氧化铝陶瓷的烧结动力学研究
高温氧化铝陶瓷制备工艺与性能研究
高温氧化铝陶瓷制备工艺与性能研究高温氧化铝陶瓷是一种常见的耐火材料，其优异的高温稳定性和耐腐蚀性使其在许多领域有广泛应用。
本文旨在探讨高温氧化铝陶瓷的制备工艺和性能研究。
一、高温氧化铝陶瓷的制备工艺高温氧化铝陶瓷的制备工艺包括原料处理、成型、烧结等多个环节。
其中原料处理是关键的一步，它直接影响到最终制品的物理和化学性能。
通常采用Al(OH)3为原料，先进行脱水反应生成Al2O3，然后将Al2O3通过球磨机打成粉末，并进行筛分和精细篦分，以保证粉末的均匀性和细度。
成型包括浇铸成型、挤压成型、注塑成型等多种方式，不同的成型方式对最终制品的物理和化学性能也有影响。
烧结是最后的一步，高温氧化铝陶瓷的烧结温度通常在1600℃以上，烧结时间也根据制品尺寸等因素而有所不同。
二、高温氧化铝陶瓷的性能研究1.力学性能高温氧化铝陶瓷的力学性能是其重要的性能指标之一，包括强度、韧性、断裂韧性等。
强度主要受制品的成型方式和烧结工艺的影响，通常为200 MPa以上。
韧性和断裂韧性是反映高温氧化铝陶瓷抗裂纹扩展和断裂的重要指标，常用的测试方法包括断裂韧性试验、冲击韧性试验等。
2.电学性能高温氧化铝陶瓷的电学性能是其在一些特殊应用中的重要指标。
通常包括介电常数、介电损耗等。
介电常数是反映材料在电场中响应程度的重要指标，通常为8左右。
介电损耗是反映材料电导率大小的重要指标，通常为10-5以下。
3.热学性能高温氧化铝陶瓷的热学性能是其在高温环境下稳定性的重要指标。
常用的测试方法包括热膨胀系数、热导率等。
热膨胀系数是反映材料在温度变化时膨胀或收缩的程度，通常为7×10-6/℃左右。
热导率是反映材料导热性能的重要指标，通常为20 W/mK左右。
三、高温氧化铝陶瓷的应用领域高温氧化铝陶瓷广泛应用于冶金、电子、化工、航空等多个领域。
在冶金行业中，高温氧化铝陶瓷被广泛应用于高温电解槽、高温炉衬等领域。
在电子行业中，高温氧化铝陶瓷被广泛应用于电容器、防静电材料等领域。
氧化铝陶瓷的烧结
氧化铝陶瓷的烧结摘要：随着科学技术与制造技术日新月异的发展，氧化铝陶瓷在现代工业中得到了深入的发展和广泛的应用。
本文就氧化铝陶瓷的烧结展开论述。
主要涉及原料颗粒和烧结助剂两方面，以获得性能良好的陶瓷材料，对满足工业生产和社会需求有非常重要的意义。
关键词：氧化铝；原料颗粒；烧结助剂；1 引言在科学技术和物质文明高度发达的现代社会中，人类赖以制成各种工业产品的材料实在千差万别，但总体包括起来，无非金属、有机物及陶瓷三大类[1]。
氧化铝陶瓷是目前世界上生产量最大、应用面最广的陶瓷材料之一，具有机械强度高、电阻率高、电绝缘性好、硬度和熔点高、抗腐蚀性好、化学稳定性优良等性能，而且在一定条件下具有良好的光学性和离子导电性。
基于Al2O3陶瓷的一系列优良性能，其广泛应用于机械、电子电力、化工、医学、建筑以及其它的高科技领域[2]。
在氧化铝陶瓷的生产过程中, 无论是原料制备、成型、烧结还是冷加工, 每个环节都是不容忽视的。
目前氧化铝陶瓷制备主要采用烧结工艺[3]，坯体烧结后，制品的显微结构及其内在性能发生了根本的改变,很难通过其它办法进行补救。
因此，深入研究氧化铝陶瓷的烧结技术及影响因素，合理选择理想的烧结制度确保产品的性能、分析烧结机理、研究添加剂工作机理等对氧化铝陶瓷生产极有帮助，为氧化铝陶瓷的更广泛应用提供理论依据，为服务生产和社会需要非常重要。
2 氧化铝陶瓷简介Al2O3是新型陶瓷制品中使用最为广泛的原料之一，具有一系列优良的性能[4]。
Al2O3陶瓷通常以配料或瓷体中的Al2O3的含量来分类，目前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1μm~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。
普通型氧化铝陶瓷系Al2O3按含量不同分为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。
氧化铝陶瓷凝胶注模成型凝固动力学研究
第28卷 第3期2008年6月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o l 128,N o 13 June 2008氧化铝陶瓷凝胶注模成型凝固动力学研究仝建峰, 陈大明, 李宝伟, 黄 浩(北京航空材料研究院先进复合材料国防科技重点实验室,北京100095)摘要:凝胶注模成型(G e lcasti ng)是一种近净尺寸陶瓷成型工艺,它是通过高分子聚合物自由基聚合反应来实现陶瓷料浆的原位固化的。
通过建立料浆温度与凝固时间的曲线,来研究陶瓷料浆的凝固动力学,是简便可行的研究方法,结果表明:/驰豫时间0可以成功地描述陶瓷料浆的凝固过程。
在A l 2O 3陶瓷料浆G e l casti ng 成型工艺条件优化的基础上,制备出了气孔分布均匀的A l 2O 3坯体。
关键词:中图分类号:0648 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2008)03-0049-04收稿日期:2007-04-29;修订日期:2007-11-08作者简介:仝建峰(1970)),男,博士,高级工程师。
