透明氧化铝陶瓷的研究进展
功能材料透明陶瓷
当光子能量hν>Eg( 禁带宽度) 时, 电 子吸收光子从价带激发到导带上, 即:
式中h—Plank常数; c—光速; λ—光波波长; 才能吸收光子。 因此, 禁带宽度越大, 紫外吸收端的截止波长就越小。而对 于杂质引起的吸收比Eg小的很多的光子能量, 那么可将电 子和空穴分别激发到导带和价带上。
温度、透过率与折射率之间的关系
1. 光学透明性的影响因素
对于透明材料的红外截 止波段, 随着温度的升 高而使原子能量增大, 原子的振动频率增大, 因而共振吸收截止频率 增大, 因此红外截止波 长缩短, 具有蓝移的趋 势。
Hale Waihona Puke 蓝宝石在不同温度下的透过率
1. 光学透明性的影响因素
1.3 制备影响因素 陶瓷材料制备因素的影响, 这里主要包括杂质、气孔、晶界、 微裂纹以及外表的粗糙度等方面。光通过陶瓷材料会受到一 系列阻碍, 这就导致多晶陶瓷不可能有单晶、玻璃那样的透明, 从而使得多数陶瓷看上去不透明。
1. 光学透明性的影响因素 1.4 显微构造的影响 气孔的尺寸对透光性能的影响主要表达在如下几个方面
当气孔的尺寸小于入射光波长的1/3时,那么气孔尺寸越小个数 越少,陶瓷和气孔的折射率差异越小,散射光的比例就越小, 透光率越高。
1. 光学透明性的影响因素
1.4 显微构造的影响
当散射中心的大小接近或等于光的波长时,那么以Mie散 射为主体的散射。 散射系数Sim为:
原料的纯度是影响透明性诸多 因素中的主要因素之一, 原料中 杂质容易生成异相, 形成光的散 射中心, 如下图, 减弱透射光的 在入射方向的强度, 降低陶瓷的 透过率, 甚至失透。
氧化铝陶瓷材料的研究进展
氧化铝陶瓷材料的研究进展自从人类掌握了冶金工艺,就开始了各种金属材料的应用研究,人们不断地发掘着新的金属材料,如今用于各种领域的合金已经非常普遍。
然而,金属材料也有其本身的局限性,如热膨胀系数大、抗氧化性差、重量大等等。
因此,在类似于高温、高压、高强度等严苛环境下的应用中,如冶金、航天、军工等领域,人们就开发了多种氧化铝陶瓷材料作为一种代替金属材料的类型。
氧化铝陶瓷材料是指以氧化铝或其化合物为主体,添加适量的其他原料(如质稳物,碳化物,氮化物等)制成的陶瓷材料。
由于氧化铝陶瓷材料拥有较高的抗氧化性、化学稳定性、热稳定性、机械性能和电性能,因此被广泛应用于陶瓷基复合材料、高温热电工程领域、模具制造、人造腰椎、陶瓷刀具等领域。
高温陶瓷材料是氧化铝陶瓷材料的主要产物之一。
这些材料的热膨胀系数较小,抗高温能力较强,热和电的导热性和绝缘性也很好。
这些理想属性意味着氧化铝陶瓷材料可以被广泛应用于各种极端条件下,如高温轴承、高温热电器件、太阳能电池等。
由于这些应用程序在极端条件下的使用,所以该类陶瓷必须具备极高的品质和可靠性。
氧化铝微细晶晶粒材料也是近年来广泛发展起来的一种氧化铝陶瓷材料。
由于它们具有高度分散的晶粒,所以它们的力学性能、光学性能和电子性能等都比传统氧化铝材料要优越。
在磁盘存储器和微机电系统中,这些材料可以用于制造小型悬臂梁、传感器和电子元器件等微型器件。
在多层陶瓷电容器和激光脉冲反射材料等方面,这些材料也已在市场上拥有了很好的地位。
此外,氧化铝陶瓷材料在模具制造领域也得到了广泛应用。
这些领域的氧化铝陶瓷材料拥有高度精密的密封性能和热稳定性能,而且还具有优异的机械性能和绝缘性能等。
这些特殊性能使得氧化铝陶瓷材料可以用于高精度模具制造领域。
根据相应的研究报告,氧化铝陶瓷材料的模具加工比传统材料更快、更高质量和更节省成本。
除此之外,由于其在模具制造工艺中的高度精密性能,氧化铝陶瓷材料还可以用于切削刀头、陶瓷刀具、化学阀门等高精密领域。
2.1.2透明氧化铝陶瓷
当加入物的采用生成第二晶相时,采取适当措施调整 第二晶相的折射率 ,使之尽可能接近主晶相的折射率 ,则光线穿过第二相及其界面时的折射和散射作用将 消弱,透光性将增强。 在Al2O3陶瓷中同时引入MgO及La2O3+Y2O3,加入物 具有调整第二相尖晶石的折射率,使之向刚玉的折射 率靠近。
采用高纯原料(纯度大于99%),把原料的杂质含量
第二节、透明氧化铝陶瓷 1、概述
特点:陶瓷固有的耐高温、耐腐蚀、高绝缘高强度特性
又具有玻璃的光学性能。 玻璃与陶瓷的主要差别: 玻璃:“均匀的,无定形的; 陶瓷:结晶的、多相的。 透明陶瓷和一般陶瓷一样具有多晶结构,但一般不是多相 的,晶界也比较特殊,有相当高的透明度。
1958年美国通用电气公司,在高纯度的Al2O3 中添加微 量MgO,在真空或氢气中进行烧结,制出透过光线的氧
I: 透射光强度
使陶瓷具有透光性,必须具备下面的条件
晶相选择:
晶相应为等轴晶系(不存在双折射)晶体
例:Y2O3,MgO,MgAl2O4等都是等轴晶系的晶体。
利用这类物料作主晶相,由于不具有双折射(在晶界 上不造成明显折射和散射),就易于使陶瓷材料具有 良好的透光性。
非等轴晶系的晶相,主晶相的双折射应该很小。
陶瓷体显微结构中含有相当多的气相,这种分散在陶
瓷体内的微小气泡,形成了极其有效的光散射中心。
