中國粉體網(wǎng)訊 說到二氧化硅在陶瓷方面的應(yīng)用，首先想到的便是石英陶瓷。由于具有諸多優(yōu)良性能，石英陶瓷自問世以來迅速在冶金、電工、玻璃、航空、耐腐蝕件、光伏等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。在制備石英陶瓷時，往往會添加一些添加劑改善性能，但“SiO2”這一成分始終是絕對的主角。
其實(shí)，作為配角，SiO2還常常以輔料的方式被添加到其它陶瓷材料中，會顯著提升陶瓷材料的各方面性能。
對氧化鋁陶瓷性能的影響
國內(nèi)外對各種添加劑摻雜氧化鋁陶瓷以提高其力學(xué)性能展開了深入的研究，其中SiO2是一種常用的燒結(jié)助劑成分。陳禧等研究了添加MgO-SiO2對高純Al2O3陶瓷燒結(jié)性能的影響，SiO2在高溫下能夠得到穩(wěn)定的硅酸鹽液相，它們是二元或三元的低熔點(diǎn)化合物，液相能促進(jìn)燒結(jié)，降低燒結(jié)溫度，細(xì)化晶粒，使氧化鋁陶瓷的力學(xué)性能得到改善。
此外，如果用納米SiO2代替納米Al2O3添加到95陶瓷中，不僅可以起到納米顆粒細(xì)化的作用，同時也可提高陶瓷材料的強(qiáng)度、韌性及硬度和彈性模量等性能，其效果比添加Al2O3更為理想。姬軍成等通過向95氧化鋁陶瓷中添加不同量的納米SiO2，采用干壓成形工藝制備樣品，探究了不同燒結(jié)溫度和納米SiO2添加量對95氧化鋁陶瓷燒結(jié)性能和力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明：當(dāng)納米SiO2添加量為2％，燒結(jié)溫度為1600℃時，樣品的晶粒尺寸均一，體積密度最高為3.70g/cm3，抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別達(dá)到最大值342.89MPa和5.34MPa·m1/2。相比未添加納米SiO2樣品的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別提高了34.28％和4.5％。
對鈦酸鋁陶瓷性能的影響
鈦酸鋁（Al2TiO5，簡稱AT）是一種具有高熔點(diǎn)、低膨脹特性的陶瓷材料，在汽車引擎構(gòu)件、有色金屬鑄造和電子陶瓷等行業(yè)有著廣泛地應(yīng)用。但鈦酸鋁材料在800～1280℃會分解為剛玉和金紅石，從而喪失其低膨脹的特性。因此，探索鈦酸鋁的穩(wěn)定方法與穩(wěn)定機(jī)理是鈦酸鋁材料研究中的關(guān)鍵。陸洪彬等利用二次燒成工藝研究添加劑MgO、SiO2對抑制鈦酸鋁熱分解的作用及其機(jī)理。研究結(jié)果表明，MgO和SiO2復(fù)合添加劑可以顯著提高鈦酸鋁的熱穩(wěn)定性和抗彎強(qiáng)度。
包覆對BaTiO3陶瓷性能的影響
經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，SiO2包覆的BaTiO3粉體材料經(jīng)過1225℃燒結(jié)成陶瓷，可獲得鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的介質(zhì)陶瓷，SiO2的引入生成了第二相Ba2TiSi2O8。燒結(jié)后陶瓷介質(zhì)材料漏電流較大，耐電壓特性沒能呈現(xiàn)一定的規(guī)律，但材料的耐電壓性能及儲能密度有所提高。
摻雜對BeO陶瓷的影響
氧化鈹陶瓷因具有高導(dǎo)熱率、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高絕緣、高的化學(xué)和熱穩(wěn)定性、低介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗以及良好的工藝適應(yīng)性等特點(diǎn)，已在真空電子技術(shù)、核技術(shù)、微電子與光電子技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并已成為軍用電子信息技術(shù)以及航天航空應(yīng)用領(lǐng)域不可或缺的基礎(chǔ)電子功能材料。