20世纪90年代初美国橡树岭国家实验室的M ar k A.Janny 和O.Om attete 教授发明了凝胶注模成型方法[1~6]。
这是一种新颖的陶瓷近净尺寸成型技术。
凝胶注模分为水溶液凝胶注模和非水溶液凝胶注模。
前者是一种可望普遍推广的成型方式,后者主要适用于那些与水发生化学反应的系统。
在陶瓷料浆的凝胶注模成型工艺中,料浆的凝固动力学是一个十分重要的研究课题。
目前,已经有人研究了不同陶瓷体系DCC 成型时料将的凝固动力学,通常是通过凝固过程中料浆的粘度或pH 值随凝固时间的变化来研究的[7,8]。
司文捷等[9,10]首先在溶液中引入不同量的(NH 4)2CO 3电解质,建立溶液中的[NH +4]与溶液电导率之间的标准校正曲线,从而通过料浆电导率的测量得出相应的[NH +4],并建立[NH +4]随凝固时间的变化关系,然后依据料浆粘度随[NH +4]升高而升高的特性来研究料浆的凝固动力学。
Al2O3陶瓷制品烧结工艺的影响因素探讨
Al2O3陶瓷制品烧结工艺的影响因素探讨作者：周益平来源：《江苏陶瓷》2015年第02期摘要阐述了Al2O3制品的烧结机理，分析了烧成气氛，添加剂对Al2O3制品烧结的影响，探讨理想的升温制度、保温时间。
关键词氧化铝陶瓷制品；烧结机理；影响因素；烧成制度0 前言工业特种陶瓷中， Al2O3制品以其优良的耐酸碱性、耐磨性、耐电性、机械强度高等，在化工磷复肥和有色金属行业以及其他行业得到了广泛的应用。
在氧化铝陶瓷生产过程中，坯体烧结后的制品显微结构及其内在性能会发生根本变化，也很难通过其他途径补救。
所以研究氧化铝陶瓷的烧结工艺，选择合理的烧成制度，确保氧化铝陶瓷制品的性能和产品质量是十分必要的。
本文对烧结机理、影响烧结性能的因素、添加烧结助剂进行了探讨。
1 烧结机理和影响烧结性能的因素1.1烧结机理烧结是坯体由于温度变化发生的物理化学反应，得到了致密、坚硬的陶瓷制品的过程。
其物理化学变化包括坯体中残余拌料水分的排除、物料中化合物结合水和有机物分解的排除、氧化铝同质异晶的晶型转变以及固态物质颗粒间的固相反应等。
固相反应在氧化铝陶瓷的烧结技术中占有重要的位置，它是通过物质质点的迁移扩散作用进行的，随着温度的升高，晶体的热缺陷不断增加，质点的迁移扩散由内扩散形式到外扩散，从而发生反应产生新的物质。
1.2影响Al2O3陶瓷烧结的因素较多，主要表现如下：1.2.1晶体的结构化学键强的化合物（晶体）具有较高的晶格能量，晶格结构牢固，即使在较高温度下，质点的振动迁移也较弱，只有在接近熔点温度时，才会产生显著的物理化学反应。
所以，由这类化合物组成的坯体不易烧结。
而由微细晶体组成的多晶体相比于单晶体而言，由于前者内部晶界面很多，而晶界是缺位缺陷相对集中和易消除的地方，也是原子和离子扩散迁移的快速通道，所以远比后者易于烧结。
1.2.2物料的分散度物料分散度越高，表面能就越高，所以具有促进迁移扩散的强大作用，有利于烧结。
氧化铝陶瓷板烧结致密过程原理
氧化铝陶瓷板烧结致密过程原理氧化铝陶瓷板烧结致密过程，听起来是不是有点高大上？其实说白了，就是在高温下把一种叫做氧化铝的粉末，通过一系列巧妙的工艺变成坚硬的陶瓷板。
而这个过程，仿佛是给氧化铝做了一次“蒸馏”或者“炼金”，就像铁匠打铁那样，通过加热、加压，把氧化铝变成坚不可摧的材料。
接下来我们就来聊聊这个神奇的烧结过程。
得知道氧化铝是什么东西。
其实它是铝的一种化合物，常见的就是我们吃的“铝箔”或者一些陶瓷材料。
它坚硬、耐磨、耐高温，简直是陶瓷界的“硬核”选手。
想想看，一块小小的氧化铝陶瓷板，能够承受多高的温度，简直比我每天对着电脑屏幕的耐性还要强得多。
不过，这些特性可不是一开始就有的，而是通过烧结这一过程，慢慢培养出来的。
那烧结到底是什么？烧结就是一个加热过程，把粉末状的材料加热到一定温度，使它们之间发生“亲密接触”，然后逐渐变得紧密、牢固。
简单来说，就是让那些分散的粉末变成一个整体，变得像块坚硬的石头。
就像一群散乱的小伙伴，经过一番组织训练，最后变成了一个紧密团结的团队，一起朝着目标前进。
不过，这个烧结过程可不是说加热就好，温度得掌握得刚刚好。
如果温度太低，粉末之间就不容易粘在一起；如果温度太高，反而会让材料变得过于松散，甚至会熔化，做出来的陶瓷板就一无是处了。
烧结的温度就像是人做事的状态，要在适当的温度下保持最佳状态，才能“烧”出一块完美的陶瓷。
有没有觉得这个过程有点像是做菜？比如你做一个汤，火候太大会烧糊，火候太小又煮不熟，必须掌握好那个“中火”，才能让食材充分融合，味道才会更好。
氧化铝陶瓷板的烧结过程也是如此，它需要在一个精准的温度范围内进行，才能让陶瓷板既密实又坚硬。
这烧结过程的另一关键是“致密化”，也就是让氧化铝的颗粒尽可能地紧密排列在一起。
这一步，实际上就像是在拼图一样，每一片小小的氧化铝颗粒都要找到自己最合适的位置，一旦“拼对了”，整个陶瓷板的性能就能得到最大化的提升。
你可以想象，那些氧化铝颗粒像小小的石块，一颗颗努力往一起凑，最后形成一个坚实的整体。
氧化铝陶瓷烧结动力学
如图2所示，假定颗粒是圆的，温度升高，颗粒界面相互融合，形成勃颈并不断扩大，颗粒径距缩短，气孔变小并逐渐排除，晶粒长大，体积收缩，最后形成致密体。从以上的分析可以看出，固相反应的关键是迁移，提高质点的迁移速度和效率，就能有效地促进烧结和致密过程；反之，就起阻碍作用。
3.2
3.2.1
氧化铝陶瓷烧结动力学
学号：************姓名：赵现堂
1.
氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷。因为其三大优越的性能：第一，硬度大。经中科院上海硅酸盐研究所测定，其洛氏硬度为HRA80-90，硬度仅次于金刚石，远远超过耐磨钢和不锈钢的耐磨性能；第二，耐磨性能极好。经中南大学粉末冶金研究所测定，其耐磨性相当于锰钢的266倍，高铬铸铁的171.5倍。根据某公司跟踪调查，在同等工况下，可至少延长设备使用寿命十倍以上；第三，重量轻。其密度为3.5g/cm3，仅为钢铁的一半，可大大减轻设备负荷。所以，在现代社会氧化铝陶瓷的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。氧化铝陶瓷由于强度高、耐高温、绝缘性好、耐腐蚀,其中氧化铝陶瓷以其优良的特性如耐酸碱性、耐磨性、耐电性、机械强度高等,在工业化生产中得到了广泛的应用。
深入研究氧化铝陶瓷的生产技术及其发展,服务于生产和社会需要就显得相当重要。在氧化的。坯体烧结后,制品的显微结构及其内在性能发生了根本的改变,很难通过其它办法进行补救。因此,深入研究氧化铝陶瓷的烧结技术及影响因素，合理选择理想的烧结制度确保产品的性能、分析烧结机理、研究添加剂工作机理等对氧化铝陶瓷生产极有帮助，为氧化铝陶瓷的更广泛应用提供理论依据。
2
注浆成型是氧化铝陶瓷使用最早的成型方法。由于采用石膏模、成本低且易于成型大尺寸、外形复杂的部件。注浆成型的关键是氧化铝浆料的制备。通常以水为熔剂介质，再加入解胶剂与粘结剂，充分研磨之后排气，然后倒注入石膏模内。由于石膏模毛细管对水分的吸附，浆料遂固化在模内。空心注浆时，在模壁吸附浆料达要求厚度时，还需将多余浆料倒出。为减少坯体收缩量、应尽量使用高浓度浆料。
液相烧结氧化铝陶瓷及其烧结动力学分析
第３４卷第６期２００６年６月硅酸盐学报ＪＯＵＲＮＡＬ０ＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＣＥＲＡＭＩＣＳＯＣＩＥＴＹ液相烧结氧化铝陶瓷及其烧结动力学分析刘于昌，黄晓巍（福州大学材料科学与工程学院，福州３５０００２）Ｖｂｌ．３４，Ｎｏ．６Ｊｕｎｅ，２００６摘要：研究了ｃｕＯ＋Ｔｉ０２复相添加剂对Ａ１２０，陶瓷烧结性能、显微结构的影响以及添加剂形成液相时Ａｌ：Ｏ，陶瓷的烧结动力学。
结果显示：添加剂的加入明显地促进了Ａ１２０３陶瓷的烧结致密度。
添加剂含量对致密有明显影响，含量越高，烧结速率越快。
当添加剂（ｃｕｏ＋Ｔｉｏ：）为２％（质量分数），ｃｕｏ，ｎ０２质量比为１／２时，Ａ１２０３样品致密度最高。
添加剂的存在使Ａ１２０３晶粒发生较快生长，晶粒形貌为等轴状。
通过等温烧结动力学，确定掺杂Ａ１２０３陶瓷烧结激活能为２５．２ｋＪ／ｍｏｌ，表明可能是氧离子和铝离子在液相中的扩散作用控制了烧结过程。
关键词：氧化铝：液相烧结；烧结性能；中图分类号：ＴＱｌ７４文献标识码：Ａ显微结构；烧结动力学文章编号：０４５扯５６４８（２００６）０６＿０６４７—０５ＬＩＱＵＩＤ－ＰＨＡＳＥ－ＳＩＮＴＥＲＩＮＧｏＦＡＬＵＭＩＮＡＣＥＲＡＭＩＣＳＡＮＤＳＩＮＴＥＲＩＮＧＫＩＮＥＴＩＣＡＮＡＬＹＳＩＳ上ＪＵ】锄ｃ矗口，ｚ凸Ｈ己ⅫＧＸｆ以Ｄｗ已ｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔ耐ａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｄｎｇ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０００２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：７１１ｌｅｅｆ琵ｃｔｏｆｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆＣｕ０ａＩｌｄＴｉ０，ｏｎｍｅｓｉＩｌｔｅｄｎｇａｎｄｍｉｃｍｓⅡｕｃｍｒｅｏｆａｌｕｍｉＩｌａｃｅｒａｍｊｃｓｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．ＴｈｅｓｉＩｌｔｅｍｇｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆａｌｕｍｉｎａｗａｓａｌｓｏｓｔｌｌｄｉｅｄｉｎｍｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆｈｑｕｉｄｐｈａｓｅｆ（恤ｅｄｂｖＣｕ０ａｎｄＴｉ０，．ｎｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｓｉｎｔｃｄｎ２ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆａｌｕｍｉｎａｃｅ枷ｃｉｓｇｒｅａｃｌＶｅｎｈａｎｃｅｄｂｖｍｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆＣｕ０ａｎｄＴｉ０，．ＴｈｅｓｉＩｌｔｅｒｉｎｇｒａｔｅｏｆａｌｕｍｉｎａｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｌｌｔｔｌｅｉＩｌｃｒｅａｓｅｏｆ血ｅａｄｄｉｔｉｖｅｃｏＩｌｔｅｎｔ．Ｔｈｅｄｅｎｓｉｔｖｏｆａｌｕｍｉｎａｃｅｒ刹ｃ“粼ｈｅｓａｍａｘｉｎｌｕｍｗｈｅｎｍｅｃｏｎｔｅｍｏｆａｄｄｍｖｅｓＣｕｏ＋Ｔｉｏ，ｉｓ２％（ｉＩｌｍａｓｓ）ａｎｄｍｅｍａｓｓｒａｄｏｏｆＣｕＯａＩｌｄＴｉＯ，ｉｓｌ，２．ＴｈｅｇｍｉｎｇｒｏｗｍｏｆａｌｕＩｌｌｉｎａｉｓｐｒｏｍｏｔ甜ｂｖｍｅａｄｄｉｔｉｖｅｓ，ａＩｌｄｍｅｓｈａｐｅｏｆｔｈｅ鲫ｉＩｌｓｉｓｅｑｕｉａｘｅｄｃｒｙｓｔａｌ．Ｔｈｅｓｉｍｅｒｉｎ２ａｃｔｉｖａｄｏｎｅｎｅｒｇｖｏｆａｌｕｍｉｎａｃｅ“ｌＩＩｌｉｃｓｉｓ２５．２Ｕ恤ｏｌｂｖｄｅｔｅｍｉｎｉｎｇａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｓｏｎ℃册ａｌｓｉＩｌｔｅｄｎｇｂｎｅｔｉｃｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｍａｔ山ｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓｐｏｓｓｉｂｌｙｃｏｎ廿ｏｌｌｅｄｂｙｔｈｅｄｉｆｈｓｉｏｎｏｆＡｌ计ａｎｄ０，ｉｎｍｅｌｉｑｕｉｄｐｈａｓｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎａ；ｌｉｑｕｉｄ—ｐｈａｓｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ｓｉｎｔｅｄｎｇｐｍｐｅｒｔｙ；ｍｉｃｒｏｓｍＪｃｔｕｒｅ；ｓｉｎｔ舐ｎｇｋｉｎｅｔｉｃｓ添加剂通过２种作用方式促进Ａ１２０３陶瓷的烧结：第１，与Ａ１２０３基体形成固溶体，通过增加Ａ１２０３的晶格畸变，使扩散速率变大，从而促进烧结。
Al2O3晶须强化细晶氧化铝陶瓷的放电等离子烧结研究
Al2O3晶须强化细晶氧化铝陶瓷的放电等离子烧结研究摘要:通过放电等离子烧结(SPS)对Al2O3晶须增强氧化铝陶瓷致密化方法的研究,以获得细晶微观结构为目的,研究了晶须的加入对其常温力学性能的影响。
从中发现添加晶须阻碍颗粒重排,显著地阻止了Al2O3的烧结行为。
此外由于晶须网状结构较强的刚性边界,使得氧化铝基质颗粒的内应力降低。
然而,在适宜的SPS环境下,当Al2O3晶须含量在3%~10%时能够获得几乎完全致密的细晶氧化铝陶瓷。
加入3%Al2O3晶须的氧化铝陶瓷硬度与纯氧化铝陶瓷(约26GPa)相当,它的断裂韧性(5.6MPa·m1/2)高于纯氧化铝陶瓷(4.2MPa·m1/2)。
研究结果表明,均匀分散的晶须和拔出晶须后的裂纹桥联被确认是主要的增韧机理。
关键词:氧化铝陶瓷复合材料;晶须;硬度;韧性;放电等离子烧结中图分类号:TQ174.758.22文献标识码:A文章编号:1673-7792(2018)03-0045-061前言氧化铝陶瓷作为结构陶瓷,由于它优良的化学稳定性、良好的力学性能、抗氧化性以及较低的生产成本等优点已经得到了极高的关注。
然而,其固有的低断裂韧性对于它的广泛应用是一个限制因素。
众所周知,通过先进的烧结技术能够改进微观结构,比如,放电等离子烧结(SPS)能够提高强度、硬度和一定程度的断裂韧性。
其他有效的方法是通过加入第二相来实现改进微观结构的目的。
有几种第二相,可以是颗粒或者是晶须/纤维,例如SiC颗粒-Al2O3、SiC晶须-Al2O3、TaC晶须-Al2O3、碳纳米管(CNT)-Al2O3、BN-Al2O3、金属-Al2O3,这些第二相添加物已经用于制备氧化铝基复合材料。
据报道,在氧化铝基质中加入SiC颗粒或SiC晶须,通过将纯氧化铝多晶中的晶间断裂模式转变为氧化铝基复合材料中的晶间-穿晶混合模式来提高硬度和断裂韧性。
此外,最新的研究表明,碳纳米管也是提高氧化铝陶瓷断裂韧性和屈服强度的有效添加剂,但硬度一般是降低的。
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。
氧化铝陶瓷干压坯体烧结探讨
精品课件！
精品课件！
求在3-5μm，颗粒变细则会出现蜡浆流动性变差，脱蜡时流蜡等现象。而氧化铝陶瓷
的成瓷温度与原料氧化铝粉体的细度有关，粉体越细，成瓷温度越低；粉体越粗，成
瓷温度越高[4]。陶瓷原料越细，不仅会降低成瓷温度，还会大幅度提高陶瓷的各种机