不同取向晶粒之间的明显晶界,某些杂质、裂纹等, 具有不同的反射面,也将无规则地多次改变光的传授 方向,使陶瓷失去透明性。 反射和吸收。
式中:T0:入射光强度; a: 多晶体的吸收系数,厘米-1 t: 微气孔平均直径,微米 tV:微气孔有效厚度,微米; dV:微气孔平均直径,微米 na:多晶体的折射率 nV:微气孔的折射率,近似等于1 λ :入射光波长,微米 c:常数,通常取7
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展关键词:透明氧化铝,透光率,烧结助剂,烧结工艺1引言透明氧化铝陶瓷最早是由美国Coble博士发明的,他通过在Al2O3中添加0.25wt% MgO,于1700~1800℃氢气气氛下烧结出呈半透明的氧化铝陶瓷,从此开创了透明氧化铝陶瓷研究和应用的新篇章[1]。
经过半个世纪的不懈努力和研究,科研工作者发现,通过提高氧化铝的纯度、致密度以及合理的调控显微结构,可以显著提高氧化铝陶瓷的透光性。
随着研究的不断开展,制备氧化铝陶瓷的烧结助剂得到了极大地扩展,除了MgO,一些稀土氧化物(如Y2O3、La2O3、ZrO2等)同样可以作为氧化铝陶瓷的烧结助剂,并且采用复合添加剂的效果优于单独使用MgO。
关于添加剂的引入方式,谢志鹏等[2]提出了化学沉淀包覆工艺,在1800℃氢气气氛下烧结,制备了透明氧化铝陶瓷。
与传统的球磨工艺相比,该方法能够实现添加剂在氧化铝基体中的均匀分布,从而大大提高了陶瓷的透光性。
关于透明氧化铝陶瓷的烧结技术,最近的研究工作表明,采用热等静压(HIP)、放电等离子(SPS)等特种烧结工艺可以制备出亚微米晶的高性能透明氧化铝陶瓷。
例如,Jin等[3]采用SPS工艺,于1250~1350℃,80MPa压力下烧结,制备了晶粒尺寸小于1μm,直线透光率为53%的透明陶瓷。
由于晶粒细小,其机械强度也非常优异。
此外,Mao等[4]就氧化铝晶粒光轴取向对透光性的影响进行了研究,他们通过在强磁场条件下进行透明Al2O3陶瓷浆料的注浆成型,使烧结后的Al2O3陶瓷晶粒光轴趋于一致,从而减少六方晶系Al2O3陶瓷因双折射率不同带来的光损失,显著提高透明Al2O3陶瓷的透过率。
下面就影响氧化铝陶瓷透光性的各种因素,以及氧化铝粉体选择、烧结助剂及作用、烧结工艺及透明氧化铝陶瓷的应用进行综述。
2影响氧化铝陶瓷透明性的因素2.1.1气孔对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率,又包括气孔尺寸、数量、种类。
氧化铝透明陶瓷氧化镁透明陶瓷、氧化钇透明陶瓷
氧化铝透明陶瓷氧化镁透明陶瓷、氧化钇透明陶瓷标题:探索透明陶瓷:氧化铝、氧化镁和氧化钇在现代科技和工业领域,透明陶瓷已经成为一个备受关注的材料。
氧化铝、氧化镁和氧化钇作为透明陶瓷的重要代表,它们在光学、电子、航空航天等领域都有着广泛的应用。
本文将从深度和广度两个方面进行全面评估,以帮助读者更好地理解透明陶瓷的特性和应用。
一、氧化铝透明陶瓷1. 氧化铝的基本特性氧化铝是一种常见的陶瓷材料,具有高强度、抗腐蚀性、耐磨损等优点。
其透明陶瓷具有良好的光学性能和化学稳定性,被广泛应用于光学窗口、激光器件等领域。
2. 氧化铝透明陶瓷的制备方法通过热压、热等静压等方法可以制备出高密度、均匀结构的氧化铝透明陶瓷。
在制备过程中,控制晶粒尺寸和杂质含量对于提高透明度和力学性能至关重要。
3. 氧化铝透明陶瓷的应用氧化铝透明陶瓷广泛应用于高温、高压、强腐蚀环境下的光学元件、传感器、航天器件等领域。
其在光学窗口、透镜、激光窗口等方面具有独特的优势。
二、氧化镁透明陶瓷1. 氧化镁的基本特性氧化镁是一种重要的陶瓷材料,具有高熔点、高硬度、高热导率等特点。
透明陶瓷具有较好的透明度和热稳定性,在光学和高温环境下有着重要应用。
2. 氧化镁透明陶瓷的制备方法氧化镁透明陶瓷的制备可以通过热等静压、热同步处理等方法进行。
在制备过程中,要控制晶粒尺寸和晶界的清晰度,以获得更好的透明度和性能。
3. 氧化镁透明陶瓷的应用氧化镁透明陶瓷在激光窗口、红外透镜、高温传感器等领域有着广泛的应用。
其在光学、电子等高技术领域有着独特的地位和作用。
三、氧化钇透明陶瓷1. 氧化钇的基本特性氧化钇是一种重要的稀土陶瓷材料,具有优良的光学、电学性能和磁学特性。
透明陶瓷具有良好的透明度和光学性能,在激光器件、光学窗口等方面有着广泛应用。
2. 氧化钇透明陶瓷的制备方法氧化钇透明陶瓷的制备可以通过固相反应、热等静压等方法进行。
在制备过程中,要控制杂质含量、晶界结构等因素,以提高透明度和性能。
氧化铝陶瓷的制备及应用研究
氧化铝陶瓷的制备及应用研究氧化铝陶瓷是一种重要的陶瓷材料,具有许多优良的性质,比如高温稳定性、化学惰性、机械强度高等。
因此,在航空航天、化工、医疗、电子等领域都有广泛的应用。
本文将从氧化铝陶瓷的制备、性质和应用三个角度来阐述相关研究进展。
1.氧化铝陶瓷制备研究氧化铝陶瓷的制备有多种方法,包括焙烧法、注模成型、压制烧结法和激光烧结法等。
其中,焙烧法是一种常用的制备方法。
