助熔剂对氧化铝陶瓷结构及性能影响的研究
氧化铝陶瓷低温烧结助剂研究概述
氧化铝陶瓷低温烧结助剂研究概述*何舜1,2高晓磊1,2李爽1,2洪静静1,2(1陕西华星电子集团有限公司陕西咸阳712000)(2咸阳澳华瓷业有限公司陕西咸阳712000)摘要笔者介绍了降低A l2O3陶瓷烧结温度的途径和原理,重点论述了A l2O3陶瓷烧结助剂研究现状,并对存在的问题和将来的研究方向进行了展望㊂关键词 A l2O3陶瓷低温烧结烧结助剂中图分类号:T Q174.75文献标识码:A 文章编号1002-2872(2020)08-0012-04O v e r v i e wo fR e s e a r c ho nA l u m i n aC e r a m i cL o wT e m p e r a t u r e S i n t e r i n g A u x i l i a r i e sH ES h u n1,2,G A O X i a o l e i1,2,L IS h u a n g1,2,HO N GJ i n g j i n g1,2(1S h a a n x iH u a x i n g E l e c t r o n i c sG r o u p C o.L t d,S h a a n x i, X i a n y a n g,712000,C h i n a)(2X i a n y a n g A u h u aP o r c e l a i n I n d u s t r y C o.L t d,S h a a n x i,X i a n y a n g,712000,C h i n a)A b s t r a c t:T h em e t h o da n d p r i n c i p l eo f r e d u c i n g t h es i n t e r i n g t e m p e r a t u r eo fA l2O3c e r a m i c sa r e i n t r o d u c e d,a n dt h er e-s e a r c hs t a t u s o fA l2O3c e r a m i c s s i n t e r i n g a i d s i sm a i n l y d i s c u s s e d,a n d t h e e x i s t i n gp r o b l e m s a n d f u t u r e r e s e a r c hd i r e c t i o n s a r e p r o s p e c t e d.K e y w o r d s:A l2O3c e r a m i c s;L o wt e m p e r a t u r e s i n t e r i n g;S i n t e r i n g a i dA l2O3陶瓷是目前世界上生产量最大㊁应用面最广的陶瓷材料之一,广泛应用在机械㊁电子㊁化工㊁航天等领域[1~5]㊂与其他氧化物类陶瓷相比,A l2O3陶瓷不仅具有良好的机械性能和电性能,且来源广泛,价格较低㊂A l2O3陶瓷在机械性能方面主要用于陶瓷刀具㊁轴承等,尤其是A l2O3陶瓷刀具具有优良的韧性㊁强度和耐用度,越来越多的传统刀具正在被其替代;在电子方面主要用在各种陶瓷基板和绝缘瓷件,生产出的A l2O3陶瓷基片绝缘性好㊁强度高[6~7];在化工方面主要应用在A l2O3陶瓷膜,热稳定性好,耐酸耐腐蚀;在航空航天方面则应用在A l2O3基纤维,增强复合材料隔热性能㊂因A l2O3的熔点为2050ħ,致使烧成A l2O3陶瓷需较高的温度和热耗[8~10]㊂如常见的95A l2O3陶瓷(陶瓷中A l2O3含量为95%)烧结温度大于1600ħ,所需的窑具比低温陶瓷贵,且窑具在使用中损耗较大㊁维修较复杂,制约了A l2O3陶瓷的应用㊂因此,降低A l2O3陶瓷的烧结温度,不仅降低生产成本㊁节约能源,更有利在其他领域的进一步应用㊂1降低烧结温度的几种途径目前,降低A l2O3陶瓷烧结温度方法较为常见的有:用A l2O3细粉或微粉代替工业A l2O3粉;采取热压烧结㊁氢气烧结等特殊烧结工艺;添加烧结助剂(复合熔剂)㊂使用粒径较小的超细A l2O3粉,能够提高原料A l2O3的活性,A l2O3粉越细,烧结比表面能越大,能够有效促进扩散速率,有利于烧结㊂热压烧结是通过在升温的过程中,施加一定压力,使得陶瓷能够在低温下实现成瓷,常压在烧成温度1 800ħ下烧结的A l2O3瓷件在热压20M P a下烧成温度可降低至1500ħ[11~12];氢气烧结则是利用氢气气氛下能够形成阴离子空位,加快烧结速率,降低烧结温度,且瓷件具有较高的机械性能㊂烧结助剂可粗略分为2大类:(1)T i O2㊁M n O2等变价氧化物,它们与A l2O3能够生成固溶体,A l3+与它们的离子半径㊁价态不同,通过变价作用,致使A l2O3粒子产生缺陷,活化晶格,降低烧结温度㊂(2)添加在烧结过程中能够产生液相的助剂,例如M g O㊁C a O㊁S i O2等,它们能够与其它外加添加剂形成低熔共融物,在较低温度下生成液相,液相通过其表面张力填充气孔,能够在一定程度上抑制晶粒的再结晶,㊃21㊃陶瓷C e r a m i c s(研究与开发)2020年08月*基金项目:陕西省外经贸发展专项资金项目;咸阳市中小企业专项资金资助项目㊂作者简介:何舜(1993-),硕士研究生;主要从事75㊁95氧化铝陶瓷研究工作㊂促进烧结过程,降低烧结温度㊂超细A l2O3粉的价格比一般的工业A l2O3粉要昂贵,会给大规模工业化生产会带来成本的急剧增加㊂而采用特殊烧结工艺,如热压烧结㊁氢气烧结等都面临生产效率低㊁只能生产形状不太复杂的制品,存在无法大批量生产㊁成本高等问题[13~15]㊂添加廉价的烧结助剂能够弥补上述方法的不足,既可以有效降低烧结温度,又是适宜工业化生产的有效方法㊂2常用烧结助剂体系单一的烧结助剂很难达到预期降低烧结温度的目的,而过度增加烧结助剂种类又会造成生产管理上的不便和成本的增加㊂因此,在实际生产中多采用三元㊁四元和五元体系助剂㊂2.1三元体系吴懋等[16]使用M n O2-T i O2-M g O作为96A l2O3陶瓷的复合熔剂,在1350ħ下实现A l2O3陶瓷烧结成瓷,重点探究了复合熔剂的添加量对其性能的影响㊂研究发现,当M n O2-T i O2-M g O的添加量为4%时,样品微观颗粒均匀,外貌呈等轴状,此时样品烧结致密,成瓷温度最低㊂这是由于M n O2㊁T i O2与A l2O3易构成有限固溶体,使得A l2O3晶格产生缺陷;M g O与A l2O3产生的镁铝尖晶石M g A l2O4能够抑制晶粒的生长速率,在降低烧结温度的同时提高了机械性能,实验测得陶瓷样品的密度为3.76g/c m3,相对密度为94.7%㊂陈安康等[17]通过添加M n O2-T i O2-M g O作为复合熔剂在1300ħ成功制备出抗弯强度为77.63M P a,孔隙率35.71%的95A l2O3陶瓷样品,样品采用固态粒子烧结法烧结㊂研究发现,当添加3%的T i O2㊁1.5%的M n O2㊁0.5%的M g O时,纯水通量为6741.53L/m2㊃h㊃M P a, A l2O3陶瓷样品的化学性能最佳,酸/碱腐蚀质量损失率为1.02%/0.99%㊂实验所得结论与其他研究者结论一致,M g O与A l2O3生成的M g A l2O4能够在晶界处产生钉扎作用,阻碍A l2O3晶体的过分生长,使得A l2O3陶瓷细腻㊁致密化;T i O2和M n O2与A l2O3电价㊁离子半径不同,引起晶体畸变,使得A l2O3内的扩散速率加快,促进A l2O3陶瓷晶粒细晶化,降低烧结温度㊂周新星等[18]研究M g O-T i O2-L a2O3为烧结助剂,采用模压成形工艺压制的95A l2O3陶瓷,在常压1500ħ下烧结成瓷,实验通过测试样品体积密度㊁抗弯强度和硬度,探究M g O-T i O2-L a2O3添加量对陶瓷性能的影响㊂实验发现:当M g O含量为1. 