氧化铝陶瓷ppt课件
合集下载
氧化铝陶瓷
耐高温，化学稳定性:
Al2O3结构陶瓷的用途
密封性
水泵机械密封 水暖阀芯 气动元件 化工设备 太阳能热水器
Al203陶瓷汽车刹车盘，减重60％
成品展
Al203陶瓷汽车活塞
Al203陶瓷纺织配件导丝器
氧化铝刀具
在切削时表现 为摩擦系数低、切 削力小、不易产生 积屑瘤和粘结磨损， 因此加工件容易得 到很高的光洁面。
Al2O3结构陶瓷的性质
强度高于粘土类陶瓷，硬度很高，有很好的 耐磨性。 耐高温，可在1600度高温下长期使用。 耐蚀性很强。 良好的电绝缘性能，在高温下的电绝缘性能 尤为突出，每毫米厚度可耐电压8000V以上。 韧性低，抗热震性差，不能承受温度的急剧 变化。（缺点）
结构材料的性质对比
Al2O3结构陶瓷的生产工艺流程 原料配料→研磨加工→制浆、制泥→成 型→干燥→制粉→热压烧结→烧成→检 选（冷加工）→包装入库→出厂
原料来源
氧化铝在地壳中含量非常丰富,在岩石中 平均含量为15.34%,是自然界中仅次于 SiO2存量的氧化物。一般应用于陶瓷工 业的氧化铝主要有2大类,一类是工业氧 化铝,另一类是电熔刚玉。
性能 密 度 （ g/ c m ） 弹 性 模 量 （ G P a） 抗 拉 强 度 （ M P a） 抗 弯 强 度 (M P a) 断 裂 功 （ J/ m ）
2 3
矿物聚合材料 2 .2 - 2 .7 50 30-190 40-210 50-1500
普通水泥 2 .3 20 1 .6 - 3 .3 5-10 20
实际应用
随着科学技术的发展及制造技术的提高,氧化铝陶瓷在现代
氧化铝ppt课件
下仍能保持其性能不变；
水系流延成形 Al2O3陶瓷基片，利用非水系
（2 ）高强度 ，在很大压力梯度操作 流延成形可以制备表面光滑 、平整、致密
下 ， 不会被压缩或产生蠕变，机械性能好；度高的Al2O3陶瓷基片，但在制备工艺中，
（3 ）化学稳定性好 ，能耐强酸强碱 基片的烧结温度高、耗能大。 因此可以在
氧化铝陶瓷基片
Al2O3陶瓷膜在净化工业用水加工、海
Al2O3陶瓷基片具有机械强度高、绝缘
水淡化、气体分离、催化反应等方面都具有 性好、避光性高等优良性能，广泛用于多层
大量的应用，陶瓷膜与有机高分子膜相比： 布线陶瓷基片、电子封装及高密度封装基片。
（1 ）耐高温 、热稳定性好 ，在高温
目前 ， 在工业应用中大部分都采用非
了氮化硅基陶瓷刀具材料及ZrO2相变增韧陶瓷刀具材料，80年代后期
到90年代，发展了晶须增韧陶瓷刀具材料。
增韧 Al2O3陶 瓷 刀 具 是 指 在 Al2O3基 体 中 添 加 增韧
或增强材料。 目前常用的增韧方法有：ZrO2相变增韧、晶须增韧、
第二相颗粒弥散增韧等。
.
3.氧化铝的应用
多通道管式陶瓷膜元件
CaO • Al2O3
-Al2O3
Al2O3有很多种晶型，目前发现的在十二种以上，其中 常见的有 、、、、、等。其中是高温稳定晶型， 其它均为不稳定的过渡晶型，在高温下可以转变为相。
.