电性能。热压铸使用粉体细度3-5μm，所以成瓷温度偏高，陶瓷品质的提高受到了限
需要指出的是图1所示造粒粉TG/DTA曲线中水份、有机物的汽化主要发生在400℃之 前，此测试粉量只有，并以自由粉粒状态进行。而干压坯体则是少则数克，多则数千克， 并经高压压制成具有—3密度的各种形状的致密体。此例中的防弹片坯体密度为2.3 g/cm3。坯体中的水份、有机物的汽化受到了致密的坯体的封闭，气体的排出变得非常 困难。一般情况下，水份、有机物汽化要非常缓慢的进行，并要延迟至700-800℃之后 才可以完全结束。如果此间升温过快，坯体内部汽化速度加快，由于气体排出不畅，会 短时间出现坯内高气压，从而胀破坯体，即坯体开裂。
应高度关注干压坯体中水分和有机物的排除过程
造粒粉中水份和有机物的迅速汽化应该是干压坯体烧结出现各种问题的主要原因。 造粒粉中所含水份和有机物总量较少，虽然不需要像热压铸坯件一样需要专门的脱蜡工 艺过程，但是必须在烧结之前有一个彻底排除的过程。这个过程不是独立的，而是在烧 成的初始阶段完成的。如何把握好这个阶段的烧成制度避免种种由此引起的问题的发生 成了干压坯体成功烧成的关键。
多。同时瓷的品质性能达到了质的提升。
• 部分由于对干压坯体的烧结特性缺乏认识，部分由于长期形成的热压铸高 温烧结的习惯，部分由于产品和窑炉条件的限制，现在江浙一带我们经常接 到用户由于过烧使瓷的性能指标出现波动的报告。我们的建议是在条件具备 的情况下，干压坯件要单独窑炉烧成。这样可以制定更加合适的烧成制度。 在陶瓷品质提升的同时，生产线的高温窑炉降低50℃甚至更多时运行，会显 著延长钵具窑炉寿命。特别是能耗会降低30—40%，有良好的经济效益和环境 效益。在高度重视节能降耗的今天，这点尤为重要，尤其值得提倡。
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。
氧化铝陶瓷低温常压烧结
氧化铝陶瓷低温常压烧结张全贺051002131摘要：氧化铝陶瓷材料以其优良的性能及较低的制造成本，被广泛应用于国民经济各部门。
随着科学技术的发展，特别是电子、能源、空间技术、汽车工业的发展，对材料的要求越来越苛刻，因此对高纯氧化铝陶瓷尤其是更高纯度的高性能氧化铝陶瓷需求量大为增加。
本课题围绕制各A1203含量>99．8wt％的高纯氧化铝陶瓷进行研究，通过原科粉体预处理工艺、烧结助剂添加工艺、成型优化工艺，从而实现常压下低温烧结高纯高致密氧化铝陶瓷。
本课题中获得的低温烧结试样具有较好的显微结构和较高的机械性能。
原料粉预处理工艺是一种新的氧化铝粉体解团聚方法，具有工艺简单、成本消耗低、粉体处理效果显著的特点，对于粉体解团聚处理工艺的技术进步有一定的促进意义。
在烧结助剂的研究中，本课题MgO为基本考察助剂，Y203、La203、Nd20s、纳米A1203为复合添加助剂，通过相关的选择实验，研究了以上烧结助剂在14500C、1550。
(2、16500C对～203含I>99．8wt％的商纯氧化铝陶瓷的烧结体密度的作用规律。
这一研究的结果，为高纯氧化铝陶瓷的制各提供重要参考数据。
通过高纯超细氧化铝粉料的凝胶浇注成型工艺的研究，优化高纯超细氧化铝粉体的凝胶浇注成型参数，获得了高质量的凝胶浇注成型试样。
以获得的生坯为研究对象，通过对真空烧结工艺参数的分析和工艺试验，在150012温度下，实现了高纯氧化铝陶瓷的低温致密烧结；获得的高纯高致密氧化铝陶瓷密度可达3．979／cm3；烧结体平均晶粒尺寸3～4um；抗弯强度(三点)可达500MPa以上；表面显微硬度可达18．5GPa以上。
关键词：氧化铝陶瓷预处理凝胶成型低温烧结纯1 引言氧化铝陶瓷是指以高纯AI2O3粉末为主要原料，经各种陶瓷工艺制成的晶相晶粒尺寸小于6um并以刚玉为主晶相的氧化铝陶瓷材料，其具有高熔点、高硬度机械性能好、耐蚀、绝缘等优良特性刚玉是自然界中的一种极硬材料，莫氏硬度为9，仅次干金刚石。
Al2O3陶瓷低温烧结性能影响因素的研究进展
一般来说，Al2O3陶瓷的烧结温度越高，其烧结后的密度越高，硬度也越高， 但同时也会导致材料的韧性和抗弯强度下降。
2、烧结压力：
烧结压力也是影响Al2O3陶瓷低温烧结性能的重要因素之一。在一定压力下 进行烧结，可以促进陶瓷颗粒的致密化过程，提高材料的密度和硬度。但是，过 高的压力会导致陶瓷内部产生残余应力，降低材料的韧性和抗弯强度。因此，在 选择烧结压力时，应根据材料的性质和实际应陶瓷基复合材料制备技术与装备的研究与开 发，对于提升我国陶瓷产业的竞争力具有重要意义。
基本内容
摘要：本研究旨在探讨Al2O3基微纳复合陶瓷刀具材料的制备及其切削性能。 通过将Al2O3基陶瓷与纳米颗粒进行复合，制备出具有优异切削性能的刀具材料。 实验结果表明，该材料具有高硬度和良好的耐磨性能，在切削过程中表现出良好 的稳定性和切削力。本次演示将详细介绍Al2O3基微纳复合陶瓷刀具材料的制备 方法及其切削性能，并与其他常见刀具材料进行比较。