5%,T i O2为1.0%,L a2O3为2.5%,陶瓷的抗弯强度可达348.94M P a,硬度为79.6H R A㊂L a2O3能够与A l2O3在其晶界边缘处产生钉扎现象,抑制晶粒的生长,降低界面能与表面能之比,降低烧结温度,并且在高温下能够降低烧结液体黏度,高温液相更易流动,从而促进烧结㊂亢静锐等[19]在空气气氛常压1450ħ下制备出介电常数为9.88,相对密度为98.61%的A l2O3陶瓷样品,以C a O-S i O2-T i O2为复合熔剂,探究C a O的质量分数和烧结温度对样品性能的影响㊂结果表明:添加C a O能够在一定范围内对陶瓷样品性能产生影响㊂当增加C a O的添加量,样品的性能会逐渐提高;当加入0.4%的C a O,样品的品质因数值㊁谐振频率温度系数达到最佳21957G H z㊁21.353ˑ106ħ㊂添加适量的C a O能够有效抑制晶粒的异向生长,有利于A l2O3晶粒大小分布均匀,且C a2+与A l3+的半径㊁电价的不同,致使A l3+晶格产生活化,降低烧结活化能,从而降低烧结温度㊂李子成等[20]以C a O-M g O -S i O2为复相烧结添加剂,采用溶胶-凝胶工艺,常压下1300ħ合成的A l2O3陶瓷,研究了C a O-M g O -S i O2的组成及添加量对实验样品结构和性能的影响㊂研究表明:通过添加质量分数为2.5%的C a O-5M g O-5S i O2,能够显著降低烧结温度,此时A l2O3陶瓷结构致密,性能最佳,致密度为99.7%㊂适量的C a O-M g O-S i O2添加剂产生的玻璃液相能够促进主晶相质点迁移,抑制晶粒的异常长大,从而降低烧结温度,提高陶瓷性能㊂肖强等[21]以T i O2-M n O2-M g O㊁M n O2-T i O2-L a2O3和T i O2-M g O-L a2O3为复合熔剂,常压下模压成形陶瓷样品,对其性能进行了研究㊂实验发现:以M n O2-T i O2-L a2O3为烧结添加剂能够降低烧结温度至1450ħ,在此温度下保温4h时,A l2O3陶瓷的烧结性能及机械性能最佳,A l2O3陶瓷的抗弯强度达到342.88M P a,洛氏硬度为86.5H R A㊂M n O2-T i O2-L a2O3添加剂能够显著促进陶瓷样品致密化,提高其力学性能㊂Y a n g等[22]实验探究了三元助烧剂S i O2-M n O2-M g O中M n O2含量㊁S i O2含量和M g O含量对样品烧成温度和性能的影响㊂实验结果表明,添加S i O2㊁M n O2㊁M g O能够降低成瓷温度至1550ħ,并对陶瓷力学性能产生影响,其中影响最大的是S i O2㊂实验得出当㊃31㊃(研究与开发)2020年08月陶瓷C e r a m i c sM n O2含量为2%㊁S i O2含量为0.5%㊁M g O含量为0. 3%时,得到抗弯强度为458.1M P a的A l2O3陶瓷㊂2.2四元体系史国普等[23]添加C a O-M g O-S i O2玻璃(C M S)和T i O2至工业A l2O3中,探究烧结助剂含量对陶瓷性能的影响㊂研究结果表明:96A l2O3陶瓷能够在1 450ħ下烧结致密,当C M S和T i O2添加量分别为3%和1%时,A l2O3陶瓷的致密化程度最高,达到98. 25%㊂因为C M S和T i O2在1390ħ时已经完全转变为液相,有利于快速填充气孔,并且溶解小晶粒沉淀到大晶粒表面,加快致密化速率,降低烧结活化能,促进烧结㊂胡继林等[24]研究了添加M n O2-T i O2-C a O -L a2O3对95A l2O3陶瓷烧成温度的影响㊂实验陶瓷样品在1550ħ下致密烧结,体积密度为3.76g/ c m3,又进一步研究了M n O2添加量对样品性能的影响,研究发现,当添加3%的M n O2时,陶瓷性能明显提高,抗弯强度和洛氏硬度提高至355.22M P a和84.3 H R A㊂这是由于M n O2能够与A l2O3生成有限固溶体,晶格产生缺陷,降低烧结温度㊂胡成等[25]通过添加一定量的T b4O7到烧结助剂C a O-S i O2-M g O体系中,探究T b4O7和烧结气氛对A l2O3陶瓷性能的影响,研究发现:T b4O7能够与C a O㊁A l2O3等形成晶界间相,阻碍固相扩散,有效抑制A l2O3晶粒的生长,提高A l2O3陶瓷性能,促进烧结,降低烧结温度㊂赵军等[26]使用纳米T i O2和预先制备的C a O-M g O-S i O2玻璃作为复合助剂,添加到平均粒径为6.5μm 的工业A l2O3粉中,烧结温度1450ħ下制备出94-A l2O3陶瓷,实验重点考察了复合助剂的不同配比对A l2O3陶瓷性能的影响,并阐述了复合熔剂的作用机理㊂结果表明:当T i O2和C a O-M g O-S i O2添加量比为1ʒ1,添加总量为6%时,A l2O3陶瓷的相对密度可达93.07%,抗折强度为362.87M P a㊂添加适量的T i O2和C a O-M g O-S i O2能够有利于快速排出气孔,增加A l2O3晶格缺陷,抑制晶粒的异常长大,促进晶粒细化,降低烧成温度,提高陶瓷的力学性能㊂但若添加过量的复合熔剂会造成液相包裹晶粒,导致气孔难以排出和晶粒的异常长大,力学性能降低㊂顾皓等[27]进一步研究了S i O2对95A l2O3陶瓷性能的影响,实验以M g O-M n O2-T i O2-S i O2为复合熔剂㊂采用注浆成形工艺,在1400ħ空气气氛下烧成,实验结果表明:维持复相烧结助剂添加量不变(0.5%M g O, 3%M n O2,1.5%T i O2),通过改变S i O2的添加量至0.5%时,陶瓷样品的试样收缩率为34.29%,相对密度为97.88%㊂非晶态的S i O2能够在较低温度下的晶界处产生液相,促进烧结,晶粒排列整齐均匀,提高了陶瓷材料的致密性和力学性能,抗弯强度可达298.43 M P a㊂2.3五元体系董伟霞等[28]通过添加M g O-C a O-Z n O-S i O2 -M g F2为烧结助剂,在烧结温度1270~1330ħ下制备出75A l2O3陶瓷,重点探究了M g F2添加量对陶瓷力学性能的影响㊂实验结果表明:当M g F2的添加量为2%时,通过观察样品显微结构,M g F2能够与A l2O3生成镁铝尖晶石,并且改变A l2O3晶体的种类,促使柱状a-A l2O3向片状转变,促进陶瓷样品的致密化,体积密度为3.18g/c m3,提高抗弯强度至165 M P a,显著降低烧成温度㊂但随着M g F2添加量的过量添加,会导致A l2O3晶粒和尖晶石晶粒长大,降低陶瓷的性能㊂谭伟等[29]利用复合矿化剂C a O-M g O -B a O-S i O2-Z r O2能在低温生成液相,添加10%的复合矿化剂制备的90A l2O3陶瓷,模压成形样品,在1420ħ下烧结致密,密度达3.77g/c m3㊂复合矿化剂C a O-M g O-B a O-S i O2-Z r O2能够在较低温度下生成液相,加速陶瓷样品中气孔的消除和A l2O3小晶粒溶解沉淀到大颗粒表面,并且Z r O2能够在A l2O3晶粒边缘形成钉扎现象,抑制A l2O3晶粒的过度生长,促进晶粒细化,Z r O2的相变韧化作用㊁显微裂纹韧化㊁裂纹转向与分叉都能够在降低烧结温度的同时提高陶瓷材料的力学性能㊂李文杰等[30]添加M g O-C a O-S i O2-L a2O3-Y2O3到工业A l2O3中,制备的98A l2O3陶瓷,样品在1520ħ下烧结致密,吸水率测定为0,样品性能达到最佳,陶瓷耐磨性是国家行业标准的1000倍㊂M g O㊁C a O㊁S i O2与A l2O3生成镁铝尖晶石㊁铝酸钙等促进液相在低温生成㊂稀土氧化物L a2O3和Y2O3能够固溶A l2O3表面,阻碍粒子的进一步生长,细化晶粒,提高耐磨性能,降低烧结温度㊂近年来学者们针对烧结助剂的研究已经做了大量工作,在满足低温烧成A l2O3陶瓷的同时,也在不断提高其机械性能和电性能㊂但目前的研究成果大部分主要还集中在实验室阶段,与实际生产联系得不够紧密㊂降低复合烧结助剂的制造成本,不同成形工艺对烧结助剂的不同要求,低熔点烧结助剂氧化物之间的作用机理,烧结助剂在不同温度段的基础理论等方面还有待进一步研究㊂㊃41㊃陶瓷C e r a m i c s(研究与开发)2020年08月参考文献[1]W u S h i x i o n g,Z h a n g F e n g l i 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烧结助剂Y2O3和Pr6O11对Al2O3陶瓷相对密度和热导率的影响
