Al2O3陶瓷的烧结方法

Al2O3陶瓷的烧结方法

正确地选择烧结方法,是使Al2O3陶瓷具有理想的结构及预定性能的关键。如在通常的大气条件下（无特殊气氛、常压下）烧结，无论怎样选择烧结条件，也很难获得无气孔或高强度制品。下面简介几种Al2O3陶瓷及其特种陶瓷的烧结工艺方法。

①低温烧结

在尽可能低的温度下制备陶瓷是人们早有的愿望，这种方法可以降低能耗，使烧结成本降低。低温烧结方法主要有以下两种。

(1)引入添加剂这种子选手方法根据添加剂作用机理可分为如下两类：一是添加剂的引入使晶格空位增加，易于扩散，烧结速度加快；二是添加剂的引入使液相在较低的温度下生成，出现液相后晶体能作粘性流动，因而促进了烧结。当不存在液相时，陶瓷粉料通常是通过传质而烧结的。实际上，理想晶体是不存在的，晶体总是存在一定数量的空位，颈部的空位浓度高，其它的部分空位浓度低，空位浓度梯度的存在，导致空位浓度高的部分（通常是两颗粒的接界处----颈部）向空位浓度低的部分扩散，而质点（离子）向相反方向扩散，使物料易于烧结，Al2O3添加TiO2、MgO、MnO等添加剂后，就显着地促进了烧结。

(2)使用易于烧结的粉料

易于烧结的粉料制备方法大致分为以下两类：a通过粉料制备工艺规程；b特殊粉料制备法。这里所指的制备工艺过程是粉料的化学组成、制备条件、煅烧条件、粉碎条件等。由于这些工艺过程的变化，使所得的陶瓷粉料的烧结性能发生微妙的变化。总之，随着粉末颗粒的微细化，粉体的显微结构和性能将会发生很大的变化，尤其是对微米、纳米级的粉体来说，它在内部压力、表面活性等方面都会有意想不到的性能。因此在加速粉料在烧结过程中的动力学过程、降低烧结温度和缩短烧结时间；

②.热压烧结

如果加热粉体同时进行加压，那么烧结主要取决塑性流动，而不是扩散。对于同种材料而言，压力烧结与常压烧结相比，烧结温度低的多，而且烧结体中气孔率也低。另外，由于在较低的温度下烧结，就抑制了晶粒成长，所得的烧结体致密，且具有较高的强度（晶粒细小的陶瓷，强度较高）。

在热压中最重要的是模型材料的选择，使用最广泛的模型材料是石墨，但因目的的不同也有使用氧化铝和氮化硅的，最近还开发了纤维增强的石墨模型，这种模型壁薄，可经受30-50MPa的压力，下表列出了单轴加压的热压模型材料。

加热方式几乎都采用高频感应方法，对于性能好的模型，可采用低电压、大电流的直接加热方式。热压法的缺点是加热、冷却时间长，而且必须进行后加工，生产效率低，只能生产形状不太复杂的制品。如我们用热压法制备强度很高的陶瓷车刀等。就Al2O3陶瓷烧结体而言，常压烧结制品的抗折强度约为350MPa，热压制品的抗折强度约为700MPa左右。

③高温等静压法

高温等静压（HIP）法，就受等静压作用这一点而言，类似于成形方法中所述的橡皮模加压成形。调温等静压法中用金属箔代替橡皮模，用气体代替液体，使金属箔内的粉料均匀受压，如上图所示，通常所用的气体为氦气、氩气等惰性气体，模具材料有金属箔（低碳钢、镍、钼）、玻璃等。也可先在大气压下烧成具有一定形状的非致密体，然后进行调温等静压烧结（可不用金属箔模具）。一般在100-300MPa 气压下，将被处理物体升到几百到二千摄氏度的高温下压缩烧结。

HIP法和一般的热压法相比，HIP法使物体各向受到同性的压力，因而陶瓷的显微结构均匀，另外，HIP法施加的压力高，这样就能使陶瓷坯体在较低的温度下烧结。

就Al2O3陶瓷而言，常压下普通烧结，必须烧至1800℃以上的高温，热压20MPa烧结也需要烧至1500℃左右；而在HIP（400MPa）烧结，在1000℃左右的较低温度下就已致密化了。

④气氛烧结

对于空气中很难烧结的制品为了防止其氧化等，研究和提出了气氛烧结方法，即在炉膛内通入一定气体，形成所要求的气氛，在些气氛下进行烧结。

⑤其它烧结方法

随着科学不断发展，特种陶瓷的烧结方法不断地推出，如：（1）电场烧结：即把陶瓷胚体在直流电场下烧结。（2）超高压烧结：即在几十万个以上的大气压下进行烧结。其特点是，不仅能够使材料达到高密度、具有细晶粒，而且使晶粒结构甚至原子、电子状态发生变化，从而赋予材料在通常烧结或热压烧结工艺下所达不到的活性。