三、结果与讨论
1、成矿特性：随着Al2O3/SiO2比的增加，烧结矿的成矿率逐渐提高。这是 因为Al2O3可以提高烧结矿的熔点，使其在高炉冶炼中更容易形成矿相。此外， 较高的Al2O3含量也可以增加烧结矿的强度和稳定性。
2、冶金性能：在一定范围内，随着Al2O3/SiO2比的增加，烧结矿的冶金性 能有所提高。这主要是因为Al2O3可以改善烧结矿的还原性和熔融性，使其在高 炉冶炼中更容易被还原和熔融。但是，当Al2O3/SiO2比过高时，烧结矿的冶金性 能会降低，这可能是由于烧结矿的熔点过高，导致其在高炉中难以熔融。
二、原位增韧Al2O3陶瓷基复合 材料的制备
原位增韧Al2O3陶瓷基复合材料的制备过程主要包括以下几个步骤：原料选 取、配料、磨粉、成型和烧成。其中，配料是关键环节，需精确控制各成分的含 量，以保证材料的性能。制备过程中还需严格控制工艺参数，如烧成温度、气氛 和时间等，以确保材料具有优良的性能。
氧化铝陶瓷的低温烧结技术简介
氧化铝陶瓷的低温烧结技术简介一、氧化铝陶瓷简介氧化铝陶瓷材料，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。
同时其生产原料来源广、价格相对便宜、加工制造技术较为成熟等优势，故已被广泛应用于电子、电器、机械、化工、纺织、汽车、冶金和航空航天等行业，成为目前世界上用量最大的氧化物陶瓷材料。
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。
99瓷氧化铝瓷材料主要用于制作高温坩埚、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。
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。
氧化铝陶瓷二、氧化铝陶瓷低温烧结技术由于氧化铝熔点高达2050℃，导致氧化铝陶瓷的烧结温度普遍较高（参见表一中标准烧结温度），从而使得氧化铝陶瓷的制造需要使用高温发热体或高质量的燃料以及高级耐火材料作窑炉和窑具，这在一定程度上限制了它的生产和更广泛的应用。
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。
当前各种氧化铝瓷的低温烧结技术，归纳起来，主要是从原料加工、配方设计和烧成工艺等三方面来采取措施，下面分别加以概述。
1、通过降低氧化铝粉体的粒径，提高粉体活性来降低瓷体烧结温度。
氧化铝陶瓷的两步法烧结工艺研究
氧化铝陶瓷的两步法烧结工艺研究氧化铝陶瓷的两步法烧结工艺通常包括两个主要步骤：制备氧化铝粉末坯体和烧结制备成陶瓷。
这两个步骤有助于获得高强度、高硬度、高绝缘性能的氧化铝陶瓷。
以下是这个工艺的一般步骤：第一步：制备氧化铝粉末坯体1. 氧化铝粉末选择：•选择高纯度、细颗粒的氧化铝粉末，通常选择平均粒径较小的粉末。
2. 配料：•根据所需的性能，将氧化铝粉末与其他可能的添加剂进行混合。
添加剂可以是稳定剂、增塑剂等，有助于提高坯体的成型性能。
3. 成型：•使用注塑、压制等成型工艺，将混合物成型成所需形状的坯体。
4. 脱脂：•对坯体进行脱脂处理，去除混合物中的有机物，以防止在烧结过程中产生气泡。
5. 预烧：•进行预烧处理，将坯体在较低的温度下烧结，以增强坯体的强度和稳定性。
6. 检查与修整：•对预烧后的坯体进行质量检查，修整可能存在的缺陷。
第二步：烧结制备成陶瓷1. 定型：•对经过预烧的坯体进行最终成型，确定最终形状。
2. 烧结：•将定型后的坯体进行高温烧结，通常在氧化铝的烧结温度范围内（约1600°C至1800°C）进行，使颗粒间发生烧结，形成致密的陶瓷结构。
3. 表面处理：•进行表面处理，如磨光、抛光等，提高氧化铝陶瓷的光洁度和外观。
4. 性能测试：•进行氧化铝陶瓷的性能测试，包括硬度、密度、导热性等方面的测试，确保产品符合设计要求。
5. 包装：•对成品进行包装，以确保在运输和使用过程中不受损。
这是一个一般性的两步法烧结工艺流程，具体的工艺细节可能会因制备陶瓷的用途、要求和厂家的技术水平而有所不同。
在实际应用中，可能还会包括其他工艺步骤以满足特定的性能要求。
氧化铝陶瓷材料的制备与性能研究
氧化铝陶瓷材料的制备与性能研究氧化铝陶瓷材料是一种重要的工程材料，具有优异的物理、化学和机械性能，广泛应用于航空航天、电子、化工等领域。
本文将探讨氧化铝陶瓷材料的制备方法以及其性能研究。
一、氧化铝陶瓷材料的制备方法氧化铝陶瓷材料的制备方法多种多样，常见的有烧结法、溶胶-凝胶法和等离子喷雾法等。
其中，烧结法是最常用的制备方法之一。