烧结助剂Y2O3和Pr6O11对Al2O3陶瓷相对密度和热导率的影响刘兵;彭超群;王日初;王小锋;李婷婷;王志勇【摘要】采用高分子网络法制备混合纳米粉体,研究稀土氧化物Y2O3和Pr6O11加入量对Al2O3陶瓷相对密度和热导率的影响。
采用阿基米德方法测定样品的体积密度,利用激光脉冲法测量试样的热扩散率并计算得出热导率。
结果表明：两种添加剂都可以降低Al2O3陶瓷的烧结温度,提高 Al2O3陶瓷的热导率,其中Y2O3的促进作用较强；当保温时间相同、烧结温度为1500~1650℃时,Al2O3陶瓷的相对密度和热导率都随烧结温度的升高而增大；当烧结温度相同、保温时间为30~120 min时,Al2O3陶瓷的相对密度和热导率也随保温时间的延长而增大。
【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2012(000)008【总页数】9页(P2302-2310)【关键词】Al2O3陶瓷;Y2O3;Pr6O11;烧结温度;保温时间;相对密度;热导率【作者】刘兵;彭超群;王日初;王小锋;李婷婷;王志勇【作者单位】中南大学材料科学与工程学院,长沙 410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙 410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙 410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙 410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙 410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】TG174现代电子信息技术飞速发展，电子产品向小型化、便携化、多功能化方向发展。
电子封装正在与电子设计和电子制造一起，共同推动信息化社会的发展[1]。
电子封装基片材料的种类很多，包括陶瓷、环氧玻璃、金刚石、金属及金属基复合材料等[2]。
其中，Al2O3陶瓷基片价格低廉，强度、硬度、化学稳定性和耐热冲击性能高，绝缘性和与金属附着性良好，是目前电子行业中综合性能较好、应用最成熟的陶瓷材料，占陶瓷基片总量的90%。
以MnO2-TiO2-MgO为添加剂注浆成型低温烧结Al2O3陶瓷
以MnO2-TiO2-MgO为添加剂注浆成型低温烧结Al2O3陶瓷采用注浆成型方法,通过加入MnO2-TiO2-MgO复相添加剂,在1350℃空气气氛中常压烧结,获得了相对密度最大为95.7%的氧化铝陶瓷。
研究了MnO2-TiO2-MgO复相添加剂对氧化铝陶瓷显微结构与力学性能的影响。
在添加质量分数为3%MnO2,0.5%MgO的情况下,比较添加不同质量分数的TiO2（1.0～3.0%）对氧化铝陶瓷烧结性能的影响。
通过对比发现,该复相添加剂能有效降低氧化铝陶瓷的烧结温度,在同一温度下,随着TiO2的增加,烧结体密度也随之增加,强度也有明显差别。
结果表明,1350℃下Al2O3＋0.5%MgO＋3%MnO2＋1.5%TiO2体系烧结效果最好,断口为沿晶断裂,无明显气孔,晶粒分布均匀,平均粒径为2μm,无晶粒异常长大现象。
烧结体密度达到3.80g/cm^3,抗弯强度为243MPa。
结果表明,添加TiO2 5%、在1300oC时的常压烧结密度可达到理论值的97%.固定CuO(0.4%)和TiO2(4%)的添加量、改变TiO2(0--32%)和CuO(0--3.2%)的添加量(质量分数, 下同), 研究了CuO--TiO2复合助剂对氧化铝陶瓷烧结性能、微观结构、物相组成以及烧结激活能的影响, 以揭示复合助剂的低温烧结机理。
结果表明, 在1150--1200℃TiO2固溶入Al2O3生成Al2Ti7O15相, 并生成大量正离子空位提高了扩散系数, 从而以固相反应烧结的作用机理促进了氧化铝陶瓷的致密化; TiO2在Al2O3中的极限固溶度为2%--4%, 超过固溶极限的TiO2对陶瓷烧结没有促进作用; 添加适量的CuO(0.4%)可将TiO2在Al2O3中的固溶温度降低到1100℃以下, 并以液相润湿作用促进氧化铝陶瓷的致密烧结。
陶瓷烧结激活能的计算结果定量地印证了上述烧结机理; 当在Al2O3中添加4%的TiO2和2.4%的CuO,可将烧结激活能降低到54.15 kJ ? mol-1。
添加剂及熔浸烧结对以铝为粘结剂的氧化铝SLS成型影响
添加剂及熔浸烧结对以铝为粘结剂的氧化铝SLS成型影响传统的陶瓷制造工艺如浇注、模压、切削等需要与制件相配的模具等工具,而这些工具的生产制作通常都是费时费力的。
因此,传统方法比较适合大规模的生产,以减少每个制件的成本。
选择性激光烧结采用分层烧结思想,只需通过CAD软件对制件进行分层,不需模具即可实现复杂形状陶瓷零件的快速制造,在需要小范围生产时可显示出巨大的成本优势。
由于A1氧化后即为Al2O3,以A1为粘结剂的A1203陶瓷选择性激光烧结后处理工艺相对简单,可节省制作程序及时间。
但激光烧结成形后的制件经过高温烧结,铝氧化而出现体积膨胀现象,影响制件的精度并且降低了制件的强度。
本文在以铝为粘结剂的Al203选择性激光烧结基础上,探讨了加入添加剂和浸渍烧结工艺对制件强度和精度的影响,以期在保持简单工艺的同时提高成型零件的精度和强度。
主要研究内容和结果为：研究了平均粒度为75μm的A1粉粘结剂与平均粒度为3μmAl2O3粉均匀混合粉末的选择性激光烧结,在固定单层厚度为0.1mm和系统最密扫描间距的基础上分析了激光功率、扫描速度两个激光烧结参数和不同A1粉含量对成型件强度和精度的影响,并确定了本实验设备系统的最优工艺参数。
分析了三种复合添加剂对高温烧结后成型件密度、抗弯强度和精度的影响,得出了如下的结论：高温烧结后制件有明显的体积收缩,制件强度增大、密度提高。
通过高温无压烧结与熔浸烧结的对比,发现熔浸烧结可以减小由于加入复合添加剂而导致的高温烧结后成型件的体积收缩,大幅提高成型零件的精度。
同时,熔浸烧结可以提高制件的密度,但使零件的强度有所降低。
在最优的成型件精度下,可使密度达到2.2g/cm3,抗弯强度达到57.5MPa。
本文研究表明,在合适比例复合添加剂和熔浸烧结工艺的辅助下,利用选择性激光烧结成型工艺,可以实现具有一定强度和尺寸精度要求的复杂形状氧化铝陶瓷零件的快速生产制造,这就为进一步推进以铝为粘结剂的氧化铝陶瓷选择性激光烧结走向实际应用提供了实验依据。
氧化铝陶瓷低温烧结助剂研究概述
氧化铝陶瓷低温烧结助剂研究概述氧化铝陶瓷是一种重要的结构陶瓷材料，具有优异的耐磨性、耐腐蚀性、抗高温性等特点，在工业生产和科研领域有着广泛的应用。
然而，氧化铝陶瓷的低温烧结难度较大，需要添加一定的助剂才能够实现良好的烧结效果。
本文将对氧化铝陶瓷低温烧结助剂的研究进展进行概述。
1. 氧化铝陶瓷低温烧结助剂的分类氧化铝陶瓷低温烧结助剂主要分为有机助剂和无机助剂两类。
有机助剂包括聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酸（PAA）、聚乙烯酮（PVP）等；无机助剂包括碳酸钙、硼酸、氧化钙、氢氧化钠等。
2. 有机助剂在氧化铝陶瓷低温烧结中的应用有机助剂可以在氧化铝陶瓷低温烧结过程中起到增强材料粘结力、促进颗粒成核、调节材料微观结构等作用。
