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      行業(yè)新聞

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      燒結助劑是啥?它是如何讓氧化鋁陶瓷”降溫”的?

      • 發(fā)布時(shí)間:2021-03-09
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      詳情介紹

      氧化鋁陶瓷由于其具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、化學(xué)穩定性良好等優(yōu)異的性能,而且原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉,在電子、航空、機械、紡織、化工、建筑等領(lǐng)域得到了非常廣泛的應用。然而,由于A(yíng)l2O3的熔點(diǎn)高達2050℃,氧化鋁陶瓷的燒結溫度也較高,這就需要消耗大量的能源,而且對設備的要求也較高。所以,降低氧化鋁陶瓷的燒結溫度非常重要。

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      目前降低氧化鋁陶瓷燒結溫度的方法很多,比如降低氧化鋁粉的粒度、采用燒結工藝、添加燒結助劑等。

      由于降低原料粉體粒度需要采用不同的預處理工藝,原料成本高、工藝復雜,而燒結技術(shù)往往要消耗能源,同時(shí)部分燒結方式難以控制燒結體形狀,在不添加任何助劑的情況下制得的氧化鋁陶瓷性能較差;因此,與其他方法相比,燒結助劑法具有成本低、效果好、工藝簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn),而且通過(guò)摻雜改性技術(shù)可以大幅提高氧化鋁陶瓷的機電性能,是目前-種低溫燒結方法。

      燒結助劑的作用機理

      燒結是通過(guò)加熱使原料粉體產(chǎn)生顆粒粘結、經(jīng)過(guò)物質(zhì)遷移使粉末體產(chǎn)生強度并導致致密化和再結晶的過(guò)程。普通陶瓷粉體之所以難于燒結,原因就在于其晶格能較高、晶體結構穩定,質(zhì)點(diǎn)擴散需要較高的活性,即燒結激活能大,因此需要較高的溫度。

      為了達到促進(jìn)燒結的目的,一方面可考慮活化晶格,降低中國粉體網(wǎng),編輯整理燒結激活能,主要通過(guò)摻雜破壞穩定的晶格結構使得晶體Cnpowder. cam. .cn.中產(chǎn)生缺陷或者引起晶格畸變來(lái)實(shí)現;另一方面可考慮加速擴散過(guò)程,主要通過(guò)在體系中產(chǎn)生液相,液相通過(guò)表面張力作用產(chǎn)生顆粒粘結并填充氣孔,同時(shí)利用“溶解-沉淀”機理,通過(guò)液相傳質(zhì)作用使溶解的小晶粒逐漸在大晶粒表面沉積,達到促進(jìn)燒結的效果。

      常用燒結助劑體系

      在實(shí)際生產(chǎn)中,單一助劑往往不能同時(shí)滿(mǎn)足其燒結和機電性能的要求,一般情況下單一助劑在降低燒結溫度的同時(shí)會(huì )導致陶瓷性能的降低,因此,采用多種不同助劑組成的復合添加劑要比單獨使用其中一種助劑更為常見(jiàn)。

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      CaO-MgO-SiO2體系

      采用這一體系的燒結助劑,可在1500~1550℃左右合成氧化鋁基陶瓷。MgO對氧化鋁陶瓷的細晶顯微結構起了重要作用,MgO在燒結中能維持CaO/SiO2比,即維持燒結系統中的液相量,并有尖晶石、鎂鋁硅酸鹽、鋁硅酸鹽、鋁酸鹽等多種第二相晶體生成,對晶界移動(dòng)具有釘扎作用;同時(shí)引入了少量的La2O3、Sm2O3等稀土氧化物,使Al2O3陶瓷的燒結溫度下降大約30℃,其表面顯微結構也有所改善,這主要是由于La2O3和Sm2O3為網(wǎng)絡(luò )變性離子,能夠分解熔體網(wǎng)絡(luò )而促進(jìn)燒結。

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      MnO2-TiO2-MgO體系

      通過(guò)加入MnO2-TiO2-MgO復相添加劑,在1300℃下可以獲得相對密度為95%的氧化鋁陶瓷,其中MnO2可以促進(jìn)燒結,而MgO起到了顯微結構穩定劑的作用,在MnO2和MgO含量一定的情況下,加入少量TiO2可使氧化鋁燒結獲得良好的力學(xué)性能,再加入過(guò)量的TiO2反而使強度降低。

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      CuO-TiO2體系

      這一體系助劑具有良好的低溫燒結特性。經(jīng)研究發(fā)現,當摻入CuO-TiO2時(shí),添加劑系統以形成液相的形式促進(jìn)氧化鋁燒結,添加劑含量的增加有助于氧化鋁陶瓷的致密化,當CuO∶TiO2為1∶2、添加量為2wt%的時(shí)侯,在1300℃就能在無(wú)壓燒結情況下達到99%的相對密度,并通過(guò)燒結動(dòng)力學(xué)研究得到氧化鋁樣品的激活能為25.2kJ/mol,表明可能是鋁離子和氧離子的擴散過(guò)程控制了氧化鋁陶瓷的燒結。在此添加劑中繼續摻入SiO2后,在1400℃時(shí)生成了各向異性晶粒,可以改善其斷裂韌性。

      總結

      近年來(lái)學(xué)者們針對燒結助劑的研究已經(jīng)做了大量工作,在滿(mǎn)足低溫燒成Al2O3陶瓷的同時(shí),也在不斷提高其機械性能和電性能。但目前的研究成果大部分主要還集中在實(shí)驗室階段,與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系得不夠緊密。降低復合燒結助劑的制造成本,不同成形工藝對燒結助劑的不同要求,低熔點(diǎn)燒結助劑氧化物之間的作用機理,燒結助劑在不同溫度段的基礎理論等方面還有待進(jìn)一步研究。

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