该方法首先将氧化铝粉末与有机混合物混合,在不同温度条件下煅烧,得到所需的陶瓷材料。
注模成型则是将氧化铝粉末与有机胶水混合,注入成型模具中制作成所需形状的陶瓷体。
压制烧结法则是将氧化铝粉末压制成形体后,在高温下烧结成陶瓷。
激光烧结法则是利用激光束对氧化铝粉末进行加热和压缩,形成陶瓷材料。
以上几种制备方法都有其优缺点。
焙烧法制备简单、成本低,但制备出的陶瓷材料中可能存在杂质,影响材料性能。
注模成型方法可以制作出形状复杂的陶瓷,但需要使用有机胶水作为粘合剂,可能影响材料的稳定性。
压制烧结法可以制备出高性能的氧化铝陶瓷,但加工难度较大、成本较高。
激光烧结法具有制备速度快、高温高压条件下制备的陶瓷具有均匀致密的优点,但设备成本高,生产成本也较高。
2.氧化铝陶瓷性质研究氧化铝陶瓷具有多种优良的性质,例如高机械强度、硬度、抗腐蚀性、化学稳定性、热稳定性等。
其中,氧化铝陶瓷的高机械强度和硬度使其成为制作切割工具、芯片基板等高性能材料的理想选择。
氧化铝陶瓷的化学稳定性和抗腐蚀性,使其成为能源、石油化工等领域中重要的结构材料。
氧化铝陶瓷的热稳定性则使其成为航空航天、电子等领域的重要材料。
同时,氧化铝陶瓷在生物医疗、环保等领域也有广泛的应用,如制备生物医疗器械、过滤器等。
3.氧化铝陶瓷应用研究氧化铝陶瓷在各个领域都有着广泛的应用。
在航空航天领域中,氧化铝陶瓷被应用于制造高温发动机、导弹隔热材料等。
在化工领域中,氧化铝陶瓷被应用于制作化工反应器、催化剂等。
氧化铝多孔陶瓷的制备及性能研究
氧化铝多孔陶瓷的制备及性能研究氧化铝多孔陶瓷的制备及性能研究摘要:氧化铝多孔陶瓷因其优良的化学稳定性、高温强度和机械性能被广泛应用于电子、石油、化工等领域。
本文基于氧化铝多孔陶瓷的制备方法和性能研究,综述了其制备工艺、表征方法以及性能研究的结果。
1. 引言氧化铝多孔陶瓷是由高纯度氧化铝粉末经过压制、烧结等工艺制备而成的一种陶瓷材料。
其孔隙结构使其具有较大的比表面积和孔隙率,从而使其具备了优异的吸附性能和渗透性能。
氧化铝多孔陶瓷被广泛应用于催化、过滤、电子以及化工等领域。
2. 制备方法氧化铝多孔陶瓷的制备方法包括模板法、发泡法、溶胶-凝胶法等。
模板法主要通过使用模板材料,在烧结过程中得到孔隙结构;发泡法则采用制泡剂,在高温下产生气泡形成多孔结构;溶胶-凝胶法则通过溶胶的凝胶过程形成多孔陶瓷。
其中,模板法制备的氧化铝多孔陶瓷具有较大的孔隙直径和均匀的孔隙分布,具有较好的热稳定性;发泡法制备的氧化铝多孔陶瓷具有较小的孔隙直径和较大的孔隙率,具有较好的过滤性能;溶胶-凝胶法制备的氧化铝多孔陶瓷具有较高的比表面积和孔隙率,具有较好的吸附性能。
3. 表征方法氧化铝多孔陶瓷的性能主要通过其孔隙结构、比表面积等参数进行表征。
通常采用扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析仪、压汞法等方法对其进行表征。
SEM能够直观地观察到其孔隙结构形貌,并且可以进行孔径分布的分析;比表面积分析仪则能够测量其比表面积,通过比表面积与孔隙率的关系推导出其孔隙结构参数;压汞法则能够通过测量其对气体的吸附能力来计算出其孔隙分布和孔径大小。
4. 性能研究氧化铝多孔陶瓷的性能研究主要包括孔隙结构对吸附和过滤性能的影响,以及化学稳定性、机械性能等方面的研究。
孔隙结构对吸附和过滤性能的影响可以通过调节制备方法来实现,如改变模板材料、制泡剂的种类和用量等;化学稳定性的研究可以通过浸泡在不同溶液中来验证其抗化学侵蚀性能,并通过SEM等表征手段来观察其表面形貌的变化;机械性能的研究可以通过测量其抗压强度、硬度等参数来评估。
氧化铝半透明陶瓷制备及性能研究
图 3 马弗炉和氢气炉烧结样品的实物对比图
由图 3 可知袁 在同样的烧结温度和保温条件 下袁 氧化铝素坯在空气气氛中烧结所得样品呈现出 生坯的特征袁 而在氢气气氛中烧结所得样品表现出 野玉质冶 特性袁 未经抛光的样品已显现出一定的透 明特征袁 说明氢气气氛烧结有助于氧化铝陶瓷素坯 中气孔的消除遥 原因在于院 氢气气氛属于还原性气 氛袁 高温烧结过程中袁 陶瓷体内易形成氧空位袁 它 们提供了晶界扩散的通道袁 加速了氧化铝的物质迁 移过程袁 从而获得致密度较好的氧化铝陶瓷遥 而在 空气气氛下烧结袁 氧分压较高袁 抑制了氧空位的形 成袁 不利于氧化铝陶瓷内离子的扩散传质袁 因此烧 结后陶瓷致密度偏低遥 2.2 烧结温度对陶瓷透明性的影响
1 实验部分
1.1 实验原料 氧化铝 渊Al2O3冤 粉体袁 山东国瓷功能材料股份有
作者简介:险特性检测、化学品理化特性检查等工作
第8期
郑雨佳,等:氧化铝半透明陶瓷制备及性能研究
·17·
限公司曰 氧化镁 渊MgO冤尧 聚丙烯酸 渊[CH2CH]nCOOH冤尧 氨水 渊NH3窑H2O冤袁 上海阿拉丁生化科技股份有限 公司曰 去离子水袁 自制遥 1.2 实验设备
关键词 氧化铝 半透明陶瓷 环境气氛 烧结 中图分类号 TQ 174.1
氧化铝陶瓷膜材料的制备与性能研究
氧化铝陶瓷膜材料的制备与性能研究一、研究背景氧化铝陶瓷是一种重要的高温材料,具有良好的耐热性、耐腐蚀性、低介电常数等特性,被广泛应用于高温环境中的机械、电子、光学等领域。