1.氧化铝的结构与性质
图：-Al2O3晶体结构
-Al2O3为刚玉结构，属于三方晶系。正负 离子配位数为6:4，在三次轴平面内O2-作近似六 方密排（A-B-A-B），而Al3+则位于氧的八面体 间隙（在两氧离子层之间），填充三分之二八面 体间隙。
《氧化铝陶瓷》课件
氧化铝陶瓷
REPORTING
目 录
氧化铝陶瓷简介氧化铝陶瓷的制备方法氧化铝陶瓷的性能氧化铝陶瓷的应用案例氧化铝陶瓷的未来发展与挑战
PART
01
氧化铝陶瓷简介
REPORTING
定义
氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（Al2O3）为主要成分的陶瓷材料。
特性
具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、高绝缘性等优点，同时具有较好的热稳定性和化学稳定性。
导航系统
电子封装
氧化铝陶瓷因其高导热性、绝缘性和化学稳定性等特点，被用于制造电子封装材料，保护和支撑集成电路和其他电子元件。
高压电容器
氧化铝陶瓷具有高介电常数和低损耗等特点，被用于制造高压电容器，用于电力系统和电子设备中。
传感器和执行器
氧化铝陶瓷因其敏感性和稳定性等特点，被用于制造传感器和执行器等电子器件，如气敏传感器、压力传感器等。
表面处理技术
表面处理技术是提高氧化铝陶瓷性能的重要手段之一。目前，氧化铝陶瓷的表面处理技术还存在一些问题，如涂层附着力差、耐磨性差等。因此，需要加强表面处理技术的研究和开发，提高氧化铝陶瓷的表面性能。
增材制造技术
增材制造技术是一种新型的制造技术，具有个性化、高效、低成本等优点。氧化铝陶瓷在未来发展中可以与增材制造技术相结合，实现快速、精确、低成本的制造，拓展其应用领域。
机械工业
用于制造各种轴承、密封件、泵件等机械零件，具有高耐磨、耐腐蚀的特性。
电子工业
用于制造电子元件、集成电路封装、电子器件等，具有高绝缘、耐高温的特性。
航空航天
用于制造飞机发动机部件、航天器结构件等，具有高强度、轻质、耐高温的特性。
化学工业
用于制造各种耐腐蚀、耐磨损的管道、阀门、反应器等化工设备。
REPORTING
目 录
氧化铝陶瓷简介氧化铝陶瓷的制备方法氧化铝陶瓷的性能氧化铝陶瓷的应用案例氧化铝陶瓷的未来发展与挑战
PART
01
氧化铝陶瓷简介
REPORTING
定义
氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（Al2O3）为主要成分的陶瓷材料。
特性
具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、高绝缘性等优点，同时具有较好的热稳定性和化学稳定性。
导航系统
电子封装
氧化铝陶瓷因其高导热性、绝缘性和化学稳定性等特点，被用于制造电子封装材料，保护和支撑集成电路和其他电子元件。
高压电容器
氧化铝陶瓷具有高介电常数和低损耗等特点，被用于制造高压电容器，用于电力系统和电子设备中。
传感器和执行器
氧化铝陶瓷因其敏感性和稳定性等特点，被用于制造传感器和执行器等电子器件，如气敏传感器、压力传感器等。
表面处理技术
表面处理技术是提高氧化铝陶瓷性能的重要手段之一。目前，氧化铝陶瓷的表面处理技术还存在一些问题，如涂层附着力差、耐磨性差等。因此，需要加强表面处理技术的研究和开发，提高氧化铝陶瓷的表面性能。
增材制造技术
增材制造技术是一种新型的制造技术，具有个性化、高效、低成本等优点。氧化铝陶瓷在未来发展中可以与增材制造技术相结合，实现快速、精确、低成本的制造，拓展其应用领域。
机械工业
用于制造各种轴承、密封件、泵件等机械零件，具有高耐磨、耐腐蚀的特性。
电子工业
用于制造电子元件、集成电路封装、电子器件等，具有高绝缘、耐高温的特性。
航空航天
用于制造飞机发动机部件、航天器结构件等，具有高强度、轻质、耐高温的特性。
化学工业
用于制造各种耐腐蚀、耐磨损的管道、阀门、反应器等化工设备。
氧化物陶瓷ppt课件
ppt精选版
12
氧化物陶瓷
氧化铝陶瓷存在的问题及解决方案：
存在的问题：