其中，PVA 是一种常用的有机助剂，可以有效地提高氧化铝陶瓷的烧结密度和力学性能。
PAA则可以在低温下促进氧化铝颗粒的成核和晶粒生长，提高材料的致密性和硬度。
PVP则可以增加氧化铝陶瓷的塑性变形能力，降低其断裂韧性。
3. 无机助剂在氧化铝陶瓷低温烧结中的应用无机助剂可以在氧化铝陶瓷低温烧结过程中起到促进颗粒成核、调节晶体生长速率、防止晶体生长过快等作用。
其中，碳酸钙可以促进氧化铝陶瓷颗粒的成核和晶粒生长，提高材料的致密性和硬度；硼酸则可以防止氧化铝陶瓷晶体生长过快而导致材料开裂；氢氧化钠则可以调节氧化铝陶瓷晶体生长速率，提高材料的致密性和强度。
4. 氧化铝陶瓷低温烧结助剂的优化为了进一步提高氧化铝陶瓷低温烧结助剂的效果，需要对其进行优化。
目前，主要采用的方法包括改变助剂添加量、改变助剂种类、采用复合助剂等。
其中，复合助剂是一种较为有效的优化方法，可以充分发挥不同助剂的作用，提高氧化铝陶瓷的致密性和力学性能。
综上所述，氧化铝陶瓷低温烧结助剂是实现氧化铝陶瓷低温烧结的关键因素之一，其种类和添加量对于材料的致密性和力学性能具有重要影响。
未来，我们还需要进一步深入研究不同助剂的作用机制，以及如何优化氧化铝陶瓷低温烧结助剂的配方，为其在工业生产和科学研究中的应用提供更为可靠的技术支持。
透辉石助烧剂对氧化铝瓷球显微结构和耐磨性的影响
第29卷第3期硅酸盐学报Vol.29,No.3 2001年6月JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYJ u n e ,2001简 报透辉石助烧剂对氧化铝瓷球显微 结构和耐磨性的影响秦麟卿1,2,吴伯麟2,谢济仁2,段兴龙2,牟善彬1(1.武汉理工大学材料研究与测试中心,武汉 430070;2.武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,武汉 430070)摘 要:研究了透辉石(CaMgSi 2O 6)助烧剂对90%氧化铝瓷球显微结构和耐磨性的影响.透辉石助烧剂的引入,使瓷球具有均匀细小的晶粒,从而获得了强化和增韧,提高了瓷球的耐磨性.氧化铝瓷球的磨损机理主要是穿晶断裂的塑性微观切削.瓷球的晶粒尺寸、密度、抗压强度、磨损率分别为:1.5～4μm ,3.62g ・cm -3,2080MPa ,0.25%・h -1.关键词:透辉石;氧化铝瓷球;显微结构;耐磨性;磨损机理中图分类号:TQ 174.75;TF 041;TH 117 文献标识码:A 文章编号:0454-5648(2001)03-0267-04EFFECT OF DIOPSIDE AS SINTERING -AID ON MICR OSTRUCTUREAN D WEAR RESISTANCE OF AL UMINA BALLQin L inqing1,2,W u Bolin 2,Xie Jiren 2,Duan Xinglong 2,M u S anbin1(1.Center for Material Research and Analysis ,Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070;2.State K ey Laboratory of Ad 2vanced Technology for Material Synthesis and Processing ,Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070)Abstract :The effect of diopside (CaMgSi 2O 6)as sintering-aid on the microstructure and wear resistance of 90%alumina ball was studied in this paper.The grains of alumina ball are fine ,homogeneous and compact ,and the alumina ball is strengthened and tough 2ened with the addition of diopside ,and its wear resistance is im proved.Plastic microchipping in transgranular fracture is found domi 2nating the wear mechanism.The grain size ,density ,pressive strength and wear rate of the ball are 1.5—4μm ,3.62g ・cm -3,2080MPa and 0.25%・h -1respectivety.K ey w ords :diopside ;alumina ball ;microstructure ;wear resistance ;wear mechanism 近年来,陶瓷随着韧性的提高,以及耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高强度等特殊性能,正在各个工业领域得到越来越广泛的应用.氧化铝陶瓷由于原料价廉易得,开发成熟,以及良好的综合性能,所以是工业界最易接受的陶瓷,也是最为广泛使用的耐磨陶瓷材料[1,2],因而倍受关注.氧化铝结构陶瓷作为摩擦磨损构件的研究和实际应用已成为当前国际摩擦学和材料科学的研究热点之一[3～8].晶粒尺寸和空隙率是影响陶瓷耐磨性的主要因素[3～5].多数氧化铝陶瓷的磨损机理主要是脆性晶粒脱落[6],磨损率大.所以,人们正在研究氧化铝陶瓷生产新工艺,开发新技收稿日期:2000-06-30.基金项目:湖北省重点科技发展项目(961P0301).作者简介:秦麟卿(1963～),男,硕士,讲师.术,改善显微结构,使其磨损机理由脆性断裂磨损向塑性形变磨损转变,从而提高耐磨性.氧化铝瓷球由于适中的密度、耐腐蚀、耐磨损的特点,是一种广泛使用的研磨介质[9,10].随着陶瓷釉料质量的进一步提高,以及粉体研磨工业的发展,氧化铝瓷球的研究受到世界各国的重视[11～13].氧化铝瓷球研磨介质为高科技产品.在建筑卫生陶瓷生产过程中,我国逐步淘汰劣质的天然燧石和鹅卵石研磨介质,而使用氧化铝瓷球.目前,国内产品共同特点是烧结温度高、周期长、掉渣开裂和磨损率高.本课题研究了透辉石(CaMgSi 2O 6)助烧剂对90%氧化铝瓷R eceived d ate :2000-06-30.Biography :Qin Linqing (1963—),male ,master ,lecturer.球显微结构和耐磨性的影响,同时比较了它与普通助烧剂的区别,以及自制瓷球与国内市售的同类优质90%氧化铝瓷球的区别.1 实 验1.1 α-Al 2O 3原料的制备实验用的α-Al 2O 3原料为工业氧化铝,其化学成分分析结果见表1,颗粒严重团聚,平均粒径为5μm.将工业氧化铝与助磨剂,装入以氧化铝瓷球为磨介的球磨机中,最终获得单分散、粒径为0.5μm 左右的粉料.1.2 助烧剂的制备透辉石助烧剂来源于湖北宜昌,其化学成分见表1,将其装入以氧化铝瓷球为磨介的球磨机中,最终获得单分散、粒径为0.5μm 左右的粉料.1.3 瓷球的制备将氧化铝原料与透辉石助烧剂按90%瓷的质量比配料,混合均匀后,在300MPa 压力下湿袋冷等静压成型,制成<30mm 的球体生坯.将生坯放入高温炉中快速升温至1460℃,保温2h ,然后随炉自然冷却.1.4 瓷球特性的测定表1 α-Al 2O 3和透辉石的化学组成T able 1 Chemical compositions of the α-Al 2O 3and diopsideSpecimenChemical compositions w /%α-Al 2O 3SiO 2CaO MgO Fe 2O 3Na 2O K 2O Others α-Al 2O 399.030.130.170.3400.33Diopside0.3953.5627.0617.290.350.110.011.23采用滚动方式进行磨损实验.