氧化铝陶瓷ppt课件
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α氧化铝结构图
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蓝宝石
蓝色的蓝宝石，wenku.baidu.com由于其中混有少量钛（Ti） 和铁（Fe）杂质所致；
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红宝石
红色来自铬(Cr)
8
γ-Al2O3属立方晶系, 尖晶石型结构， 氧离子形成立方密堆 积，Al3+填充在间隙中。γ-Al2O3的密度小，且高温下不稳定， 加热到1100－1200℃时，缓慢转变成α-Al2O3，到1450℃时这 一过程才完成。伴随着放热32.8KJ/mol，体积收缩14.3%。
Al2O3生产中预烧具有以下作用：①使γ- Al2O3转变为 稳定的α- Al2O3。这样制品在烧成时的线收缩可以从 22%降低为14%，或者体积收缩从53%降低为37%。 ②煅烧后的Al2O3可能形成极细小的α- Al2O3单晶颗粒。 ③球状Al2O3的脆性提高，易于研磨。 ④预烧还可以排除原料中的杂质Na2O，提高原料的纯度， 从而提高产品的性能。
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烧结
• 常见的几种烧结工艺均可以 用 来制备 氧化铝 陶 瓷材料，不 同的方法所得材料具有不同的优点。 采用烧结助剂无疑是一 种比较好的烧结方法。
22
影响氧化铝陶瓷烧结的因素
影响氧化铝陶瓷烧结的因素主要是烧成工艺 制度和氧化铝粉体的性状
①烧成制度：
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透明氧化铝陶瓷
(4)硼化物陶瓷，如硼化钛陶瓷、硼化锆陶瓷等。 由此可见，组成结构陶瓷的元素，如硅、硼、碳、氧、氮、
铝均为地壳中含量最多的，这也是结构陶瓷用作发动机部件， 取代镍、钴、铬等战略金属、显示其生命力的地方。
2
氧化物陶瓷
氧化铝陶瓷 氧化锆陶瓷 氧化镁陶瓷 氧化铍陶瓷 其它氧化物陶瓷
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氧化铝陶瓷
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透明氧化铝陶瓷的制备
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氧化铝陶瓷的性能和应用
氧化铝陶瓷的用途是十分广泛的，根据氧化铝含量不 同，其性能不同，用途也各有差异。
机械强度高：氧化铝烧结后的抗弯强度可达250MPa, 热压产品可达500MPa。氧化铝的成分愈纯，强度愈 高。强度在高温下可维持到900℃。利用氧化铝陶瓷 的这一性质可以制成装置瓷和其他机械构件。
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按组分分类，结构陶瓷又可分为：
(1)氧化物陶瓷，如氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、莫来石陶瓷、氧 化镁陶瓷、氧化钙陶瓷、氧化铍陶瓷、锆英石陶瓷等；
(2)氮化物陶瓷、如氮化硅陶瓷、赛龙(Sialon)、氮化铝陶瓷、氮 化硼陶瓷等；
(3)碳化物陶瓷：如碳化硅陶瓷、碳化钛陶瓷、碳化硼陶瓷以及 碳化铀陶瓷
高纯度氧化铝粉体制备：是将高纯度铝盐和金属铝分别热
解、氧化而制得的，主要有以下四种方法： 1.铵明矾热解法 2.有机铝盐加水分解法 3.铝的水中放电分解法 4. 铝的铵碳酸盐热分解法
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高纯度氧化铝粉体制备
Al2O3制品的强度、耐热性和电绝缘性等许多性能随杂 质含量的增加而劣化，因此在制品要求高强度和优良 透光性能时，必须采用高纯度的Al2O3 粉末原料， 一 般采用如下方法制取：
由于γ-Al2O3是松散结构，机电性能差，可以用它来做多孔 材料。自然界没有发现γ-Al2O3，它一般是由含水的Al2O3矿物 （Al2O3·H2O或Al2O3·3H2O）经加热而成。
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氧化铝粉体的制备
拜耳法
工业氧化铝粉体的生产一般采用拜耳法。是由K．J Bayer(拜耳)所发明。它是将含铝量高的天然矿物，如铝矾土用 酸法或碱法处理而得。碱法处理是近代炼铝工业中制造氧化铝 的主要方法。酸法生产很少使用，但能提取贫矿中的氧化铝， 因而是有发展前途的一种方法。
结构陶瓷定义与分类
定义：所谓结构陶瓷，是指能作为工程结构材料使用的陶瓷。 它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐 蚀、抗氧化、抗热震等特性。