（1）要将氧化铝陶瓷制备成粉末，经过实践发现 真的是有很大的难度。研究发现，在氧化铝陶瓷 研磨过程中也受二次杂质污染，这是目前我国不 能制备高性能的粉末的最主要原因。而且就算是 得到了粉末，也无法直接应用于制作结构陶瓷件， 因为它们的烧结密度不高，氧化铝陶瓷的性能也 容易受到影响，成为发展过程中的一大阻碍。
ppt精选版
19
氧化物陶瓷
（1） α 一氧化铝在功能陶瓷中的应用
功能陶瓷酌特性与用途 功能陶瓷是指那些利用其电 、 磁 、 声、 光 、 热等性 质或其耦合效应， 以实现某种使 用功能的先进陶瓷， 其具有绝缘性、 介电性、 压电性 、 热 电性 、 半导体 、 离 子传导性以及超导性等多种电气性能 ， 因此有多方 面的功能和极广泛的用途。 目前已大规模实 用化 的 主要是集成电路基板和封装用绝缘 陶瓷、 汽车火 花 塞绝缘陶瓷、 在电视机和录像机中广泛使用的电容 器介 电陶瓷、 有多种用途的压电陶瓷和各种传感器 用敏感陶瓷 ， 此外还用于高压钠灯发光管等。
料的力学性能。陶瓷基复合材料的实质就是通过相变增韧、颗粒弥散
增韧和纤维(晶须)增韧来改善陶瓷材料的力学性能，特别是断裂韧性。
因而开发陶瓷基复合材料，成为改善传统单一结构陶瓷脆性的主要手
段，受到各国的高度重视和广泛研究。
ppt精选版
24
[1] 薛明俊等． 用 S o l —G e l 法制备氧化铝多孔陶瓷的研 究． 中国 陶瓷． 1 9 9 9 ( 6 )
[6] 朱武斌 郭志军.氧化铝陶瓷的发展与应用[J].陶瓷 2003，
ppt精选版
25
ppt精选版
氧化铝陶瓷讲课ppt
12
应用—其它方面
• 航空航天方面应用较 多的是Al2O3基纤维， 它具有高强度、耐高 温、抗氧化、耐腐蚀 等多种性能。 Al2O3可 以制备成高温耐热纤 维， 用于航天飞机上 的隔热瓦和柔性隔热 材料等。
14
(2) β-Al2O3
• β-Al2O3是一种含碱金属(或碱土金属)的铝酸 盐(其通式为 R2O· 11Al2O3，或 RO· 6Al2O3)。 • β-Al2O3是一种不稳定的化合物，加热时， 会分解生成Na2O(或RO)和α-Al2O3。 • β-Al2O3的结构具有明显的离子导电能力和 松弛极化现象，介质损耗大，电绝缘性能 差，在制造无线电陶瓷时不允许β-Al2O3的 存在。
11
应用—化工方面
• Al2O3陶瓷膜——耐高温、热稳定性好，在高 温下仍能保持其性能不变；高强度，在很大压 力梯度操作下， 不会被压缩或产生蠕变，机 械性能好；化学稳定性好，能耐强酸强碱溶液、 有机溶剂和氯化物腐蚀，并且不被微生物降解； 可反复使用， 易清洁； 制备时孔径大小和孔 径尺寸分布容易控制。在净化工业用水、海水 淡化、气体分离、催化反应等方面都具有大量 的应用 • Al2O3 涂层——耐腐蚀、耐高温
氧化铝陶瓷
韩旋贺130037208 刘雪菲130037215
三氧 化铀
氧化 钙
氧化 铝
氧化 镁
氧化 铍
氧化物 陶瓷
氧化 锌 二氧 化钍 二氧 化钛
氧化 钇
氧化 锆
Al2O3陶瓷类型
• 氧化铝陶瓷（alumina ceramics ）是一种以 α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料，其Al2O3含量 一般在75~99.9%之间。通常以配料中Al2O3 的含量来分类。根据Al2O3含量不同，习惯 上称为75瓷、80瓷、85瓷、90瓷、92瓷、 95瓷、瓷等。
应用—其它方面
• 航空航天方面应用较 多的是Al2O3基纤维， 它具有高强度、耐高 温、抗氧化、耐腐蚀 等多种性能。 Al2O3可 以制备成高温耐热纤 维， 用于航天飞机上 的隔热瓦和柔性隔热 材料等。
14
(2) β-Al2O3
• β-Al2O3是一种含碱金属(或碱土金属)的铝酸 盐(其通式为 R2O· 11Al2O3，或 RO· 6Al2O3)。 • β-Al2O3是一种不稳定的化合物，加热时， 会分解生成Na2O(或RO)和α-Al2O3。 • β-Al2O3的结构具有明显的离子导电能力和 松弛极化现象，介质损耗大，电绝缘性能 差，在制造无线电陶瓷时不允许β-Al2O3的 存在。
11
应用—化工方面