为了便于比较瓷球的磨损率,以<25mm 自制瓷球与国内市售的同类优质90%氧化铝瓷球做比较.这两种瓷球按次序称为A 和B 球.以实验室球磨罐为工具,把A ,B 各1kg 的瓷球同时放入球磨罐内,按瓷球:α-Al 2O 3粉∶水=2∶1∶1的质量配比,调整球磨罐的转速,让瓷球在球磨罐中进行磨损,磨损6h 后,取出烘干测定磨损量,然后计算出磨损量与原质量、磨损时间的比值,即得磨损率.采用排水法测定瓷球的密度.利用SEM 测定瓷球的晶粒大小.瓷球的特性见表2.1.5 XR D 和SEM 分析利用D/max -rB 型X 射线衍射仪和SX -40型扫描电子显微仪,对两种瓷球进行XRD 物相分析和陶瓷断面、磨损面形貌的SEM 分析.表2 瓷球的特性T able 2 Characteristics of the alumina b allsBall Wear rate /(%・h -1)Grain size /μm Density /(g ・cm -3)Hardness HV 1000Pressive strength/MPa Chemical composition w /%Al 2O 3SiO 2CaO MgO Others A 0.25 1.5～4 3.621110208090.02 5.30 2.68 1.700.30B0.672～83.501800190090.084.842.911.800.272 结果与讨论2.1 瓷球的物相组成图1为A ,B 瓷球在同一测试条件下测得的XRD 图谱.图1表明,瓷球主要由氧化铝(α-Al 2O 3)、镁铝尖晶石(MgAl 2O 4)和钙长石(CaAl 2Si 2O 8)晶相组成.对于90%氧化铝瓷球,氧化铝为主晶相,镁铝尖晶石和钙长石为晶界相.2.2 透辉石对显微结构的影响国内市售优质90%氧化铝瓷球的制备主要使用普通助烧剂(含苏州土、滑石、菱镁矿、碳酸钙、二氧化硅等),其化学成分基本相似.在高温下,透辉石和普通助烧剂一样与氧化铝反应生成了晶界相镁铝尖晶石和钙长石.瓷球晶界相的组成和助烧剂的烧结特性有关.根据X 射线物相定量分析方法K 值法,一物相某一衍射峰的强度与另一物相某一衍射峰的强度比,与两物相的含量比是成正比的[14].对图1进行数据处理分析,A 和B 瓷球中镁铝尖晶石与钙长石某一衍射峰的强度比分别为0.5和0.2,见表3.这表明A瓷球晶界相中的镁铝尖晶石与钙长石的含量比,要比B 瓷球晶界相中的镁铝尖晶石与钙长石的含量比大.但A 球中MgO 的含量比B 球的少(见表2),这说明透辉石助烧剂的引入,促进了晶界相中镁铝尖晶石的生成.图2为瓷球断面的SEM 照片.图2表明,A 瓷球的晶粒(1.5～4μm )比B 瓷球的晶粒(2～8μm )小,前者的显微结构比后者的均匀、致密.这归功于透辉石对显微结构的优化.透辉石助烧剂的引入抑制了晶粒长大,并使烧结温度从1550℃降低至1460℃,烧结时间从8h 缩短至2h ,有效抑制了晶粒长大.因为烧结温度越低,晶粒越不容易长大.另外,晶界相镁铝尖晶石和钙长石对晶界移动起钉扎作用,进一步抑制了晶粒长大.透辉石助烧剂的引入避免了新缺陷的产生.在气孔率较小时,气孔对陶瓷的磨损率影响不大,但随着气孔率的进一步增大,气孔对陶瓷的磨损率影响很大,磨损率提高很快.所以,提高致密度降低气孔率,成为提高耐磨性有效途・862・ 硅 酸 盐 学 报 2001年 图1 A和B球的XRD图谱Fig.1 XRD patterns of ball A and ball B1———Ball B;2———Ball A径之一.纯透辉石在加热过程中,不发生化学反应,既无气体的溢出,又无晶型的转变,差热曲线是一条起伏平缓的曲线,热效应微弱[15].因此,透辉石是一相当好的氧化铝助烧剂,既能降低陶瓷的烧结温度又能提高致密度.表3 瓷球中镁铝尖晶石、钙长石衍射峰的强度 T able3 Diffraction intensities of spinel and anorthite of a2 lumina b allsBallIntensity(a.u.)I sp(spinel,2θ=36.9°)I an(anorthite,2θ=28.0°)I s p/I anA412280480.5 B74736750.2透辉石的热膨胀系数(7.5×10-6/℃,25～800℃)与氧化铝热膨胀系数(6.3×10-6/℃,20～800℃)很相近,另外透辉石的集合体显粒状、柱状、发射状,生坯的透气性好.所以,即使在快速升温过程中,陶瓷生坯也不产生过大的局部应力而形成裂纹,同时也无因气体溢出而产生新的缺陷.所以,烧结的瓷体既无裂纹又致密,见图2a.而普通助烧剂在高温下,会发生物理化学反应,如二氧化硅发生晶型转变,碳酸盐分解放出CO2气体.这样就决定了升温速度慢,烧结温度高,晶粒生长快,瓷球易开裂,难以缩短烧成周期、提高成品率、降低成本,难以获得细晶致密瓷体而提高耐磨性.图2 A和B球断面的SEM照片 Fig.2 SEM photographs of sections of ball A(a)and ball B(b) A与B球相比,具有致密、抗压强度高和硬度低的特点,见图2、表2.这说明A球强度高韧性好,B球强度低脆性大.因此,透辉石助烧剂能显著改善瓷球的显微结构和提高瓷球的力学性能,从而降低瓷球的磨损率.2.3 透辉石对耐磨性的影响在同一磨损测试条件下,A瓷球和B瓷球的磨损率分别为0.25%/h和0.67%/h,其比为1∶2.68,前者与后者相比磨损率下降了63%.这也完全归因于透辉石助烧剂能显著改善瓷球的显微结构和提高瓷球的力学性能.图2、表2表明,透辉石助烧剂的引入抑制了晶粒长大,所以A瓷球的耐磨性能好,磨损率低.晶粒尺寸越小,耐磨性能越好[3,5].晶粒减小则晶界增多,而裂纹扩展的阻力也会增大,因为裂纹穿过晶粒扩展至晶界时,若要继续发展需要较高能量,使得晶粒不易脱落,耐磨性能好.细晶粒的瓷体应力集中的效应小于粗晶粒.粗晶粒氧化铝的各向异性会使晶界产生裂纹,增强内应力,降低断裂能,使瓷体的韧性降低.而B瓷球的晶粒较大、孔洞较多,所以耐磨性能不好,磨损率高.A瓷球晶界相中的镁铝尖晶石与钙长石的含量比,要比B瓷球晶界相中的镁铝尖晶石与钙长石的含量比大,镁铝尖晶石比钙长石力学性能好.这也是A瓷球比B瓷球耐磨性好的原因之一.晶界相镁铝尖晶石能较好地阻止裂纹的扩・962・ 第29卷第3期 秦麟卿等:透辉石助烧剂对氧化铝瓷球显微结构和耐磨性的影响 展,包括裂纹桥联和裂纹钉扎,起到颗粒增韧的效果.晶界相镁铝尖晶石、钙长石热膨胀系数分别为7.6×10-6/℃和11.0×10-6/℃(20～800℃),由于它们与主晶相α-Al 2O 3的热膨胀系数存在差异,在瓷体冷却过程中产生晶界应力,对陶瓷起到强化、增韧的效果[16].晶界应力与外加应力的作用结果,将造成能量吸收、转移或消耗的效果,使晶粒不易脱落,陶瓷不易被磨损,从而提高了耐磨性.瓷球晶界的强度和韧性既与晶界相的种类有关又与相对含量有关,因此在进行晶界设计改变磨损机理时,既要选择合适的助烧剂,又要制定最佳的烧结工艺使得晶界的强度和韧性达到最佳值.2.4 瓷球的磨损机理图3为瓷球磨损表面的SEM 照片.图3表明,加入透辉石助烧剂的A 瓷球磨损表面有许多磨损犁沟,说明强度高、韧性好,磨损机理主要以穿晶断裂的塑性微观切削为图3 A 和B 球磨损表面的SEM 照片Fig.3 SEM photographs of wore surface of ball A (a )andball B (b )主,其次为沿晶断裂的脆性晶粒脱落.相反,B 瓷球表面的磨损犁沟较少,晶粒脱落坑较多,磨损机理主要以沿晶断裂的脆性晶粒脱落为主,其次为穿晶断裂的塑性微观切削.这两种瓷球磨损机理如此不同,主要是由于瓷体的致密度、晶粒大小和晶界强度、韧性的不同.瓷体致密、晶界强度大、韧性好,晶粒牢固不易脱落,瓷球的磨损机理主要为穿晶断裂的塑性微观切削;否则,晶粒易脱落,磨损机理主要为沿晶断裂的脆性晶粒脱落.3 结 论(1)透辉石助烧剂的引入,使瓷球的显微结构具有晶粒细小、均匀、致密的特点,使瓷球得到了强化和增韧,提高了瓷球的耐磨性.(2)引入透辉石助烧剂的氧化铝瓷球,其磨损机理主要是穿晶断裂的塑性微观切削.参考文献:[1] 曾汉民,李成功,干福熹,等(Zeng Hanmin et al ).高技术新材料要览(Essentials of Advanced Materials for High Technolo 2gy )[M ].北京:中国科学技术出版社(Beijing :China Sci Press ),1993.254—255.[2] 段继光(Duan Jiguang ).工程陶瓷技术(Engineering 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氧化铝的助熔剂