分类：因结构陶瓷往往在高温下作为结构材料使用，因而常称 之为高温结构陶瓷或工程陶瓷。高温结构陶瓷大致可分为两大 类，一类是在大热流和1500℃高温下作短时间(几秒到几十分钟) 使用，另一类是在中等热流和1200℃以上的高温下长时间(几百 到数千小时)使用。前者用于如洲际导弹的端头，回收人造卫星 的前缘，火箭尾喷管喉衬和航天飞机外蒙皮等；后者主要用于 能源工程，作为各种新型热机(燃气轮机、绝热柴油机)中的耐热、 耐磨部件：如燃烧室、活塞顶、蜗轮转子、汽缸套等以及广泛 用于汽车、机械、石油化工、纺织等工业领域的耐热、耐磨损、 耐腐蚀部件，如各种泵用的密封材料、轴承及轴套等。
氧化铝陶瓷是一种以α氧化铝为主晶相的陶瓷材料， 氧化铝含量一般在75~99.9%之间，通常习惯以氧化铝的 含量来分类。氧化铝的含量在75%左右称为“75瓷”， 含量在85%左右称作“85瓷”，含量在99%左右称作 “99瓷”。含量在99%以上的称作刚玉瓷或纯刚玉瓷。 氧化铝有α（刚玉型）、β、γ、δ等11种变体，其中主 要是α、γ两种晶型，而且只有一种热力学稳定相，即α 氧化铝。而β氧化铝是含碱的铝酸盐(R2O·11Al2O3或 RO·6Al2O3)。它们的结构各不相同。
Al2(NH4)2(SO4)4·H2O 500～600℃ A12(SO4)3＋ SO3↑ ＋ 2NH3↑+2H2O
A12(SO4)3 800～900℃
Al2O3＋3 SO3↑
γ-Al2O3
1300℃ 1。5～2 。0h α-Al2O3
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Al2O3陶瓷的制备
预烧与晶型转变
1.铵明矾热解法 2.有机铝盐加水分解法 3.铝的水中放电分解法 4. 铝的铵碳酸盐热分解法
15
例：硫酸铝铵[Al2(NH4)2(SO4)4·24H2O]在空气中 热分解制备Al2O3粉体：
Al2(NH4)2(SO4)4·24H2O 200℃ Al2(NH4)2(SO4)4·H2O +23H2O
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磨细与配料
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氧化铝陶瓷的成型
氧化铝陶瓷成型的方法有许多种，依产品的 形状、大小、复杂性与精度等要求选用合适 的成型方式。最常用的方法有干压法成型、 注浆成型、挤压成型、冷等静压法成型（CIP), 注射成型、流延成型、热压成型与热等静压 成型(HIP)以及近几年来新开发的压滤成型、 凝胶注成型、固体自由成型制造技术等。
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α氧化铝结构图
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蓝宝石
蓝色的蓝宝石，wenku.baidu.com由于其中混有少量钛（Ti） 和铁（Fe）杂质所致；
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红宝石
红色来自铬(Cr)
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γ-Al2O3属立方晶系, 尖晶石型结构， 氧离子形成立方密堆 积，Al3+填充在间隙中。γ-Al2O3的密度小，且高温下不稳定， 加热到1100－1200℃时，缓慢转变成α-Al2O3，到1450℃时这 一过程才完成。伴随着放热32.8KJ/mol，体积收缩14.3%。
Al2O3生产中预烧具有以下作用：①使γ- Al2O3转变为 稳定的α- Al2O3。这样制品在烧成时的线收缩可以从 22%降低为14%，或者体积收缩从53%降低为37%。 ②煅烧后的Al2O3可能形成极细小的α- Al2O3单晶颗粒。 ③球状Al2O3的脆性提高，易于研磨。 ④预烧还可以排除原料中的杂质Na2O，提高原料的纯度， 从而提高产品的性能。
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烧结
• 常见的几种烧结工艺均可以 用 来制备 氧化铝 陶 瓷材料，不 同的方法所得材料具有不同的优点。 采用烧结助剂无疑是一 种比较好的烧结方法。
22
影响氧化铝陶瓷烧结的因素
影响氧化铝陶瓷烧结的因素主要是烧成工艺 制度和氧化铝粉体的性状
①烧成制度：
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透明氧化铝陶瓷
(4)硼化物陶瓷，如硼化钛陶瓷、硼化锆陶瓷等。 由此可见，组成结构陶瓷的元素，如硅、硼、碳、氧、氮、
铝均为地壳中含量最多的，这也是结构陶瓷用作发动机部件， 取代镍、钴、铬等战略金属、显示其生命力的地方。
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氧化物陶瓷
氧化铝陶瓷 氧化锆陶瓷 氧化镁陶瓷 氧化铍陶瓷 其它氧化物陶瓷
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氧化铝陶瓷
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透明氧化铝陶瓷的制备