• Al2O3陶瓷膜——耐高温、热稳定性好，在高 温下仍能保持其性能不变；高强度，在很大压 力梯度操作下， 不会被压缩或产生蠕变，机 械性能好；化学稳定性好，能耐强酸强碱溶液、 有机溶剂和氯化物腐蚀，并且不被微生物降解； 可反复使用， 易清洁； 制备时孔径大小和孔 径尺寸分布容易控制。在净化工业用水、海水 淡化、气体分离、催化反应等方面都具有大量 的应用 • Al2O3 涂层——耐腐蚀、耐高温
氧化铝陶瓷
韩旋贺130037208 刘雪菲130037215
三氧 化铀
氧化 钙
氧化 铝
氧化 镁
氧化 铍
氧化物 陶瓷
氧化 锌 二氧 化钍 二氧 化钛
氧化 钇
氧化 锆
Al2O3陶瓷类型
• 氧化铝陶瓷（alumina ceramics ）是一种以 α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料，其Al2O3含量 一般在75~99.9%之间。通常以配料中Al2O3 的含量来分类。根据Al2O3含量不同，习惯 上称为75瓷、80瓷、85瓷、90瓷、92瓷、 95瓷、瓷等。
氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（Al2O3）为主体的陶瓷材料，用于厚膜集成电路。
氧化铝陶瓷有较好的传导性、机械强度和耐高温性。
需要注意的是需用超声波进行洗涤。
氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷，因为其优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。
类别氧化铝陶瓷分为高纯型与普通型两种。
高纯型氧化铝陶瓷系Al2O3含量在99．9%以上的陶瓷材料，由于其烧结温度高达1650—1990℃，透射波长为1～6μm，一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚；利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管；在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。
高纯氧化铝刚玉坩埚金卤灯陶瓷管用高纯氧化铝高纯度氧化铝电路板普通型氧化铝陶瓷系按Al2O3含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种，有时Al2O3含量在80%或75%者也划为普通氧化铝陶瓷系列。
其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等；95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件；85瓷中由于常掺入部分滑石，提高了电性能与机械强度，可与钼、铌、钽等金属封接，有的用作电真空装置器件。
99瓷95瓷90瓷与85瓷制作工艺粉体制备将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。
粉体粒度在1μm以下，若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在99．99%外，还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。
采用挤压成型或注射成型时，粉料中需引入粘结剂与可塑剂，一般为重量比在10－30%的热塑性塑胶或树脂?有机粘结剂应与氧化铝粉体在150－200温度下均匀混合，以利于成型操作。
采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。
若采用半自动或全自动干压成型，对粉体有特别的工艺要求，需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状，以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。
此外，为减少粉料与模壁的摩擦，还需添加1～2%的润滑剂，如硬脂酸，及粘结剂PVA。
氧化物陶瓷ppt课件
.
