中國粉體網(wǎng)訊 隨著科技的發(fā)展，對工程材料的性能也提出了新的要求，氧化鋁陶瓷由于性能優(yōu)異而得到廣泛應(yīng)用。然而由于燒結(jié)溫度高，需要消耗大量的能源，對熱工設(shè)備的要求也高，因而在一定程度上限制了它的使用范圍。從節(jié)約能源、降低排放量、保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā)，氧化鋁陶瓷的低溫?zé)Y(jié)技術(shù)成為了重要的研究方向。
目前，對于降低氧化鋁陶瓷燒結(jié)溫度方面的研究較多，歸納起來主要有4個方面：提高原料粉體的細(xì)度和活性；優(yōu)化配方體系；采用特殊燒結(jié)工藝；添加燒結(jié)助劑。
下面我們就從這4個方面闡述一下如何降低氧化鋁陶瓷燒結(jié)溫度。
提高原料粉體的細(xì)度和活性
對原料進(jìn)行制備時，最重要的是控制所制得的粉末原料的粒徑。粒徑應(yīng)該微細(xì)，因為燒結(jié)是通過表面張力來使物質(zhì)遷移而得到實現(xiàn)。高溫氧化物較難燒結(jié)，原因之一是它們有較大的晶格能和較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。質(zhì)點遷移需要較高的活化能，即活性較低。采用晶粒小，比表面積大，表面活性高的單分散超細(xì)Al2O3粉料，由于顆粒間擴(kuò)散距離短，只需要較低的燒結(jié)溫度和燒結(jié)活化能。
表一：粉體顆粒尺寸與燒結(jié)溫度的關(guān)系(燒結(jié)擴(kuò)散活化能Q=418KJ/mol)
目前，制備超細(xì)活化易燒結(jié)Al2O3粉體的方法分為兩大類，一類是機(jī)械法，另一類是化學(xué)法。機(jī)械法是用機(jī)械外力作用使Al2O3粉料顆粒細(xì)化，常用的粉碎工藝有球磨粉碎、振磨粉碎、砂磨粉碎、氣流粉碎等，其中砂磨是制備超細(xì)陶瓷粉體的有效途徑之一。通過機(jī)械粉碎方法來提高粉料的比表面積，盡管是有效的，但有一定限度，通常只能使粉料的平均粒徑小至1μm左右或更細(xì)一點，而且有粒徑分布范圍較寬，容易帶入雜質(zhì)的缺點。
近年來，采用濕化學(xué)法制備超細(xì)高純粉體技術(shù)得到較快發(fā)展，其中較為成熟的是溶膠-凝膠法，可以制備傳統(tǒng)方法無法制備的材料。溶膠高度穩(wěn)定，可將多種金屬離子均勻、穩(wěn)定地分布于膠體中，通過進(jìn)一步脫水形成均勻的凝膠（無定形體），再經(jīng)過合適的處理便可獲得活性極高的超微粉混合氧化物或均一的固溶體。
優(yōu)化配方體系
氧化鋁陶瓷Al2O3含量范圍為75%~99%(質(zhì)量比)，特別是常用的95氧化鋁瓷，為了達(dá)到致密化和降低燒結(jié)溫度常引人可形成玻璃液相的助燒劑(如CaO、SiO2、MgO等)，氧化鋁陶瓷液相燒結(jié)的常見組成體系有CaO-Al2O3-SiO2體系、MgO-Al2O3-SiO2體系、CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系。
對于上述三個體系的比較，在氧化鋁含量相同時，MgO-Al2O3-SiO2體系優(yōu)點是抗酸性好，結(jié)構(gòu)中晶粒細(xì)小，但是燒結(jié)溫度往往比CaO-Al2O3-SiO2體系燒結(jié)溫度高，CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系配方具有燒成溫度低、晶粒較小、纖維結(jié)構(gòu)較致密、抗酸堿腐蝕的能力強(qiáng)等優(yōu)點，是一種比較理想的配方體系。
特殊燒結(jié)工藝
1、熱壓燒結(jié)