氧化铝陶瓷材料主要通过氧化铝膜材料制备而成,因此氧化铝膜材料的制备和性能研究对于氧化铝陶瓷材料的开发和应用具有重要意义。
二、氧化铝膜材料的制备1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备氧化铝膜材料的常用方法之一。
该方法主要通过水解混合溶液中的铝硝酸盐,使其形成胶体溶液,然后通过加热干燥形成氧化铝凝胶。
最后,利用高温处理方法将氧化铝凝胶转化为氧化铝膜材料。
2. 离子束溅射法离子束溅射法是一种物理气相沉积方法,可以制备出高质量的氧化铝膜材料。
该方法主要通过将高能离子束瞄准于氧化铝靶材表面,使其表面原子被击碎并在基底表面沉积形成氧化铝薄膜。
该方法制备出的氧化铝膜具有良好的致密性和均匀性。
3. 电化学氧化法电化学氧化法是利用电化学反应制备氧化铝膜的方法。
该方法主要利用铝或铝合金作为阳极,在电解液中施加电压,通过电化学反应形成氧化铝膜。
该方法简单易行,但制备出来的氧化铝膜厚度较薄且致密性不如其他方法。
三、氧化铝膜材料的性能研究1. 机械性能氧化铝膜材料具有较高的硬度和弹性模量,能够承受较大的外力和划伤,因此可以应用于高硬度和高耐磨的领域,如磨损件、机械密封件等领域。
2. 光学性能氧化铝膜材料具有良好的透明性和高反射率,可用于光学透镜、光学滤波器等领域。
同时,氧化铝膜材料还能应用于红外技术中,具有良好的透过红外光的性能。
3. 电学性能氧化铝膜材料具有低介电常数和良好的绝缘性能,也具有较高的耐电性能和高压电常数,可用于超高频和微波领域的电子元件。
四、结论氧化铝陶瓷膜材料制备和性能研究对于氧化铝陶瓷材料的开发和应用具有重要意义。
溶胶-凝胶法、离子束溅射法和电化学氧化法是常用的氧化铝膜材料制备方法。
氧化铝膜材料具有较高的机械性能、光学性能和电学性能,同时具有广泛的应用前景。
透明AlON陶瓷研究现状及应用
陶瓷透明AlON陶瓷研究现状及应用田庭燕杜洪兵孙峰姜华伟陈广乐刘妍彭珍珍(北京中材人工晶体有限公司北京100018)摘要主要介绍透明氮氧化铝(Al()N)陶瓷的研究进展。
对Al()N的制备方法和应用傲了综述翱介绍‘.并对其发展前景和存在的问题作了展望与分析。
关键词透明陶瓷AI()N制备应用TheResearchStatusQuooftheTransparentAIONCerami缁andItsApplication【TianTingyan,DuHongbing,SunFeng,JiangHuawei.ChenGuangle。
LiuYan.PcngZhenzhen(BeijingSinomaSyntheticCrysracsCo,Ltd,Beijing,100018)Abstract:ThispaperreviewedtheresearchprogressintransparentAluminumoxynitride(AI()N)ceramics,ineludingoflhefabricationsandapplicationsofAI()N..AndtheprospectsofAIONalsodiscussed.Keywords:“Fransparentceramics;Aluminumoxynitride;Fabrication;Application1980年美国Raytheon公司在军方资助下研制出透明AlON陶瓷材料,作为一种日益引起人们广泛重视的新兴透明陶瓷材料,AloN具有很好的光学透明性,从近紫外(O.2肛m)到中红外(5.0弘m)的平均光学透过率大予80%;在毫米波频段,具有优良的介电性能(介电常数小于10),损耗角正切小(在1mnl波长处为0.0002);男外还具有优良的抗渣侵蚀性和抗渣渗透性[J一;良好的耐高温性,抗热震性和抗侵蚀性能。
所以在导弹窗口和头罩材料等领域获得日益广泛的应用。
氧化铝陶瓷的性能与应用研究
氧化铝陶瓷的性能与应用研究氧化铝陶瓷作为一种重要的精细陶瓷材料,具有优异的物理、化学和力学性能,在众多的领域得到了广泛的应用。
本文将就氧化铝陶瓷的性能、生产工艺、应用领域等方面进行研究和探讨,并对其未来的发展方向提出建议。
一. 氧化铝陶瓷的性能氧化铝陶瓷具有优异的物理和化学性质,其主要性质如下:1. 物理性能氧化铝陶瓷的物理性质主要包括高硬度、高熔点、高热导率、高绝缘性、低热膨胀系数、良好的耐磨性和耐侵蚀性等。
2. 化学性能氧化铝陶瓷的化学性质主要表现为其耐腐蚀性能好,抗氧化性强,并且在高温下具有较好的化学稳定性能。
此外,它在一些酸、碱溶液中也表现出良好的化学稳定性。
3. 力学性能氧化铝陶瓷的力学性能表现出高强度、高模量、高韧性和高断裂韧性等特点。
这些性能有助于提高氧化铝陶瓷的使用寿命、延缓断裂、减少磨损和疲劳等问题。
二. 氧化铝陶瓷的生产工艺氧化铝陶瓷的生产工艺主要包括湿法法、干法法和共烧法三种方法。
1. 湿法法湿法法是指通过化学反应法,将铝酸盐或铝氢氧化物溶解在水中,再通过沉淀、干燥、成型、烧结等步骤制得氧化铝陶瓷。
2. 干法法干法法是指通过高温氧化铝粉末直接制备氧化铝陶瓷。