氧化物陶瓷
α－氧化铝 以其强度高、硬度大、耐高温、耐磨损 等一 系列优异特性，在各种新型陶瓷材料 的生产中 得到广泛 的应用 。它不但是制做集成 电路 基片、人 造宝石、切削 刀具 、人造骨骼等高级氧化铝陶瓷的粉 体原料，而且可 用作荧光粉载体、高级耐火材料、特 殊研磨材料等。随 着现代科学技术的发展，α一 氧化 铝的应用领域正在迅 速拓宽 ，市场需求量也在 日益 增大 ，其前景非常广阔。 α一氧化铝在功能陶瓷中的应用
2)电子、电力方面。有各种氧化铝陶瓷底板、基 片、陶瓷膜、高压钠灯透明氧化铝陶瓷以及各种 氧化铝陶瓷电绝缘瓷件,电子材料,磁性材料等
.
3)化工方面。有氧化铝陶瓷化工填料球,氧化铝陶 瓷微滤膜,氧化铝陶瓷耐腐蚀涂层等。
4)医学方面。有氧化铝陶瓷人工骨,羟基磷灰石涂 层多晶氧化铝陶瓷人工牙齿、人工关节等。
料之一。氧化铝陶瓷具有机械强度高,绝缘电阻大, 硬度高,耐磨、耐腐蚀及耐高温等一系列优良性能, 其广泛应用于陶瓷、纺织、石油、化工、建筑及电 子等各个行业,是目前氧化物陶瓷中用途最广、产销 量最大的陶瓷新材。
.
应用： 1)机械方面。有耐磨氧化铝陶瓷衬砖、衬板、衬
片,氧化铝陶瓷钉,陶瓷密封件(氧化铝陶瓷球阀), 黑色氧化铝陶瓷切削刀具,红色氧化铝陶瓷柱塞 等。
.
氧化物陶瓷
通常具有较高的熔融温度，在氧化气氛中非常稳定 。较高的机械强度、电绝缘性能和化学稳定性。除 氧化铍陶瓷外，其导热性较低。通常采用超细粉配 料并加入少量烧结促进剂和改性添加剂。按制品形 状及性能要求可采用热压铸、干压、等静压、流延 、挤制、注浆等多种成型方法。大多数制品在氧化 气氛中烧成，有时也采用真空、氢气或控制气氛烧 结。
.
氧化物陶瓷
5)建筑卫生陶瓷方面。球磨机用氧化铝陶瓷衬砖、 微晶耐磨氧化铝球石的应用已十分普及,氧化铝陶瓷 辊棒、氧化铝陶瓷保护管及各种氧化铝质、氧化铝 结合其他材质耐火材料的应用随处可见。
氧化物陶瓷
α－氧化铝 以其强度高、硬度大、耐高温、耐磨损 等一 系列优异特性，在各种新型陶瓷材料 的生产中 得到广泛 的应用 。它不但是制做集成 电路 基片、人 造宝石、切削 刀具 、人造骨骼等高级氧化铝陶瓷的粉 体原料，而且可 用作荧光粉载体、高级耐火材料、特 殊研磨材料等。随 着现代科学技术的发展，α一 氧化 铝的应用领域正在迅 速拓宽 ，市场需求量也在 日益 增大 ，其前景非常广阔。 α一氧化铝在功能陶瓷中的应用
2)电子、电力方面。有各种氧化铝陶瓷底板、基 片、陶瓷膜、高压钠灯透明氧化铝陶瓷以及各种 氧化铝陶瓷电绝缘瓷件,电子材料,磁性材料等
.
3)化工方面。有氧化铝陶瓷化工填料球,氧化铝陶 瓷微滤膜,氧化铝陶瓷耐腐蚀涂层等。
4)医学方面。有氧化铝陶瓷人工骨,羟基磷灰石涂 层多晶氧化铝陶瓷人工牙齿、人工关节等。
料之一。氧化铝陶瓷具有机械强度高,绝缘电阻大, 硬度高,耐磨、耐腐蚀及耐高温等一系列优良性能, 其广泛应用于陶瓷、纺织、石油、化工、建筑及电 子等各个行业,是目前氧化物陶瓷中用途最广、产销 量最大的陶瓷新材。
.