目前氧化鈹陶瓷正向高純度高性能方向發(fā)展，一般都要求使用含BeO在99%以上的產(chǎn)品，但純度越高，材料就越難燒結(jié)致密。唐海燕等通過研究發(fā)現(xiàn)，SiO2摻雜對99BeO高導(dǎo)熱陶瓷微觀結(jié)構(gòu)及性能有顯著影響，隨著SiO2摻雜量的增加，99BeO陶瓷的抗折強(qiáng)度、密度、導(dǎo)熱率以及電學(xué)性能均呈較明顯的單峰分布。當(dāng)SiO2摻雜量為0.8%（w）時，可獲得性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)致密的高導(dǎo)熱陶瓷，其抗折強(qiáng)度為248MPa，密度為2.957g/cm3，導(dǎo)熱率為303W/（m·K）。
對PMSZT壓電陶瓷的影響
壓電陶瓷的應(yīng)用遍及社會生活的各個角落。但在實(shí)用化壓電陶瓷材料中含鉛系的壓電陶瓷占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)壓電陶瓷的燒結(jié)溫度一般約在1200～1300℃。材料中含有的PbO熔點(diǎn)很低在高溫?zé)Y(jié)時揮發(fā)嚴(yán)重。由于PbO的揮發(fā)導(dǎo)致材料的化學(xué)計量比偏離設(shè)計的配方‚使其性能下降。若能在PbO明顯揮發(fā)前進(jìn)行燒結(jié)則可以較好地解決這個問題，因此抑制PbO揮發(fā)積極而有效的方法是實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷的低溫?zé)Y(jié)。
何杰等探討了低溫?zé)Y(jié)時SiO2摻雜對銻錳鋯鈦酸鉛Pb（Mn1/3Sb2/3）0.05Zr0.47Ti0.48O3（PMSZT）壓電陶瓷性能的影響。結(jié)果表明合成溫度900℃時可得到鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，w（SiO2）不同時PMSZT試樣均為四方相和三方相共存，隨著w（SiO2）的增加三方相在準(zhǔn)同型相界中的比例略有增加。當(dāng)w（SiO2）＝0.10％時得到電性能優(yōu)良的壓電陶瓷，tanδ＝0.4％，壓電常數(shù)d33＝264pC/N，機(jī)電耦合系數(shù)kp＝0.59，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm＝3113。SiO2的加入使PMSZT陶瓷的居里溫度降低，諧振頻率隨溫度的變化幾乎都是正。
對YSZ陶瓷的影響
王子媛等研究了SiO2含量對YSZ陶瓷在不同溫度下時效后的燒結(jié)速率影響，同時研究了其對YSZ時效過程中的結(jié)構(gòu)形貌和性能變化的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加SiO2將會加速YSZ陶瓷塊體二次燒結(jié)后的力學(xué)及熱學(xué)性能的改變。在1300℃的熱處理溫度下，添加了0.3%SiO2的樣品氣孔率下降率為48%，硬度增長率為14%，楊氏模量增長率為15%，熱導(dǎo)率增長率為25%，均高于未添加SiO2的樣品。因此，SiO2的引入將會加速YSZ在高溫下的燒結(jié)。
對激光熔覆CaP生物陶瓷涂層的影響
劉均環(huán)等采用激光熔覆方法制備出不同含硅量的CaP生物陶瓷涂層。研究發(fā)現(xiàn)，隨著SiO2含量的增大，涂層表面腐蝕電流密度逐漸減小，同時可以加快涂層表面類骨磷灰石的形成，其中，添加SiO2為1wt.%時涂層表面類骨磷灰石呈均勻分布。因此，低含量SiO2可以提高生物陶瓷涂層的耐腐蝕性和生物活性。
對氧化鋁泡沫陶瓷中的影響
氧化鋁泡沫陶瓷主要是由氧化鋁細(xì)粉、高嶺土、鉀長石、硅微粉等原料制作而成，隨著氧化鋁泡沫陶瓷使用越來越廣泛，人們對其研究也越來越多。
硅微粉對制品性能的影響有三點(diǎn)：
一是通過填隙減少氣孔；
二是在較低溫度下與氧化鋁微粉結(jié)合較好，封閉部分貫通氣孔，從而使制品致密化；
三是在高溫過程中產(chǎn)生莫來石晶相，彌散到制品中，從而改善制品性能。