烧结法主要包括粉末制备、成型和烧结三个步骤。
首先，氧化铝粉末的制备是制备氧化铝陶瓷材料的关键。
常用的制备方法有沉淀法、气相法和溶胶-凝胶法等。
沉淀法是将铝盐与氢氧化钠反应生成氢氧化铝，再经过煅烧得到氧化铝粉末。
气相法是通过热分解或气相沉积将气态前驱体转化为氧化铝粉末。
溶胶-凝胶法则是通过溶胶和凝胶的形成，最终得到氧化铝粉末。
其次，成型是将氧化铝粉末按照需要的形状进行加工。
常见的成型方法有压制、注塑和挤压等。
压制是将氧化铝粉末放入模具中，在一定的压力下进行成型。
注塑是将氧化铝粉末与有机物混合，通过注塑机将混合物注入模具中进行成型。
挤压则是将氧化铝粉末放入挤压机中，在一定的压力下通过模具挤出成型。
最后，烧结是将成型后的氧化铝粉末进行高温处理，使其颗粒之间发生结合，形成致密的陶瓷材料。
烧结温度和时间是影响烧结效果的重要因素。
一般来说，烧结温度越高，烧结效果越好，但也容易导致晶粒长大和晶界迁移。
因此，在实际制备过程中需要根据具体要求选择适当的烧结温度和时间。
二、氧化铝陶瓷材料的性能研究氧化铝陶瓷材料具有优异的物理、化学和机械性能，对其性能进行研究有助于进一步提高其应用效果。
在物理性能方面，氧化铝陶瓷材料具有较高的熔点、硬度和热稳定性。
研究表明，烧结温度和时间对氧化铝陶瓷材料的物理性能有着重要影响。
较高的烧结温度和适当的烧结时间可以提高氧化铝陶瓷材料的致密性和硬度。
在化学性能方面，氧化铝陶瓷材料具有优异的耐腐蚀性和化学稳定性。
研究发现，氧化铝陶瓷材料的化学性能与其晶体结构和晶界结构有关。
氧化铝陶瓷烧结变形
氧化铝陶瓷是一种具有高硬度、高韧性等优点的材料，在众多领域都有广泛的应用。
在制作氧化铝陶瓷的过程中，烧结是一个关键步骤，但烧结过程中也容易出现变形的问题。
本文将探讨氧化铝陶瓷烧结变形的相关问题。
首先，我们需要了解氧化铝陶瓷烧结变形的原理。
氧化铝陶瓷的烧结变形主要是由于材料在高温下会发生体积膨胀。
由于氧化铝陶瓷的线膨胀系数较高，且材料的热稳定性较差，因此在高温烧结过程中，材料会发生较大的变形。
此外，材料的密度差异、应力分布不均匀等因素也会导致烧结变形。
在实际生产中，氧化铝陶瓷烧结变形的原因有多种。
首先，原料的质量和均匀性是影响烧结变形的重要因素。
如果原料中含有杂质或颗粒不均匀，会导致烧结过程中产生应力，进而导致烧结变形。
其次，模具的设计和制造也会影响烧结变形。
如果模具的刚度不足、尺寸精度不高，会导致烧结后的产品变形。
此外，成型工艺也会影响烧结变形。
如果成型过程中存在缺陷或应力，会导致烧结后的产品变形。
为了减少氧化铝陶瓷烧结变形，我们可以采取以下措施。
首先，要保证原料的质量和均匀性，避免使用杂质或颗粒不均匀的原料。
其次，要优化模具的设计和制造，提高模具的刚度和尺寸精度。
此外，可以采用先进的成型工艺，如干压、等静压、注射成型等，这些工艺可以减少成型过程中的缺陷和应力。
在烧结过程中，可以通过控制温度、时间、气氛等参数来减少烧结变形。
通过以上措施，我们可以有效地减少氧化铝陶瓷的烧结变形。
然而，在实际生产中，我们还需要考虑其他因素。
例如，产品的形状和尺寸也会影响烧结变形。
对于形状复杂或尺寸较大的产品，烧结变形的问题更加突出。
因此，在产品设计阶段，应该充分考虑产品的形状和尺寸，以避免烧结变形的问题。
总之，氧化铝陶瓷烧结变形是一个需要关注的问题。
通过了解其原理和影响因素，我们可以采取相应的措施来减少烧结变形。
在实际生产中，我们应该综合考虑原料、模具、成型工艺和产品形状等因素，以获得高质量的氧化铝陶瓷产品。
氧化铝陶瓷干压坯体的烧结探讨.ppt
1.干压坯体烧结的特殊性
• 干压坯体与热压铸坯体最重要的区别是： 干压坯体含水分、有机物1.5%-4% 而热压铸坯体不含水分和有机物
造粒粉的TG/DTA曲线
含有水份和有机物的干压坯体与不含水
份和有机物的热压铸坯体有什么不同的烧结
行为？ 图1为氧化铝陶瓷造粒粉在烧结的低温区 900℃之前的TG/DTA曲线。DTA（差热）曲线
今年初，某新建陶瓷企业出现了严重的瓷件阴斑情况。窑炉为推板窑。 肉眼观察到窑炉内灰蒙蒙，看不见光亮的烧成带。后加大烟囱抽力， 在烟道上加风扇抽风，炉内逐渐变得清亮。可以看到坯体释放的烟气 顺利地被烟囱抽出。瓷件阴斑逐渐变轻，大部分瓷件阴斑消失。说明 加大通风不仅保证了窑炉内完全的氧化气氛，防止有机物碳化，同时 将烟气排出，防止烟气中的有机物质的分解物、化合物在瓷件表面的 沉淀。
前言
目前，陶瓷干压工艺发展出现突飞猛进局面 ，其推力在于：
• • • • • 热压铸工艺脱蜡过程空气污染被限制 热压铸工艺工序繁杂，用工多，招工难 原料造干压成本相对降低，甚至还低于热压铸工艺
原来习惯于热压铸工艺的人们对干压工艺特 点缺乏足够的了解，以至于出现了种 种问 题：