应用： 1)机械方面。有耐磨氧化铝陶瓷衬砖、衬板、衬
片,氧化铝陶瓷钉,陶瓷密封件(氧化铝陶瓷球阀), 黑色氧化铝陶瓷切削刀具,红色氧化铝陶瓷柱塞 等。
.
氧化物陶瓷
通常具有较高的熔融温度，在氧化气氛中非常稳定 。较高的机械强度、电绝缘性能和化学稳定性。除 氧化铍陶瓷外，其导热性较低。通常采用超细粉配 料并加入少量烧结促进剂和改性添加剂。按制品形 状及性能要求可采用热压铸、干压、等静压、流延 、挤制、注浆等多种成型方法。大多数制品在氧化 气氛中烧成，有时也采用真空、氢气或控制气氛烧 结。
.
氧化物陶瓷
5)建筑卫生陶瓷方面。球磨机用氧化铝陶瓷衬砖、 微晶耐磨氧化铝球石的应用已十分普及,氧化铝陶瓷 辊棒、氧化铝陶瓷保护管及各种氧化铝质、氧化铝 结合其他材质耐火材料的应用随处可见。
氧化铝陶瓷概述
氧化铝陶瓷的特性
高硬度
氧化铝陶瓷具有很高的硬度，其莫氏硬 度约为8-9，仅次于金刚石和碳化硅。
高绝缘性
氧化铝陶瓷具有很高的绝缘性能，其 电阻率高达1014Ω·cm以上，可用于
制造高压、高温绝缘器件。
高熔点
氧化铝陶瓷的熔点高达2050℃，使其 在高温环境下仍能保持稳定的物理和 化学性能。
低热膨胀系数
制备工艺对性能的影响
粉体制备
采用不同的合成方法，如 固相法、溶胶-凝胶法等， 得到不同粒度和形貌的粉 体，影响陶瓷的性能。
成型工艺
采用不同的成型方法，如 干压成型、等静压成型等， 影响陶瓷的致密度和强度。
烧成制度
烧成温度、气氛、时间等 因素影响陶瓷的显微结构 和性能。
表面处理与改性
表面涂层
表面粗糙度
电子工业领域
由于其优良的绝缘性能和稳定的物理化学性能，氧化铝陶 瓷在电子工业中广泛应用于制造电子元件、电子器件封装 、集成电路基片等。
其他领域
氧化铝陶瓷还广泛应用于化工、石油、纺织等领域的耐腐 蚀、耐磨损部件，以及作为高温炉管、高温发热元件等。
02
氧化铝陶瓷的生产工艺
原料选择与处理
原料选择
选择高纯度、高结晶度的氧化铝 粉体作为主要原料，以确保陶瓷 的性能和品质。
VS
拓展应用领域
利用多功能氧化铝陶瓷的特点，开发其在 新能源、生物医学、环保等领域的应用， 满足社会发展的多样化需求。
感谢观看
THANKS
后处理
进行表面处理、涂层、金属化等后处理，以提高氧化铝陶瓷的耐腐蚀性、导电性 等性能。
03
氧化铝陶瓷的性能优化
添加物对性能的影响Leabharlann 010203
结构陶瓷ch之透明氧化铝陶瓷PPT课件
第42页/共59页
透明陶瓷的种类
透明陶瓷
氧化物
氧化铝 氧化钇 钇铝石榴石：
（Y3Al5O12） 氧氮化铝
非氧化物
AlN ZnS ZnSe MgF2
PLZT电光陶 瓷
CaF2
MgO，CaO
43
第43页/共59页
YA G
• 钇铝石榴石(Yttrium Aluminum Garnet）
价带
半导体吸收光产生 自由电子示意图
4
第4页/共59页
能级 • 能级理论是一种解释原子核外电子运动轨道的
一种理论。它认为电子只能在特定的、分立的 轨道上运动，各个轨道上的电子具有分立的能 量，这些能量值即为能级。
布：
6
第6页/共59页
能 带？ • 量子力学计算表明，固体中若有N个原子，由于
9
第9页/共59页
有关能带被占据情况的几个名词：
价带（ 满带：排满电子，简写EV ） 价带（非满带：能带中一部分能级排满电子， 亦称导带，
一般出现在金属中。）
空带（未排电子） 亦称导带，简写EC 禁带（不能排电子）
E 空带
导带
Eg 禁带
导带
Eg 禁带
价带 (非满带)
•• •
价带 (满带)
•••••
27
第27页/共59页
4.陶瓷材料的透光性的主要影响因素
• 气孔率 • 晶界结构 • 原料与添加剂 • 烧成气氛 • 表面加工光洁度
28
第28页/共59页
①气孔率
• 对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率。 充分致密、无气孔的陶瓷是具有良的好透光性 的必要条件。
• 普通的陶瓷即使具有较高的致密度，往往也不 是透明的，这是因为其中有很多封闭的气孔。
透明陶瓷的种类
透明陶瓷
氧化物
氧化铝 氧化钇 钇铝石榴石：
（Y3Al5O12） 氧氮化铝
非氧化物
AlN ZnS ZnSe MgF2
PLZT电光陶 瓷
CaF2
MgO，CaO
43
第43页/共59页
YA G
• 钇铝石榴石(Yttrium Aluminum Garnet）
价带
半导体吸收光产生 自由电子示意图
4
第4页/共59页
能级 • 能级理论是一种解释原子核外电子运动轨道的
一种理论。它认为电子只能在特定的、分立的 轨道上运动，各个轨道上的电子具有分立的能 量，这些能量值即为能级。
布：
6
第6页/共59页
能 带？ • 量子力学计算表明，固体中若有N个原子，由于
9
第9页/共59页
有关能带被占据情况的几个名词：
价带（ 满带：排满电子，简写EV ） 价带（非满带：能带中一部分能级排满电子， 亦称导带，
一般出现在金属中。）
空带（未排电子） 亦称导带，简写EC 禁带（不能排电子）
E 空带
导带
Eg 禁带
导带
Eg 禁带
价带 (非满带)
