷的低温烧结技术[J]. 佛山陶瓷,2003(11):1-3.

[3]李海洋. 氧化铝陶瓷低温烧成与性能研究[D].华南理工大学,2017.



如何降低氧化铝陶瓷的烧结温度?

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