这种方法的主要特点是生产成本低、节能环保。
3. 共烧法共烧法是指将氧化铝和其他陶瓷材料一起烧结制得氧化铝陶瓷。
这种方法可以大大降低生产成本,提高陶瓷的性能。
三. 氧化铝陶瓷的应用领域氧化铝陶瓷广泛应用于陶瓷、电子、航空、医疗等领域。
1. 陶瓷领域氧化铝陶瓷在陶瓷领域的应用主要是制作高温、高压和耐磨的陶瓷制品,如办公家居、日用陶瓷、建筑装饰、花瓶、餐具、厨房用具等。
2. 电子领域氧化铝陶瓷在电子领域的应用主要是制作高温、高压和耐腐蚀的电极、热敏电阻、IC封装、半导体材料、航天器外壳等。
3. 航空领域氧化铝陶瓷在航空领域的应用主要是制作发动机叶片、传动件、气密结构、陶瓷涂层等。
4. 医疗领域氧化铝陶瓷在医疗领域的应用主要是制作关节假体、牙科修复物、透析器、支架、人工中耳等医疗器械。
透明氧化铝陶瓷金属化与封接实验研究
研 究 与 设 计
・
透 明 氧 化 铝 陶 瓷 金 属 化 与 封 接 实 验 研 究
赵世 柯 , 肖东梅 , 吕京 京
( 国 科 学 院 电子 学 研 究 所 中 空 间行 波 管 研 究 发 展 中 心 , 京 北 109) 0 10
Ex e i e f Tr ns r ntAl m i e a lz to nd p r m nto a pa e u na M t li a i n a Ce a i — e a e ln r m c M t lS a i g
化铝 陶瓷 的 纯 度 和 致 密 度 远 远 高 于普 通 的 9 氧 5 化 铝 陶瓷 , 本 不 含 玻 璃 相 , 们 的金 属 化 机 理 不 基 它
同 ,5 氧化铝 陶瓷 成 熟 的 金 属 化 工 艺 未 必适 用 于 9 透 明氧 化铝 陶瓷 。 因此 , 针对 透 明 氧化 铝 陶瓷 的金 属 化需 要 开展 相应 的工 艺 实验 。
透 明氧 化 铝 是 一 种 纯 度 ( 9 . ) > 9 5 和致 密 度
空气 密 、 热 冲击 特性 进 行 了考核 。 抗
( 9 . ) > 9 5 都很 高 的多 晶氧 化 铝 陶瓷 材 料 口 , 最 ]其
大特 点是 对 可见 光 和 红 外 光 具 有 良好 的 透过 性 , 最
1 实 验 过 程
1 1 实 验 所 用 材 料 .
早 由美 国通 用 电气 公 司 研 究 成 功 , 用 于 高 压 钠 灯 并
的灯 管 ] 。高 的纯度 和高 的致 密 度 赋 予 了透 明氧
化铝 陶瓷一 系列 优 异 的性 能 , : 的介 电损 耗 ( 如 低 <
2 4 1 ) 高 的 热 导 率 、 机 械 强 度 ( 达 3 0 .× 0 、 高 可 5
氧化铝陶瓷的制备及其微观结构研究
氧化铝陶瓷的制备及其微观结构研究氧化铝陶瓷是一种种类非常广泛的陶瓷材料,其在工业、生活和科研领域都有着广泛应用。
本文将从氧化铝陶瓷的制备入手,探讨其微观结构以及研究现状。
一、氧化铝陶瓷的制备氧化铝陶瓷可以通过多种方法制备,其中最常见的是烧结法。
该方法是将氧化铝粉末与一定量的添加剂混合后,加入适量的有机粘结剂,成型后进行烘干,再经过高温烧结而制得。
此外,还有常压干燥成型法、等离子喷雾法和热压缩成型法等常见制备方法。
在制备过程中,添加剂对氧化铝陶瓷的性能有着重要的影响。
例如,二氧化硅、钙钛矿和氧化锆等添加剂可以提高氧化铝陶瓷的强度和硬度;钇和铈等稀土元素则可以改善其耐高温性能和化学稳定性。
此外,加入碳微粉、碳化硅或碳化硼等还可以提高氧化铝陶瓷的热导率等特性。
二、氧化铝陶瓷的微观结构氧化铝陶瓷具有非常丰富的微观结构,其中最常见的是晶粒和孔隙。
其晶粒大小范围从几纳米到数微米不等,而孔隙则可以分为宏孔、中孔和微孔三种类型。
其中,宏孔是指孔径大于100纳米的孔隙,中孔的孔径在2-50纳米之间,而微孔的孔径小于2纳米。
此外,在氧化铝陶瓷中还存在一些重要的微观结构,如晶界、颗粒界面和内部脆性缺陷等。
晶界是晶粒之间的界面,其中存在大量缺陷位错,会对氧化铝的力学性能有着重要的影响。
颗粒界面是由于颗粒之间聚集而形成的界面,其存在会影响氧化铝陶瓷的致密性和均匀性。
内部脆性缺陷包括裂纹、铸造缺陷和孪晶等,会弱化氧化铝陶瓷的力学性能和耐腐蚀性。
三、氧化铝陶瓷的研究现状目前,国内外学者们对氧化铝陶瓷的研究领域主要包括以下几个方面。
首先是陶瓷材料的稳定性和可靠性。
研究者们通过研究氧化铝陶瓷的微观结构、缺陷机制和加工成型方法等,探究其稳定性和可靠性。
例如,美国科罗拉多大学的研究人员说明,加入少量的氧化铟和氧化钇可以显著改进氧化铝陶瓷材料的稳定性和耐久性。
其次是制备方法和工艺研究。
科学家们对氧化铝陶瓷的制备方法进行研究,探索最优的制备工艺,寻找制备氧化铝陶瓷的新方法和新技术。
透明氧化铝陶瓷知识讲解
透明氧化铝陶瓷可以用来制作高发光效率的高压钠灯的 发光管,另外,利用其透光性也被用作高温下检测红外 线的窗口材料,单晶氧化铝的蓝宝石、含有Cr2O3的Al2O3 单晶的红宝石,它可作为固体激光器的振荡元件材料。
上图为透明氧化铝陶瓷质的高压钠发光管
普通陶瓷不是透明的,那么是怎样实现陶瓷的透明 化的?