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氧化铝陶瓷的性能和应用
氧化铝陶瓷的用途是十分广泛的，根据氧化铝含量不 同，其性能不同，用途也各有差异。
机械强度高：氧化铝烧结后的抗弯强度可达250MPa, 热压产品可达500MPa。氧化铝的成分愈纯，强度愈 高。强度在高温下可维持到900℃。利用氧化铝陶瓷 的这一性质可以制成装置瓷和其他机械构件。
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按组分分类，结构陶瓷又可分为：
(1)氧化物陶瓷，如氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、莫来石陶瓷、氧 化镁陶瓷、氧化钙陶瓷、氧化铍陶瓷、锆英石陶瓷等；
(2)氮化物陶瓷、如氮化硅陶瓷、赛龙(Sialon)、氮化铝陶瓷、氮 化硼陶瓷等；
(3)碳化物陶瓷：如碳化硅陶瓷、碳化钛陶瓷、碳化硼陶瓷以及 碳化铀陶瓷
高纯度氧化铝粉体制备：是将高纯度铝盐和金属铝分别热
解、氧化而制得的，主要有以下四种方法： 1.铵明矾热解法 2.有机铝盐加水分解法 3.铝的水中放电分解法 4. 铝的铵碳酸盐热分解法
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高纯度氧化铝粉体制备
Al2O3制品的强度、耐热性和电绝缘性等许多性能随杂 质含量的增加而劣化，因此在制品要求高强度和优良 透光性能时，必须采用高纯度的Al2O3 粉末原料， 一 般采用如下方法制取：
由于γ-Al2O3是松散结构，机电性能差，可以用它来做多孔 材料。自然界没有发现γ-Al2O3，它一般是由含水的Al2O3矿物 （Al2O3·H2O或Al2O3·3H2O）经加热而成。
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氧化铝粉体的制备
拜耳法
工业氧化铝粉体的生产一般采用拜耳法。是由K．J Bayer(拜耳)所发明。它是将含铝量高的天然矿物，如铝矾土用 酸法或碱法处理而得。碱法处理是近代炼铝工业中制造氧化铝 的主要方法。酸法生产很少使用，但能提取贫矿中的氧化铝， 因而是有发展前途的一种方法。
结构陶瓷定义与分类
定义：所谓结构陶瓷，是指能作为工程结构材料使用的陶瓷。 它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐 蚀、抗氧化、抗热震等特性。
分类：因结构陶瓷往往在高温下作为结构材料使用，因而常称 之为高温结构陶瓷或工程陶瓷。高温结构陶瓷大致可分为两大 类，一类是在大热流和1500℃高温下作短时间(几秒到几十分钟) 使用，另一类是在中等热流和1200℃以上的高温下长时间(几百 到数千小时)使用。前者用于如洲际导弹的端头，回收人造卫星 的前缘，火箭尾喷管喉衬和航天飞机外蒙皮等；后者主要用于 能源工程，作为各种新型热机(燃气轮机、绝热柴油机)中的耐热、 耐磨部件：如燃烧室、活塞顶、蜗轮转子、汽缸套等以及广泛 用于汽车、机械、石油化工、纺织等工业领域的耐热、耐磨损、 耐腐蚀部件，如各种泵用的密封材料、轴承及轴套等。
氧化铝陶瓷是一种以α氧化铝为主晶相的陶瓷材料， 氧化铝含量一般在75~99.9%之间，通常习惯以氧化铝的 含量来分类。氧化铝的含量在75%左右称为“75瓷”， 含量在85%左右称作“85瓷”，含量在99%左右称作 “99瓷”。含量在99%以上的称作刚玉瓷或纯刚玉瓷。 氧化铝有α（刚玉型）、β、γ、δ等11种变体，其中主 要是α、γ两种晶型，而且只有一种热力学稳定相，即α 氧化铝。而β氧化铝是含碱的铝酸盐(R2O·11Al2O3或 RO·6Al2O3)。它们的结构各不相同。
Al2(NH4)2(SO4)4·H2O 500～600℃ A12(SO4)3＋ SO3↑ ＋ 2NH3↑+2H2O
A12(SO4)3 800～900℃
Al2O3＋3 SO3↑
γ-Al2O3
1300℃ 1。5～2 。0h α-Al2O3
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Al2O3陶瓷的制备
预烧与晶型转变
1.铵明矾热解法 2.有机铝盐加水分解法 3.铝的水中放电分解法 4. 铝的铵碳酸盐热分解法
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例：硫酸铝铵[Al2(NH4)2(SO4)4·24H2O]在空气中 热分解制备Al2O3粉体：
Al2(NH4)2(SO4)4·24H2O 200℃ Al2(NH4)2(SO4)4·H2O +23H2O
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磨细与配料
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氧化铝陶瓷的成型
氧化铝陶瓷成型的方法有许多种，依产品的 形状、大小、复杂性与精度等要求选用合适 的成型方式。最常用的方法有干压法成型、 注浆成型、挤压成型、冷等静压法成型（CIP), 注射成型、流延成型、热压成型与热等静压 成型(HIP)以及近几年来新开发的压滤成型、 凝胶注成型、固体自由成型制造技术等。