氧化铝的助熔剂
《氧化铝的助熔剂》
氧化铝是一种常见的无机化合物，其化学式为Al2O3。
在工业中，氧化铝被广泛应用于各种领域，例如陶瓷、电子材料、耐火材料、磨料和催化剂等。
然而，在一些特定的情况下，氧化铝需要添加助熔剂以改善其性能。
助熔剂是一种能够降低固体物质熔点并增加熔融性的物质。
对于氧化铝而言，助熔剂可以提高其导热性、塑性和耐火性，从而改善其在工业中的应用性能。
助熔剂可以是无机物质、有机物质或金属盐类。
在氧化铝的生产过程中，通常会添加一定量的助熔剂来调整其性能。
常见的助熔剂包括氟化物、氯化物和碳酸盐等。
这些助熔剂在氧化铝的结晶过程中起到了促进熔融和晶体生长的作用，从而改善了氧化铝的结晶质量和结晶形貌。
此外，助熔剂还可以提高氧化铝的机械性能和耐高温性能，使其更适合在高温环境下进行应用。
因此，在一些特定的领域，如航空航天、电子材料和化工等领域，氧化铝的助熔剂非常重要。
总之，助熔剂在氧化铝的生产和应用中起着重要的作用。
通过选用合适的助熔剂，可以改善氧化铝的性能，拓展其应用范围，促进氧化铝产业的发展。
因此，助熔剂对于氧化铝的生产和应用具有重要的意义。
低温烧结氧化铝陶瓷采用什么添加剂效果好？终于有人总结了
低温烧结氧化铝陶瓷采用什么添加剂效果好？终于有人总结了氧化铝陶瓷是以α-Al2O3为主晶相的结构陶瓷，由于其具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、化学稳定性良好等优异的性能，而且原料来源广泛、价格低廉，在电子、航空、机械、纺织、化工、建筑等领域得到了非常广泛的应用。
然而，由于Al2O3的熔点高达2050℃，氧化铝陶瓷的烧结温度也较高，这就需要消耗大量的能源，而且对设备的要求也较高。
从节约资源、降低能耗、减少成本的角度考虑，氧化铝陶瓷的低温烧结技术成为了一项重要的研究课题。
目前，对于降低氧化铝陶瓷烧结温度方面的研究较多，归纳起来主要有以下几个方面：(1) 提高原料粉体的细度和活性。
基于表面张力作用原理，采用粒度小、比表面积大、表面活性高的氧化铝细晶为原料可以显著降低氧化铝陶瓷的烧结温度;(2) 采用特殊烧结工艺。
目前主要采用的低温烧结工艺包括热压烧结、热等静压烧结、微波加热烧结、微波等离子体烧结以及放电等离子体烧结等，可以起到降低烧结温度的作用;(3) 添加烧结助剂。
采用不同的设计配方，在原料中引入添加剂，通过不同的作用机理实现氧化铝陶瓷的低温烧结。
由于降低原料粉体粒度需要采用不同的预处理工艺，原料成本高、工艺复杂，而特殊烧结技术往往要消耗能源，同时部分烧结方式难以控制烧结体形状，在不添加任何助剂的情况下制得的氧化铝陶瓷性能较差;因此，与其他方法相比，烧结助剂法具有成本低、效果好、工艺简便的优点，而且通过掺杂改性技术可以大幅提高氧化铝陶瓷的机电性能，是目前最有效的一种低温烧结方法。
烧结助剂的作用机理烧结是通过加热使原料粉体产生颗粒粘结、经过物质迁移使粉末体产生强度并导致致密化和再结晶的过程。
普通陶瓷粉体之所以难于烧结，原因就在于其晶格能较高、晶体结构稳定，质点扩散需要较高的活性，即烧结激活能大，因此需要较高的温度。
为了达到促进烧结的目的，一方面可考虑活化晶格，降低烧结激活能，主要通过掺杂破坏稳定的晶格结构使得晶体中产生缺陷或者引起晶格畸变来实现;另一方面可考虑加速扩散过程，主要通过在体系中产生液相，液相通过表面张力作用产生颗粒粘结并填充气孔，同时利用“溶解-沉淀”机理，通过液相传质作用使溶解的小晶粒逐渐在大晶粒表面沉积，达到促进烧结的效果。
氧化铝低温 烧结综述 杨硕 139024199
安徽工业大学毕业设计实验综述论文题目：氧化铝低温烧结方法综述学院：材料学院专业：无机133班姓名：杨硕学号：139024199指导教师：二○一六年四月日氧化铝低温烧结方法综述摘要：本文就氧化铝低温烧结的研究成果做出大概的总结。
详细分析降低氧化铝烧结温度的三种主要手段（即：①加入烧结助剂；②烧结工艺；③提高氧化铝粉体活性）来具体讨论了氧化铝陶瓷低温烧结机制。
再根据之前实验提出的各种方法提出自己的实验方案，以达到对烧结温度的最大降低。
关键词：复合烧结助剂，溶胶凝胶法，液相烧结，CuO— TiO2。
氧化铝陶瓷是一种以Al2O3为主要原料，以刚玉为主晶相的陶瓷材料。
因其具有机械强度高、硬度大、高频介电损耗小、高温绝缘电阻高、耐化学腐蚀性和导热性良好等优良综合技术性能，以及原料来源广、价格相对便宜、加工制造技术较为成熟等优势，氧化铝陶瓷已被广泛应用于电子、电器、机械、化工、纺织、汽车、冶金和航天等行业，成为目前世界上用量最大的特种陶瓷材料之一。
然而，但其离子键较强，从而导致其质点扩散系数低、烧结温度较高。
（例如99氧化铝陶瓷的烧结温度可高达近1800℃)。
如此高的烧结温度将促使晶粒长大，残余气孔聚集长大，导致材料力学性能降低，同时也造成材料气密性差，且对窑炉耐火砖的损害较大。
因此，降低氧化铝陶瓷的烧结温度，降低能耗，缩短烧成周期，减少窑炉和窑具损耗，从而降低生产成本，一直是企业所关心和急需解决的重要课题。
本论文的写作来源以数据库论文为参照核心来延伸出自己的实验理论，并且总结得到更好的实验方法。
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再进行总结延伸。
目前，对氧化铝陶瓷低温烧结技术的研究工作已很广泛和深入，从75 瓷到99 瓷都有系统的研究，业已取得显著成效。
氧化铝 助熔剂 铝酸钠
氧化铝在助熔剂与铝酸钠中的应用
氧化铝，化学式为Al2O3，是一种广泛应用的工业原料。
它不仅在金属冶炼、耐火材料制造等领域有着重要的作用，而且在助熔剂和铝酸钠的制备中也发挥了关键的作用。
一、氧化铝作为助熔剂的应用
助熔剂是一种能降低物质熔点的添加剂，对于一些高温条件下难以熔化的物质，加入助熔剂可以显著降低其熔化温度，从而提高生产效率。
氧化铝作为一种高效的助熔剂，被广泛应用于各种冶金过程。
在钢铁冶炼过程中，添加适量的氧化铝可以改善钢水的流动性，提高脱硫效果，减少杂质元素对钢质的影响。
在铝合金冶炼过程中，氧化铝可以提高铝液的熔点，增强铝液的流动性和铸造性能。
二、氧化铝在铝酸钠制备中的应用
铝酸钠，又称为偏铝酸钠，是一种重要的无机化合物，广泛用于造纸、纺织、印染等行业。
而氧化铝是制备铝酸钠的主要原料。
首先，将氧化铝与氢氧化钠反应，生成铝酸钠溶液。
然后，通过蒸发浓缩、结晶分离等步骤，得到纯度较高的铝酸钠产品。
这个过程中，氧化铝的纯度和反应条件直接影响到最终产品的质量和产量。
总结来说，氧化铝作为助熔剂和铝酸钠制备的重要原料，其应用价值不可忽视。
随着科技的进步和工业的发展，氧化铝的应用领域将会更加广泛，其在助熔剂和铝酸钠制备中的作用也将得到进一步的挖掘和提升。
不同体系助烧剂对氧化铝陶瓷的影响及相组成的热力学计算
不同体系助烧剂对氧化铝陶瓷的影响及相组成的热力学计算董伟霞;包启富;顾幸勇
【期刊名称】《陶瓷》
【年(卷),期】2009(000)006
【摘要】低温烧结氧化铝陶瓷是当前陶瓷行业迫切需要解决的问题之一.本研究采用不同体系的助熔剂,探讨其对氧化铝陶瓷性能的影响.同时也证明了采用热力学计算所得出的晶相与衍射图谱相吻合.