透明氧化铝陶瓷的发展前景
透明氧化铝陶瓷集透光性与其自身材料的特性于一身的优 异吸引起了人们极大的兴趣,研究其新的应用领域也就成 了一个新兴的课题,从最初的窗口材料到透明薄膜,集成 电路基片,高温耐腐蚀材料,透明氧化铝陶瓷的应用范围 在不断地扩大,对其新功能的研究也在不断地发展。目前 优异性能的透明陶瓷, 用它来取代单晶成为下一代优秀 的激光器工作物质。并不断地完善现有的制造透明陶瓷的 工艺, 做出掺杂浓度更高, 尺寸更大的透明陶瓷.
b喷雾热解法
喷雾热解法简称SP法, 又称喷雾焙烧法或溶液蒸发分 解法, 其特点是采用液相物质为前驱体,通过喷雾热解 过程直接得到最终产物,不需过滤、洗涤、干燥、烧结 等过程。因此, 产品纯度高、分散性好、粒度均匀可控, 尤其适合于制备多组分复合超细纳米粉体, 但存在原料 成本高、能耗大等问题。
2成型技术
谢谢大家!
制备较高透光率的陶瓷的最大条件就是最大限度的降低气孔率,特别 是显气孔率。这也是透明氧化铝陶瓷致密度通常要大于99.9%的原因。
除了气孔率之外,气孔的直径对透明氧化铝陶瓷的透光性也有很大 的影响。
上图为气孔率为0.1%时Al2O3透明陶瓷线 性透过率与气孔直径的关系。
b晶界结构
c陶瓷晶粒尺寸
透明氧化铝陶瓷的透光率取决于陶瓷多晶体的晶粒尺寸, 当入射光波长等于晶粒尺寸时,光的散射效应最大,透 光率最低。固提高透明氧化铝陶瓷的透光率,应将陶瓷 的晶粒尺寸控制在入射光的波长范围之外。
多晶透明氧化铝陶瓷材料的研究与制备
多晶透明氧化铝陶瓷材料的研究与制备多晶透明氧化铝陶瓷材料是一种具有高透明度、高硬度、高化学稳定
性和高抗磨损性的陶瓷材料。
其应用广泛,如光学、电子、照明等领域。
制备多晶透明氧化铝陶瓷材料涉及到烧结技术、化学合成技术、凝胶
注模成型技术等。
其中,烧结是制备多晶透明氧化铝陶瓷材料的核心技术。
常用的烧结方法有常压烧结和高压烧结两种。
高压烧结能够获得具有更高
透明度和更高强度的多晶透明氧化铝陶瓷材料。
化学合成技术是制备多晶透明氧化铝陶瓷材料的一种新方法。
该方法
通过控制反应条件和化学成分,能够制备出具有比较均匀细小的颗粒尺寸
的多晶透明氧化铝陶瓷材料。
凝胶注模成型技术是制备多晶透明氧化铝陶瓷材料的另一种新方法。
该方法可制备成型较复杂的器件,并能够制备出具有较高透明度和较高均
匀性的多晶透明氧化铝陶瓷材料。
总之,制备多晶透明氧化铝陶瓷材料是一项重要的研究领域,其制备
技术的改进和发展将有助于陶瓷材料应用领域的发展。
氧化铝陶瓷制备技术研究
氧化铝陶瓷制备技术研究
1引言
氧化铝陶瓷(Al2O3Ceramic)是一种具有良好光学性能、耐高温性、强度高、质轻且极易加工的陶瓷材料,它可以实现质量上厘、周期超短的高效制造,被广泛应用于医疗、航天、电子等领域。
目前,越来越多的企业和研发机构正力求寻求一种能够快速、有效的制备氧化铝陶瓷的方法和技术,以满足不同领域对于陶瓷材料的大量产业需求。
2熔法
熔法是目前比较常用的一种氧化铝陶瓷制备技术,它的基本原理是在溶解期间形成氧化铝溶胶,再经过一系列的烧结工艺,将氧化铝溶胶最终转换为氧化铝陶瓷。
它具有材料成本低、生产效率高、细致精密等优势,被广泛用于制备各种表面光洁度高、口径精密度高的氧化铝陶瓷产品。
3压辊钻孔
压辊钻孔一种特殊的氧化铝陶瓷制备技术,它是通过将陶瓷半成品/原料经由定形、滚压、表面处理等工序,最终形成相关氧化铝陶瓷零件。
这种制备技术的优势在于尺寸精度高,表面光洁度高,装配安全牢靠,能够有效满足客户对于氧化铝陶瓷零件规格尺寸大小精度要求。
4热压法
热压法是指通过把原料进行一系列的混合和加工,用一定的压力将其压型成型而形成氧化铝陶瓷的一种制备技术。
热压法的优势在于它具有快速、有效的生产,以及对于不同表面光洁度要求更加严格的装配要求,能够满足客户对于该类陶瓷材料的多种要求。
5总结
以上就是关于氧化铝陶瓷制备技术的详细介绍,它们各有优势且用途广泛,分别适用于各种表面光洁度高、口径精密度高和复杂制造等质量要求更高的氧化铝陶瓷制备。
氧化铝陶瓷的制备技术正在不断发展,其真正的潜力和作用仍有待发掘,未来仍有很多的可能性及挑战。
提高氧化铝透明陶瓷的透明度
又称半透明氧化铝陶瓷或透明多晶氧化铝陶瓷主晶相1. 概述透明陶瓷特性:耐高温耐腐蚀高绝缘高强度透明一般陶瓷—气孔、杂质、晶界、结构↓对光反射损失+吸收损失↓光学不透明2.透光模型表面反射光↑入射光→陶瓷材料→透射光↓内部吸收光 + 散射光↑↑晶体本身+杂质外表+内散射中心↓杂质+微气孔+晶粒直径↓散射量最大←入射光波长=晶粒直径3.陶瓷透光的基本条件1)致密度>理论密度的99.5%2)晶界无空隙或空隙大小<<入射光波长3)晶界无杂质及玻璃相,或其与微晶体的光学性质相似4)晶粒较小且均匀,其中无空隙5)晶体对入射光的选择吸收很小6)晶体无光学异向性(立方晶系)7)表面光洁4.