采用熱壓燒結(jié)工藝，在對坯體加熱的同時進(jìn)行加壓，燒結(jié)不僅是通過擴(kuò)散傳質(zhì)來完成，此時塑性流動起了重要作用，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)是降低陶瓷燒結(jié)溫度的重要技術(shù)之一。就氧化鋁瓷而言，常壓下普通燒結(jié)必須燒至1800℃以上，熱壓燒結(jié)則只需要燒至1500℃左右。
2、熱等靜壓燒結(jié)
熱等靜壓燒結(jié)也是一種成型和燒成同時進(jìn)行的方法，它是對坯體加熱同時對其施加各向同性等靜壓的燒結(jié)，它的最大特點是能在較低的燒成溫度(僅為熔點的50%-60%)下，在較短的時間內(nèi)得到各向完全同性，幾乎完全致密的細(xì)晶粒陶瓷制品，但是熱等靜壓燒結(jié)需要對素坯進(jìn)行包封，設(shè)備和工藝控制都較復(fù)雜，產(chǎn)品成本高，生產(chǎn)效率低，所以也很難實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，只是用來研究和生產(chǎn)傳統(tǒng)工藝無法解決的新材料。
3、微波加熱燒結(jié)
它是利用微波與介質(zhì)相互作用，因介電損耗而使陶瓷坯體表面和內(nèi)部同時加熱而燒結(jié)。微波燒結(jié)不同于普通的燒結(jié)，氣熱流方向是由里向外的，有利于坯體內(nèi)的氣體向表面擴(kuò)散并溢出。同時微波使粒子的活性提高，易于遷移，從而促進(jìn)致密化過程。與常規(guī)燒結(jié)方法相比，陶瓷微波燒結(jié)方法能加速加熱和燒結(jié)，因內(nèi)外整體加熱，溫度場均勻，熱應(yīng)力小，且具有能效高，無污染等優(yōu)點。
4、微波等離子體燒結(jié)
微波等離子體燒結(jié)由于快速加熱，減小了由于表面擴(kuò)散(主要發(fā)生在傳統(tǒng)燒結(jié)的低溫階段)而引起的晶粒粗化，為晶界擴(kuò)散和體積擴(kuò)散提供了較強(qiáng)的驅(qū)動力和較短的擴(kuò)散途徑，從而導(dǎo)致了陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的細(xì)化。
添加燒結(jié)助劑
燒結(jié)助劑可以形成晶間液相或與基體形成固溶。對于燒結(jié)助劑的作用機(jī)制是燒結(jié)助劑形成的晶間液相有利于晶界遷移，并且能夠加快燒結(jié)時物質(zhì)的傳輸速率。而燒結(jié)助劑與基體形成的固溶，可以促進(jìn)缺陷數(shù)量的增加，達(dá)到活化晶格促進(jìn)致密化的目的。近來，有研究報道表明可通過在Al2O3引入添加劑，在Al2O3陶瓷中原位生成片晶，起到類似晶須對材料強(qiáng)韌化的作用，片晶分布均勻，與基體物理、化學(xué)相容性好，大大提高了材料的力學(xué)性能；另外，通過加入添加劑和預(yù)埋晶種可以獲得織構(gòu)化的顯微結(jié)構(gòu)。
就燒結(jié)助劑來說，歸納起來有兩類：
1、與Al2O3低溫生成液相的添加劑
與Al2O3低溫生成液相的添加劑此類添加劑有SiO2、MgO、CaO、BaO、SrO等堿土金屬的氧化物，它們多為立方密堆積、NaCl型晶體結(jié)構(gòu)。
2、與Al2O3晶體生成固溶體的添加劑
可與Al2O3晶體生成固溶體的添加劑有：TiO2、Cr2O3、Fe2O3、MnO2等，它們的晶格常數(shù)與Al2O3相差不大，大多含變價元素，可與Al2O3形成不同類型的固溶體，且變價作用增強(qiáng)了晶格缺陷，活化了晶體，使該基體容易燒結(jié)。
參考來源：
[1]周新星.氧化鋁陶瓷燒結(jié)助劑研究概述
[2]單達(dá)文.關(guān)于降低氧化鋁陶瓷燒結(jié)溫度的研究
[3]王珍等.影響氧化鋁陶瓷低溫?zé)Y(jié)的主要因素
[4]蔡曉峰.氧化鋁陶瓷的低溫?zé)Y(jié)技術(shù)
[5]劉建紅等.氧化鋁陶瓷低溫?zé)Y(jié)技術(shù)的探討
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