【总页数】4页(P47-50)
【作者】董伟霞;包启富;顾幸勇
【作者单位】景德镇陶瓷学院材料与工程学院,江西,景德镇,333001;景德镇陶瓷学院材料与工程学院,江西,景德镇,333001;景德镇陶瓷学院材料与工程学院,江西,景德镇,333001
【正文语种】中文
【中图分类】TQ17
【相关文献】
1.助烧剂和造孔剂对真空烧结SiC多孔陶瓷性能的影响 [J], 尚俊玲;陈维平;刘城;李元元
2.ZnO-CaO-MgO-SiO2助烧剂对氧化铝陶瓷性能的影响 [J], 董伟霞;包启富;顾幸勇
3.复合黏结剂和助烧剂对SiC基泡沫陶瓷性能的影响 [J], 任凤章;翟钢军;李锋军;马战红;李娜
4.钛镁掺杂对氧化铝陶瓷的相组成、微观形貌及沿面闪络特性的影响 [J], 姚舜;王友法
5.助烧剂Y_2O_3对ZrO_2(Y-TZP)-Si_3N_4系统中ZrO_2相组成的影响 [J], 周瑾;饶平根;毛骏飙;叶建东
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氧化铝助熔
氧化铝助熔氧化铝助熔是一种常见的冶金工艺，它在金属冶炼过程中起到了重要的作用。
氧化铝是一种无机化合物，化学式为Al2O3，常见的矿石有赤铁矿、莫来石等。
它具有高熔点、高硬度、高耐磨性等特点，因此被广泛应用于冶金工业中。
氧化铝助熔的主要作用是提高熔体的流动性和降低熔点。
在冶金过程中，金属矿石经过熔炼后得到的金属合金通常需要进一步加工才能得到所需的纯度和性能。
而氧化铝的加入可以使熔体更加流动，进一步提高金属的纯度和性能。
此外，氧化铝还可以降低熔体的熔点，有利于提高冶炼效率。
氧化铝助熔的机理主要有以下几个方面。
首先，氧化铝具有较高的熔点，加入到熔体中可以提高整个熔体的熔点。
这样可以使金属矿石更易于熔化，减少熔炼过程中的能量消耗。
其次，氧化铝可以与金属矿石中的杂质反应生成较高熔点的化合物，从而促使杂质的分离和去除。
此外，氧化铝还可以和金属矿石中的硅等元素形成化合物，提高矿石的熔化性能。
在实际应用中，氧化铝助熔通常与其他助熔剂一起使用，以达到更好的效果。
例如，氧化铝和氧化钙可以共同使用，通过生成较高熔点的化合物来促进金属矿石的分离和去除。
此外，氧化铝还可以与碳化钙等反应生成氧化钙和碳，从而进一步提高熔体的流动性。
除了在金属冶炼中的应用，氧化铝助熔还广泛应用于陶瓷、玻璃等工业中。
在陶瓷工业中，氧化铝可以提高陶瓷的硬度和耐磨性，增加陶瓷制品的使用寿命。
在玻璃工业中，氧化铝可以提高玻璃的耐高温性能，增加玻璃制品的使用范围。
然而，氧化铝助熔也存在一些问题。
首先，氧化铝的价格较高，增加了冶炼成本。
其次，氧化铝在高温下容易与其他金属发生反应，形成不稳定的化合物，影响产品的质量。
此外，氧化铝的加入量过多也会对环境产生一定的影响。
氧化铝助熔是一种常见的冶金工艺，它可以提高熔体的流动性和降低熔点，进一步提高金属的纯度和性能。
在金属冶炼、陶瓷、玻璃等工业中都有广泛的应用。
然而，氧化铝助熔也存在一些问题需要解决。
在今后的工艺改进中，我们可以进一步研究氧化铝助熔的机理，寻找更加经济、环保的助熔剂，以提高冶炼效率和产品质量。
【精品文章】氧化铝陶瓷为何要加添助剂？
氧化铝陶瓷为何要加添助剂？
氧化铝陶瓷有许多可圈可点的优势，例如高硬度，耐高温，耐磨、抗氧化等等，广泛应用于各工业领域。
然而，氧化铝自身阳离子电荷多，半径小，离子键强的特点，导致其晶格能较大，扩散系数低，烧结温度高。
一般纯氧化铝陶瓷的烧结温度在1700℃以上，这样高的烧结温度在工业上较难普遍实现，而且不利于降低成本，同时结构上也会有存在较多的缺陷，对氧化铝陶瓷的材料力学性能不利，为了促进氧化铝陶瓷致密化，降低烧结温度，一般在原料里引入添加剂来降低其烧结温度或改善其烧结性能。
添加剂的类型和特征添加剂的作用机理与其离子半径和化合价有关。
根据作用机理的不同，根据作用机理的不同，可以把添加剂分为２类：第一类是生成液相，这类添加剂如SiO2、MgO、CaO、SrO、BaO等碱土金属氧化物，在晶界形成低熔点的玻璃相，促进烧结，电性能良好，适于制备电子陶瓷；第二类是生成固溶体，这类添加剂如Cr2O3、Fe2O3、TiO2、MnO等，它们与氧化铝基体形成置换固溶体，降低烧结温度，同时降低陶瓷的体积电阻率，适于有力学要求的场合。
第一类示例：氧化铝陶瓷基片
第二类示例：氧化铝结构件
生成液相添加剂的作用机理：第一类添加剂多为立方密堆积、NaCl型晶体结构。
由于晶体结构的差异，它们在Al2O3中的“溶解度”极小，通过杂质聚集在晶界处的方式，减少了它们在基体中的含量，随着烧结的继续进行，晶界数量和面积减少，晶界处杂质的浓度相对增加，使晶界处的共溶。
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（ ａ）
（ｂ）
图 ５ Ｎｏ．４ 试样的 Ｓ ＥＭ 图片 Ｆｉｇ． ５ Ｓ ＥＭ ｐｈｏｔｏ ｏｆ Ｎｏ．４ ｓ ａｍｐｌｅ
１１．３５％降至 ０．３２％， 气孔率从未添加滑石的 ２６．４４％ 降至 １．０１％， 这说明添加滑石能促进陶瓷的烧结； 而 后吸水率随着滑石含量的增加而变化不大， 在 ０．６５￣０．９８％之内波动 ， 气孔率在 ０．２１￣０．２７％之 内 波 动， 这说明当滑 石的含量超 过 ３％时， 瓷球在 １４１０℃ 烧结下都达到了较致密的烧结状态。从图 ３ 可以看 出添加滑石后， 陶瓷的体积密度提高十分明显。当添 加 ３．５％的滑石时， 体积密度达到 ３．１８０ ｇ／ｃｍ３， 比未添 加滑石的瓷球体积密度上升了 ３６．５％， 这可以说明， 在纯碳酸钡助熔剂中加入少量的滑石就能大大促进 烧结， 使陶瓷结构更致密， 碳酸钡和滑石的二元复合 添加剂比纯碳酸钡添加剂的助熔效果更好； 当滑石 含量 ３．５￣６％这一范围内时， 陶瓷的体积密度开始随 着滑石的含量的增加而缓慢下降至 ３．１０ ｇ／ｃｍ３， 而后 又略有上升至 ３．１４ ｇ／ｃｍ３； 当滑石的含量超过 ６％时， 其体积密度又开始呈下降趋势。因此从性能分析， 选 择滑石的含量为 ３．５％， 碳酸钡的含量为 ５．５％时， 试 样吸水率、气孔率和体积密度达到了极值， 此时吸水
２
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Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔａｌｃ／ ｗｔ％
图 ２ 不同试样气孔图
Ｆｉｇ．２ Ｐ ｏｒｏｓ ｉｔｙ ｖｓ ． ｔａｌｃ ｃｏｎｔｅｎｔ
Ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ（ｇ／ ｃｍ３）
３．２
３．０
２．８
２．６
２．４
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Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔａｌｃ／ ｗｔ％
图 ３ 不同试样体积密度图
Ｆｉｇ．３ Ｂｕｌｋ ｄｅｎｓ ｉｔｙ ｖｓ ． ｔａｌｃ ｃｏｎｔｅｎｔ
当滑石含量为 ３．５％， 碳酸钡的含量为 ５．５％时， 瓷球吸水率、气孔率和体积密 度 达 到 了 极 值 ， 此 时 吸 水 率 为 ０．２１％， 气 孔 率 为
０．６７％， 体积密度为 ３．１８ ｇ／ｃｍ３。
关键词 氧化铝陶瓷， 助熔剂， 晶相结构， 性能
中图分类号： ＴＱ１７４．７５ 文献标识码： Ａ
Ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ／ ％
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图 １ 不同试样吸水率图
Ｆｉｇ．１ Ｗａｔｅｒ ａｂｓ ｏｒｐｔｉｏｎ ｖｓ ． ｔａｌｃ ｃｏｎｔｅｎｔ
Ｐｏｒｏｓｉｔｙ／ ％
《陶瓷学报》２００７ 年第 ３ 期
３０
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５