工艺原理(1)控制以体积扩散为烧结机制的晶粒长大过程晶粒过快生长—晶界裂缝,封闭气孔晶粒生长速度 > 气孔移动速度—包裹于晶体内的气孔更不易排出加入适量MgO(0.1-0.5%) →透明Al2O3陶瓷↓1)MgAl2O4晶界析出,阻止晶界过快迁移2)MgO较易挥发,防止形成封闭气孔↓限制晶粒过快生长—微晶结构透明Al2O3陶瓷(2)控制气孔平均尺寸烧结透明Al2O3陶瓷:晶粒~25μm,大小均匀气孔半径0.5-1.0μm气孔率0.1%热压烧结Al2O3陶瓷:晶粒1-2μm,大小不均气孔半径~0.1μm对可见光散射效应强在可见光区透光率:烧结瓷 >热压瓷(3)其他因素:原料纯度、细度,成型方法,烧结气氛等氢气或真空中烧结,透光率高5.工艺方法1)配料主料:高纯Al2O3(>99.9%) —硫酸铝铵热解法Al2(NH4)2(SO4)4∙24H2O~200℃ → Al2 (SO4)3∙(NH4)2SO4∙H2O + 23 H2O↑500~600 ℃→ Al2 (SO4)3+ 2NH3↑+SO3↑ + 2 H2O↑800~900 ℃ →γ-Al2O3+ 3 SO3↑~1300 ℃/1.0~1.5h →α-Al2O 3(少量γ-Al2O3提高活性,促进烧结)改性料:MgO 以Mg(NO3)2加入,共同热分解—分布均匀,活性较大的MgO2)成型和烧结:a)常温注浆或等静压成型,高温烧结浆料pH=3.5,流动性较好坯体理论密度 > 理论密度的85%氢气或真空下烧结,T=1700-1900℃b)二次烧结法将含有MgO (0.5%)的 Al2O3粉成型1000-1700℃ 氧化气氛,t=1.0h氢气或真空下烧结,T=1700-1950℃c)热等静压烧结透明陶瓷的制备工艺透明陶瓷的制备过程包括制粉、成型、烧结及机械加工的过程。
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33烧结工艺 .
要得到致密的、 气孔率低的透明陶瓷, 必须采用不同于普通陶瓷的特殊烧结工艺。 采 用最常用的是常压烧结, 这种方法生产成本低, 是最普通的烧结方法。透明氧化铝陶瓷 的 烧成温度较高, 一般在 15" 15" 70C 80C左右, - 并且须要在氢气或真空条件下烧成” 于真 由 空炉一般为间断操作, 不能连续生产, 都采用氢气氛烧成“ 所以 氢的原子半径小, 扩散速度 快, 气孔容易从坯体中排除而形成高透明体陶瓷” 透明陶瓷的烧结方法多种多样,除此之
其中:a 为线收缩系数;i Sm为散射系数; p为折射在不连续界面上( S o 如晶界,晶界层 等) 的散射系数” 从式( 可知, 2 ) 要获得高的透光率, 必须使。 SmSp各个系数尽可能小或 ,i, o 趋于零“ 因此, 透明陶瓷应该没有或尽量减少象气孔和晶界等这样的吸收中心和散射中心, 同时还应是单相的,由均质晶体组成, 并具有较高的光洁度“ 所以陶瓷的晶界组织结构和残 余气孔是影响透明的主要因素“ 大量研究表明: 原料组成,制粉方式,烧结条件,烧成气氛 等都影响陶瓷的致密度, 从而对陶瓷的透光性产生了较大的影响“ 。
外 们 采 不 特 烧 方 ,如 压 结 气 烧 、 波 结 P放 等 ,人 还 用 少 种 结 法 热 烧 、 氛 竿 微 烧 及S 电 离 S
子烧结技术。
4透明陶瓷的发展趋势
其新的应用领域也就成了一个新兴的课题, 从最初的窗口 材料到透明薄膜,集成电路基片, 高温耐腐蚀材料, 透明陶瓷的应用范围在不断地扩大, 对其新功能的研究也在不断地发展” 目 前的工作是制备出更具有优异性能的透明陶瓷, 用它来取代单晶成为下一代优秀的激 光器工作物质。并不断地完善现有的制造透明陶瓷的工艺, 做出掺杂浓度更高, 尺寸更 大的透明陶瓷, 并设计更好的大功率抽运系统, 提高最大输出功率和转换效率。
近年来得到广泛重视和研究,本文重点介绍了透明陶瓷以及制备中出现的方法和工艺及发
展趋势。 关键词:氧化铝透明陶瓷,制备,应用
1前 言
自 15 97年科学家首次成功地制备了透明氧化铝陶瓷 Lclxl以来, 透明陶瓷经 uao [ 〕 过几十年的发展, 到目 前己经研 制出几十种透明陶瓷。在一些特殊领域又非陶瓷莫属“ 在陶瓷领域中, 透明氧化铝陶瓷是佼佼者, 其性能,价格比适中, 应用领域广泛, 做熔制 可以 特种玻璃的柑祸,红外检测窗材料, 制造高压钠灯管,电子工业中的集成电路基片,高频
了 . . 、
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式中: 二 +i+o, 0 a mSp反射率很小时可忽略多次反射, S 则式( 可表示为: 1 )
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ea0 -t e 1
I t1r e [ (+ i+ o) =o ) - a S S t ( 2 2 一 x p m p]
和自 蔓延法等【] 2。以下对几种新的粉体制备方法作一简单的介绍。 3 11激光法 .. 激光法具有温度高 ( 00 ) 加热冷却速率快 ( 00 S, 反应时间短等特点, )100 , C ^16C ) / 制备的粉体具有粒径小、粒度分布窄、纯度高等一系列优点【,1因而成为纳米粉体制备 34, 的一种重要方法。制备纳米粉体的激光源有连续激光和脉冲激光。纳米粉体的制备方法可 分为两种,一种是激光诱导化学气相沉积法 (IV LCD法) 另一种是蒸发 / , 冷凝法 。微 波等离子体化学法合成纳米粉末与其它方法相比, 往往有产品质量更好的优点, 即纯度
