中國(guó)粉體網(wǎng)訊 氧化鋁陶瓷具有多種優(yōu)勢(shì)，它的機(jī)械強(qiáng)度高、硬度大、高頻介電損耗小，又因?yàn)樗脑蟻?lái)源廣、價(jià)格相對(duì)便宜、加工技術(shù)較為成熟，因此，它被廣泛地應(yīng)用于電子、電器、機(jī)械、紡織和航空航天等領(lǐng)域。這也奠定了它在陶瓷材料領(lǐng)域的高地位。據(jù)悉，氧化鋁陶瓷是目前世界上用量最大的氧化物陶瓷材料。
氧化鋁陶瓷是一種以Al2O3為主要原料，以剛玉(α—Al2O3)為主晶相的陶瓷材料。由于氧化鋁熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，導(dǎo)致氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度普遍較高(參見(jiàn)表一中標(biāo)準(zhǔn)燒結(jié)溫度)，從而使得氧化鋁陶瓷的制造需要使用高溫發(fā)熱體或高質(zhì)量的燃料以及高級(jí)耐火材料作窯爐和窯具，這在一定程度上限制了它的生產(chǎn)和更廣泛的應(yīng)用。因此，降低氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度，降低能耗，縮短燒成周期，減少窯爐和窯具損耗，從而降低生產(chǎn)成本，一直是企業(yè)所關(guān)心和急需解決的重要課題。
目前，對(duì)氧化鋁陶瓷低溫?zé)Y(jié)技術(shù)的研究工作已很廣泛和深入，從75瓷到99瓷都有系統(tǒng)的研究，也已取得顯著成效。
縱觀當(dāng)前各種氧化鋁瓷的低溫?zé)Y(jié)技術(shù)，歸納起來(lái)，主要是從原料加工、配方設(shè)計(jì)和燒成工藝等三方面來(lái)采取措施，下面分別加以概述。
一、通過(guò)提高Al2O3粉體的細(xì)度與活性降低瓷體燒結(jié)溫度
Al2O3粉體的顆粒越細(xì)，活化程度越高，粉體就越容易燒結(jié)，燒結(jié)溫度越低。在氧化鋁瓷低溫?zé)Y(jié)技術(shù)中，使用高活性易燒結(jié)Al2O3粉體作原料是重要的手段之一，因而粉體制備技術(shù)成為陶瓷低溫?zé)Y(jié)技術(shù)中一個(gè)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。
二、通過(guò)瓷料配方設(shè)計(jì)摻雜降低瓷體燒結(jié)溫度
氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度主要由其化學(xué)組成中Al2O3的含量來(lái)決定，Al2O3含量越高，瓷料的燒結(jié)溫度越高，除此之外，還與瓷料組成系統(tǒng)、各組成配比以及添加物種類有關(guān)。比如，在Al2O3含量相當(dāng)時(shí)，CaO-Al2O3-SiO2系A(chǔ)l2O3瓷料比MgO-Al2O3-SiO2系瓷料的燒結(jié)溫度低，對(duì)于我國(guó)目前大量生產(chǎn)CaO-MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)瓷料而言，為使其具有較低的燒結(jié)溫度與良好性能，應(yīng)控制其SiO2／CaO處于1.6～0.6之內(nèi)，MgO含量不超過(guò)熔劑類氧化物總量的1／3，同時(shí)，在配方中引入少量的La2O3、Y2O3、Cr2O3、MnO、TiO2、ZrO2、Ta2O3等氧化物能進(jìn)一步降低燒結(jié)溫度、改善瓷體的微觀組織結(jié)構(gòu)和性能。因此，在保證瓷體滿足產(chǎn)品使用目的和技術(shù)要求的前提下，我們可以通過(guò)配方設(shè)計(jì)，選擇合理的瓷料系統(tǒng)，加入適當(dāng)?shù)闹鸁砑觿�，使氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度盡可能降低。
目前配方設(shè)計(jì)中所加入的各種添加劑，根據(jù)其促進(jìn)氧化鋁陶瓷燒結(jié)的作用機(jī)理不同，可以將它們分為形成新相或固溶體的添加劑和生成液相的添加劑二大類。
三、采用特殊燒成工藝降低瓷體燒結(jié)溫度
采用熱壓燒結(jié)工藝，在對(duì)坯體加熱的同時(shí)進(jìn)行加壓，那么燒結(jié)不僅是通過(guò)擴(kuò)散傳質(zhì)來(lái)完成，此時(shí)塑性流動(dòng)起了重要作用，坯體的燒結(jié)溫度將比常壓燒結(jié)低很多，因此熱壓燒結(jié)是降低Al2O3陶瓷燒結(jié)溫度的重要技術(shù)之一。目前熱壓燒結(jié)法中有壓力燒結(jié)法和高溫等靜壓燒結(jié)法(HIP)二種。HIP法可使坯體受到各向同性的壓力，陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)比壓力燒結(jié)法更加均勻。就氧化鋁瓷而言，如果常壓下普通燒結(jié)必須燒至1800℃以上的高溫，熱壓20MPa燒結(jié)，在1000℃左右的較低溫度下就已致密化了。
熱壓燒結(jié)技術(shù)不僅顯著降低氧化鋁瓷的燒結(jié)溫度，而且能較好地抑制晶粒長(zhǎng)大，能夠獲得致密的微晶高強(qiáng)的氧化鋁陶瓷，特別適合透明氧化鋁陶瓷和微晶剛玉瓷的燒結(jié)。
此外，由于氧化鋁的燒結(jié)過(guò)程與陰離子的擴(kuò)散速率有關(guān)，而還原氣氛有利于陰離子空位的增加，可促進(jìn)燒結(jié)的進(jìn)行。因此，真空燒結(jié)、氫氣氛燒結(jié)等是實(shí)現(xiàn)氧化鋁瓷低溫?zé)Y(jié)的有效輔助手段。
在生產(chǎn)實(shí)踐中，為獲得最佳綜合經(jīng)濟(jì)效益，上述低燒技術(shù)往往相互配合使用，其中加入助燒添加劑的方法相對(duì)其它方法而言，具有成本低、效果好、工藝簡(jiǎn)便實(shí)用的特點(diǎn)。在中鋁瓷、高鋁瓷和剛玉瓷的生產(chǎn)中被廣泛使用。另外，從材料角度來(lái)看，通過(guò)摻雜改性技術(shù)，大幅度提高氧化鋁陶瓷的各項(xiàng)機(jī)電性能，用Al2O3含量低的瓷體代替Al2O3含量高的瓷體，也是企業(yè)常用的降低氧化鋁陶瓷產(chǎn)品燒結(jié)溫度的有效技術(shù)手段。比如在材料性能滿足產(chǎn)品使用要求下，用85瓷代替90瓷或95瓷，用90瓷、95瓷代替99瓷等都是可行的。
雖然目前氧化鋁陶瓷低燒技術(shù)已經(jīng)取得了比較好的經(jīng)濟(jì)效益，但是，現(xiàn)在有些產(chǎn)品仍然有很大的升值空間可以挖掘。從材料的特殊性能要求上考慮，如果仍然采用高溫?zé)Y(jié)的技術(shù)，那么如何將這類產(chǎn)品的燒結(jié)溫度降下來(lái)將會(huì)是今后瓷體摻雜改性等低燒技術(shù)的努力方向。