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工 领 域 等 各 种 应 用 场 合［１］， 又 因 氧 化 铝 难 以 烧 结 ， 因
１ 前言
此在生产过程中常需添加助熔剂［２－ ３］。目前生产氧 化 铝瓷球的主要原料是工业氧化铝， 由于价格昂贵， 限
氧化铝耐磨陶瓷因强度高、硬度大、耐高温、耐腐 蚀 及 耐 磨 损 等 广 泛 应 用 于 冶 金 、矿 产 、电 力 、建 材 、化
摘要
以铝型材厂废渣和可塑粘土为主要原料， 添加滑石及碳酸钡复合助熔剂研制氧化铝陶瓷。主要探讨助熔剂不同添加量对产品
微观结构及各项性能指标的影响。采用 ＸＲＤ 和 ＳＥＭ 等主要测试手段探讨其晶相结构和显微结构， 以气孔率、吸水率、体积密度等
性能指标为主要评价标准选择最佳的助熔剂添加量。结果表明： 体系内除刚玉相外， 还有少量莫来石、镁铝尖晶石和钡冰长石相。
测试的性能指标包括抗压强度， 显微硬度， 磨损 率和体积密度， 吸水率等［８－ ９］。
采用 Ｐｈｉｌｉｐｓ． Ｘ ｐｅｒｔ－ ＭＰＤ Ｘ 衍射仪 （ 分析条件 ＣｕＫα１， 电 压 ４０ＫＶ， 电 流 ４０ｍＡ） 分 析 各 试 样 的 晶 相 组成， 采用 Ｐｈｉｌｉｐｓ ｘｌ－ ３０ ＥＳＥＭ 扫描电镜观察样品的 微观结构（ 样品经 １０％ 的 ＨＦ 腐蚀 ３ｍｉｎ） 。
图 ５ （ａ），（ｂ） 所示分别为 Ｎｏ．４ 试样不同位置的扫 描 电镜图片， 从 图（ａ）中可以看 出 各 晶 相 晶 粒 排 列 致
１８０
《陶瓷学报》２００７ 年第 ３ 期
密， 晶界清晰 ， 刚玉呈片状 或粒状， 从（ｂ）中 可以看出 许多晶粒被玻璃相包裹， 晶粒尺寸与图（ａ）大致相同， 晶粒尺寸均匀， 可保证得到性能优良的陶瓷制品。
将废渣生料 预烧至 １３００℃， 冷 却， 破碎， 得 到 熟 料， 按： 废渣熟料 ７０ｗｔ％， 粘土 ２０ｗｔ％， 外加剂 １．０ｗｔ％ ， 滑 石 ＋ 碳酸钡 ９．０ｗｔ％的比例准确称料， 改变滑石与碳 酸钡的比例， 所得试样如表 ２ 所示。各试样经配料、 过筛、制粉、成型、干燥， 在 １４１０℃烧成， 保温 ２ 小时， 冷却后样品代号依次记为 Ｎｏ．１￣Ｎｏ．１０ 。 ２．３ 晶相结构及性能表征
４ 结论
（ １） 最 佳 的 滑 石 含 量 为 ３．５％， 碳 酸 钡 的 含 量 为 ５．５％， 此时试样吸水率、气孔率和体积密度达到极 值 ， 吸 水 率 为 ０．２１％ ， 气 孔 率 为 ０．６７％ ， 体 积 密 度 为 ３．１８ ｇ／ｃｍ３。
（ ２） 该氧化铝陶瓷中刚玉为主晶相， 除此以外还 有少量莫来石， 尖晶石和钡冰长石相。各晶相致密排 列， 晶粒尺寸均匀， 可保证得到性能优良的陶瓷制 品。
－
Ｉ．Ｌ． ３４．２６ １３．５２ ５．３２
Ｔｏｔａｌ ９９．２５ ９９．８９ ９９．２１
表 ２ 试样配方（ｗｔ％） Ｔａｂ．２ Ｐ ｒｅｓ ｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｓ ａｍｐｌｅ
Ｓａｍｐｌｅ
Ｎｏ．１ Ｎｏ．２ Ｎｏ．３ Ｎｏ．４ Ｎｏ．５ Ｎｏ．６ Ｎｏ．７
Ｔａｌｃ ｃｏｎｔｅｎｔ
０．０ １．５ ３．０ ３．５ ４．０ ４．５ ５．５
３ 饶平根，吴建青，叶建东等． 添加氧化锆对氧化铝陶瓷的性能 的影响．兵器材料科学与工程， ２００６， ２９（ ２） ： １３－ １７
４ 刘 永 先．我 国 氧 化 铝 瓷 球 的 生 产 现 状 及 市 场 前 景．陶 瓷，２０００， １： １８－ ２０
５ 颜东亮，吴伯麟，曹晓国．陶瓷辊棒废料制造高档高耐磨研磨 介质研究．非金属矿， ２００４， ２７（６）：１４－ １６
第 ２８ 卷第 ３ 期 ２００７ 年 ９ 月
《陶瓷学报》 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＥＲＡＭＩＣＳ
Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．３ Ｓｅｐ．２００７
文章编号： １０００－ ２２７８（ ２００７） ０３－ ０１７７－ ０４
助熔剂对氧化铝陶瓷结构及性能影响的研究
谢远红
（ 集美大学生物工程学院， 福建厦门： ３６１０２１）
３ 结果分析及讨论
３．１ 性能结果分析 不同滑石和碳酸钡添加量对氧化铝陶瓷各项性
能指标包括气孔率、吸水率和体积密度的影响分别 如图 １－ ３ 所示。
从图 １ 和图 ２ 可以看出， 氧化铝陶瓷的吸水率 和气孔率都随着滑石的含量增加而迅速地下降， 当 滑 石的含量为 ３％时 瓷 球 的 吸 水 率 从 未 添 加 滑 石 的
率为 ０．２１％， 气孔率为 ０．６７％， 体积密度为 ３．１８ｇ／ｃｍ３。 ３．２ 晶相结构分析
图 ４ 所示为 Ｎｏ．４ 试样即滑石添加量为 ３．５％ 时 氧化铝陶瓷的典型 ＸＲＤ 图谱。从图中可以看出， 共 有 ４ 种结晶相生成， 其中刚玉相为主晶相， 其衍射峰 强度最高， 除 刚 玉 外 ， 还 有 莫 来 石 、尖 晶 石 和 钡 冰 长 石相。其中的刚玉相主要由铝厂废渣中的 γ－ ＡｌＯＯＨ 经高温煅烧转化而来， 在高温烧结过程中， 粘 土中的高岭石在高温下会与铝厂废渣中的部分 Ａｌ２Ｏ３ 反应生成一定量的莫来石， 而加入的滑石和碳酸钡 复合助烧剂一方面能促进体系在较低的温度下形成 液相， 另一方面滑石在高温分解的 ＭｇＯ， 碳酸钡高温 分解的 ＢａＯ 会与 Ａｌ２Ｏ３ 及 ＳｉＯ２ 反应生成少量镁铝尖 晶石和钡冰长石相。其中刚玉、莫来石和镁铝尖晶石 都具有膨胀小， 硬度高， 抗腐蚀能力强， 高温性能优 良等优点， 是保证该氧化铝陶瓷优良特性的基础。
ＩＮＦＬＵＥＮＣＥ ＯＦ ＦＬＵＸ ＯＮ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＡＮＤ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＯＦ ＡＬＵＭＩＮＵＭ ＣＥＲＡＭＩＣＳ
Ｘｉｅ Ｙｕａｎｈｏｎｇ （ Ｂｉｏ－ ｔｅｃｈ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ ， Ｊ ｉｍｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓ ｉｔｙ， Ｘｉａｍｅｎ， Ｆｕｊｉａｎ Ｐ ｒｏｖｉｎｃｅ， ３６１０２１）
《陶瓷学报》２００７ 年第 ３ 期
１７９
１６００ １４００ １２００ １０００ ８００ ６００ ４００ ２００
０ ０
Ｃｏｒｕｎｄｕｍ Ｍｕｌｌｉｔｅ Ｓｐｉｎｅｌ Ｈｙａｌｏｐｈａｎｅ
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图 ４ Ｎｏ．４ 试样的 ＸＲＤ 图谱 Ｆｉｇ． ４ ＸＲＤ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ Ｎｏ．４ ｓ ａｍｐｌｅ
制了产品的推广应用， 因此很多学者都在研究用其他 低成本的原料甚至工业废料来取代工业氧化铝［４－ ６］， 研 究 较成熟的是铝矾土， 由于铝矾土中 Ｆｅ，Ｔｉ 等着色杂质
表 １ 主要原料的化学组成（ ｗｔ％） Ｔａｂ．１ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓ ｉｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ
ＳｉＯ２ Ｗａｓｔｅ ｓｌａｇ ２．３４
参考文献
１ 秦麟卿， 吴伯麟， 谢济仁等． 耐磨氧化铝研磨球的生产和应 用．武汉理工大学学报， ２００１， ２３（３）： １２－ １５
２ 刘 银，武 成 利，黄 文 中 等． 纳 米 Ａｌ２Ｏ３ 粉 添 加 对 氧 化 铝 陶 瓷 烧 结 行 为 的 研 究． 安 徽 理 工 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２００６， ２６ （ １） ： ４１－ ４４