更高、粒度可控、粒径分布更窄、无硬团聚等。
312自 . 蔓延高温合成 (H) . 法 SS ! 自 蔓延高温合成法 (H ) 制备粉料优于传统的方法, 1 SS 其优点在于【] 1纯度高, 5:( )
S 法过个 温程 多质其有物高下发 粉 表的化 I 经 一 高 过 ,许 杂 尤 是 机 在 温 挥 ,而 料 面 氧 膜 T S
也被还原;( 活性大, SS法反应迅速, 合成过程中温度梯度大, 产品中有可能出现 2 ) I I 缺陷集中相和亚稳相, 产物的活性大大提高, 易于进一步烧结致密化。 3 13 . 喷雾热解法 . 喷雾热解法简称 S P法 ( ryyoys, 又称喷雾焙烧法或溶液蒸发分解法, 其 s aprli) p 特点是采用液相物质为前驱体, 通过喷雾热解过程直接得到最终产物, 不需过滤、 洗涤、 干燥、烧结等过程。因 此, 产品纯度高、分散性好、粒度均匀可控, 尤其适合于制备多 组分复合超细纳米粉体, 但存在原料成本高、能耗大等问 6. 题「1 32 . 成型技术 透明氧化铝陶瓷的主要成形方法为: 等静压法, 注浆法, 热压注法, 挤制法, 压延法等 “ 。以下简要介绍注浆,热压注,等静压成形法。 32 1 .. 注浆成形法 注浆法是一种古老的成形方法, 它可以制备形状复杂的制品, 工艺容易控制, 但生产效 率低, 劳动强度大” 透明氧化铝陶瓷的坯体密度低于理论密度 8% 5时则很难得到透明氧化铝
制品”
322热压注成形方法 .. 热压注成形的基本原理是: 化铝瓷料同加有表面活性
剂油
323等静压成形法 .. 等静压成形法的基本原理是: 将透明氧化铝陶瓷粉料装进具有弹性的模具内密封, 然后 把模具连同粉料一起放在具有气体和液体的高压容器内” 封闭后, 用泵对液体和气体进行 加压, 通过液体或气体能均匀传递压力的特点, 弹性模具就受到均匀的压力并传递给粉料, 使粉料被压成为与模型相象的压实物, 但其尺寸要有一定减小, 受压完毕后, 慢慢减压, 然 后从模具中取出坯体“ 等静压成形法得到的坯体具有较高的生坯密度, 坯体一致性好, 产品
Ihns NNw rmc19 ()9 cio e e C a i, 2 :5 . e 9 5 []. annea. m Crm Sc,18,57,2 3WRCno, lJA. a. . 926 ( 34 . t . e o ) []. ieJA. a. , 66 ()1 3 4GWRc. mCrmSc18, 8 : 8 . . e o 9 9
绝缘材料,高温耐腐蚀材料等” 本文就透明陶瓷粉体最新制备方法和陶瓷 。 烧结最新研究 进展, 发展方向 做一简要综述。 一
2影响陶瓷透明 性的因 素
{
当光通过某一介质时, 由于介质的吸收, 散射和折射等效应而使其强度衰减, 对于透明 陶瓷而言, 这种衰减除了与材料的化学组成有关外, 主要是取决于材料的显微组织结构“ 若 入射光的强度为 1 试样的厚度为 t试样的反射率为 r则透过试样的光强度 I 0 , , , 为:
透明氧化铝陶瓷的研究进展 周泽华
‘ 左西科友顺君笋朦红西誉 穷澎清面工皮氢点 珊室 301) 英 303
摘 要:由 于氧化铝 陶瓷 优异i 它有可能 替 透明 具有 t 能, 成为 代单晶的 代光学 新一 材料。
3 透明陶瓷的制备工艺
31粉体制备 . 透明陶瓷的制备从基本的工艺上看与普通陶瓷的制备并没有太大的区别,但是从具体 的技术上看, 二者有着明显的不同, 前者比后者对工艺上的要求要严格得多。因此,粉 体的制备工艺成为决定陶瓷透明性的重要因素。传统的粉料制备方法主要有固相反应法、
化学沉淀法、溶胶一凝胶法以 及不发生化学反应的 一凝聚法 (V) 蒸发 PD 和气相化学反应 法。除此之外, 新的陶瓷制粉工艺也不断的涌现出来, 如激光等离子体法、喷雾干燥法
[〕 5刘军芳,傅正义等。 陶瓷学 报, 022( : 9 20,34 2 )4 [」 6 邓祥义,向兰,金涌。现代化工,20,2l:0 022 ( 2 ) [」 7吉亚明, 蒋 宇 . 机 料 报 2 4 9 2 41 丹 等 无 材 学 ,0 , 0:5 01 7
[] auaR,aaaN,si,. . p lPy. 8Nkmr, Ymd, IhiMJnJAp.hs, a . . p .
从工艺 和掺杂技术上提高 光输出、 抑止余辉[ ,以 1 8 及将陶瓷闪 1 烁体扩展到工业XC , , -TPT E
安全检查、高能物理等应用领域也是目前的研究任务。
参考文献
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透 陶 集 光 与 自 材 的 性 一 的 异 引 了 们 大 兴 ,究 瓷 透 性 其 身 料 特 于 身 优 ' 起 人 极 的 趣研 明 N
在闪 领域[,对于一些新型的医 烁体,单晶制备困 烁陶瓷 7 ] 用闪 难,发展多晶闪 烁体
以代替单晶是目前重要的研究方向。目前陶瓷闪烁体还处于试验阶段, 弄清其发光机理
19 , 8 6 2 - 9 5 9 9 3 :9 3 6 2