對ZnO壓敏陶瓷的影響
ZnO壓敏陶瓷可以有效地吸收電路中的過電壓和過電流，對電力、電子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時保護(hù)，是組成浪涌吸收器和避雷器的核心元件。陳永佳等研究了SiO2的摻雜對ZnO壓敏電阻陶瓷微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。在燒結(jié)過程中，SiO2可以與ZnO形成液相，促進(jìn)尖晶石相的形成，有利于晶界的均勻分布。隨著SiO2摻雜濃度的增大，ZnO壓敏陶瓷的三個強(qiáng)衍射峰逐漸向低角度方向偏移，平均晶粒尺寸先減小后增大。當(dāng)摻雜濃度為1.6%時，平均晶粒尺寸達(dá)到最小值（1.5μm），擊穿場強(qiáng)E1mA達(dá)到最大值（385.6V/mm），非線性系數(shù)α達(dá)到最大值（84.2），漏電流IL達(dá)到最小值（1.1μA）。
對鈦酸鍶鋇陶瓷的影響
歐陽林虹等采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法制備二氧化硅（SiO2）摻雜鈦酸鍶鋇（Ba0.65Sr0.35TiO3，BST）陶瓷（BST+x%SiO2），研究了摻雜二氧化硅對BST陶瓷的物相、微觀形貌、介電性能及電卡效應(yīng)的影響。結(jié)果表明：摻雜SiO2并未改變BST陶瓷的晶型結(jié)構(gòu)，但有助于提升晶粒的均勻性和材料介電性能頻率的穩(wěn)定性。隨著SiO2摻雜量增加，BST陶瓷的介電常數(shù)呈現(xiàn)單調(diào)遞減趨勢，介電彌散特性逐漸增強(qiáng)。
對石榴石體系透明陶瓷中的影響
在制備石榴石體系透明陶瓷時，通常采用燒結(jié)助劑來提升陶瓷的光學(xué)質(zhì)量。在石榴石體系陶瓷燒結(jié)過程中，加入SiO2可以生成液相，加快氣孔沿晶界排出，是一種有效的燒結(jié)助劑。另外值得注意的是，SiO2可以在退火過程中起到抑制Pr離子變價的作用，因此，添加微量SiO2結(jié)合熱等靜壓燒結(jié)是制備Pr摻雜石榴石閃爍陶瓷的有效途徑。
對氧化鋯陶瓷韌性的影響
氧化鋯主要有三種晶型：m-ZrO2、t-ZrO2、和c-ZrO2，研究已經(jīng)證實(shí)，t-ZrO2為常溫穩(wěn)定相，具有特殊的相變增韌機(jī)制。穩(wěn)定性好、硬度高、熔沸點(diǎn)高是納米SiO2的巨大優(yōu)勢，向陶瓷中摻加微量的SiO2對燒結(jié)溫度的降低起促進(jìn)作用，利于陶瓷的燒結(jié)，使燒結(jié)后陶瓷顆粒均勻緊密排列。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)摻雜少量的SiO2能夠使四方相ZrO2穩(wěn)定存在。
參考來源：
[1]陸洪彬等.MgO/SiO2添加劑對鈦酸鋁陶瓷性能的影響
[2]張益鳴.SiO2包覆BaTiO3粉體及其對陶瓷材料儲能特性的影響
[3]陳禧等.MgO-SiO2微量添加劑對高純Al2O3陶瓷性能的影響
[4]唐海燕等.SiO2摻雜99BeO陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)與性能
[5]王子媛等.SiO2含量對YSZ陶瓷在高溫時效中燒結(jié)性的影響
[6]劉均環(huán)等.摻雜低含量SiO2對激光熔覆CaP生物陶瓷涂層性能的影響
[7]歐陽林虹等.二氧化硅摻雜鈦酸鍶鋇陶瓷的介電性能與電卡效應(yīng)
[8]陳永佳等.SiO2摻雜濃度對ZnO壓敏陶瓷結(jié)構(gòu)與性能的影響
[9]胡澤望等.微量SiO2添加對Pr:Lu3Al5O12陶瓷光學(xué)及閃爍性能的影響
[10]劉秀菊.氧化鑭協(xié)同納米二氧化硅增韌氧化鋯陶瓷及相關(guān)機(jī)械性能的研究
[11] 姬軍成等.納米SiO2添加量對95氧化鋁陶瓷力學(xué)性能的影響
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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