•• •
价带 (满带)
•••••
27
第27页/共59页
4.陶瓷材料的透光性的主要影响因素
• 气孔率 • 晶界结构 • 原料与添加剂 • 烧成气氛 • 表面加工光洁度
28
第28页/共59页
①气孔率
• 对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率。 充分致密、无气孔的陶瓷是具有良的好透光性 的必要条件。
• 普通的陶瓷即使具有较高的致密度，往往也不 是透明的，这是因为其中有很多封闭的气孔。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
21
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：
23
24
25
26
27
28
透明氧化铝陶瓷
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。
4
5
α氧化铝结构图
6
蓝宝石
蓝色的蓝宝石，是由于其中混有少量钛（Ti） 和铁（Fe）杂质所致；
7
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%。
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。
9
10Βιβλιοθήκη 11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。
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。
18
19
磨细与配料
20
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。
1
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
(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
3
氧化铝陶瓷
29
30
透明氧化铝陶瓷的制备
31
32
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。
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
12
13
14
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：
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
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
16
17
Al2O3陶瓷的制备
预烧与晶型转变
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：
23
24
25
26
27
28
透明氧化铝陶瓷
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。
4
5
α氧化铝结构图
6
蓝宝石
蓝色的蓝宝石，是由于其中混有少量钛（Ti） 和铁（Fe）杂质所致；
7
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%。
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。
9
10Βιβλιοθήκη 11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。
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。
18
19
磨细与配料
20
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。
1
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
(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
3
氧化铝陶瓷
29
30
透明氧化铝陶瓷的制备
31
32
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。
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
12
13
14
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：
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
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
16
17
Al2O3陶瓷的制备
预烧与晶型转变