的气体必须顺利抽出，防止其在瓷件内和表面沉淀、碳化造成瓷件阴
斑。所以要加强通风，保持窑内完全的氧化气氛。
4.烧成曲线的建议
• • 对表5作如下说明： ①300℃以前主要是水份蒸发峰值期； 750℃以前有有机物分解、挥发的峰值期 ；缓慢升温，可防止坯内分解气体形成 的高气压使坯体开裂。750℃以后可提高 升温速度，但要根据坯件大小，考虑坯 体内部的温度梯度和热传导速率，而采 用不同的升温速度。温度在坯体内分布 越均匀一致，其各部收缩才会一致。收 缩不一致时，会引起瓷件开裂或变形。 1200℃以后是成瓷收缩期，对于较大坯 件或易变形坯体更应放慢升温速度。 ②冷坯件不可以快速推进或直接装入大 于70℃的热炉中。 ③产品形状不同，炉况不同，烧成制度 也应不同。提供参数仅作参考。 ④本公司99瓷烧结温度≤1630℃；95瓷 烧结温度≤1600℃。
氧化铝陶瓷及其烧结
3. 1 氧化铝烧结动力学
3. 1. 1 烧结初期动力学
双球模型。
△ L
L
0
=
[
5CD3Dv ] 2/ 5õr - 6/ 5õt2/5 2 kT
( 1)
式中: K 0——两球形颗粒中心距离
△L ——烧结后收缩值
C——表面能
r ——球形颗粒半径
D3——空位体积
t ——烧结时间
Dv—— 体积扩散系数
k ——波尔兹曼常数
氧化铝陶瓷性能优良, 广泛应用于各个行业, 但其性 能主要取决于烧结。随着材料科学的发展, 对氧化铝陶瓷 烧结的研究, 尤其是氧化铝粉体及添加物对烧结的影响将 更加深入。氧化铝陶瓷的应用也将更加广泛。
图3 1600°C纯 A l2O 3和分散 ZrO 2的 A l2O 3 陶瓷晶粒生长的比较
关于添加物对烧结的影响问题, 要在保证氧化铝陶瓷 性能的前提下, 注意适当选择添加物的种类、数量和颗粒 细度, 做到添加物数量尽量多、颗粒尽量细并且均匀, 否则
关键词 氧化铝 陶瓷 烧结 团聚体
1 氧化铝的多晶转变
氧化铝有许多同质多晶体, 报导过的变体有十多种, 但主要的有 A- Al2O3、B- A l2O3、C- Al2O3三种晶型。下图 及表1列出了 Al2O3四种变体的情况。
表1 氧化铝变体情况 Table 1 The polymorphism of t he alumina
20～500°C 6. 2～7. 5 20～800°C 6. 5～8. 0
热导率 ( w / m. k ) 电阻率 ( 8 õcm ) 绝缘强度 ( K V / mm )
25. 2 105 > 20
表3 氧化铝高温结构陶瓷的主要用途 Table 3 The main uses
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氧化铝陶瓷的烧结动力学研究摘要：本文概述了陶瓷的烧结，介绍了氧化铝陶瓷的烧结动力学背景及研究和发展现状。
介绍了烧结动力学的理论研究，举例说明了氧化铝陶瓷烧结过程中的动力学，及添加剂对其烧结性能的影响。
关键词：氧化铝陶瓷 烧结动力学 添加剂 1 前言陶瓷制品的烧结，是其制备过程中的一个重要环节，是其在高温下通过一系列内部物理化学过程，获得一定密度、微观结构、抗弯强度和断裂韧度等性能的一个过程。
对陶瓷烧结理论的研究已有近百年的历史，自从Kuczynski 开创烧结理论以来，多种烧结理论与模型相继被提出[1]。
众所周知，Al 2O 3陶瓷具有许多优良性能，用途广泛，因而迄今仍然是受到人们青睐的重要材料之一。
Al 2O 3，熔点高、离子键较强，从而导致其质点扩散系数低、烧结温度较高，因而材料晶粒较粗大，残余气孔也聚集长大，导致材料力学性能降低，同时造成材料气密性差。
为此许多学者一直不遗余力从事降低氧化铝陶瓷烧结温度、获得细晶结构的材料研究[2]。
Al 2O 3作为一种研究较早、应用广泛的陶瓷材料；具有高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优异性能，来源广泛，价格低廉，倍受青睐，其价格低廉越不易氧化和腐蚀。
单相Al 2O 3，脆性大、韧性低，材料研究者在Al 2O 3基体中加入不同的增韧补强相，在一定程度上改善了Al 2O 3陶瓷材料的力学性能，使得其应用领域进一步扩大。
目前，Al 2O 3基陶瓷材料的制备主要依靠热压烧结，其制品形状简单，嫩产效率低；同时，烧结制品的微观结构具有各向异性，导致其使用性能也具有备向异性[3]。
添加剂通过2种作用方式促进氧化铝陶瓷的烧结：(1)与氧化铝基体形成固溶体，通过增加氧化铝的晶格畸变，使扩散速率变大，从而促进烧结；(2)添加剂本身或者添加剂与氧化铝基体之间形成液相。
液相的存在方便了氧化铝颗粒的重排，同时通过融解一沉淀机理促进烧结，甚至可以实现氧化铝陶瓷的低温烧结，使氧化铝陶瓷的烧结温度降低到1400℃以下[4]。
本文通过动力学基本理论及模型，研究了氧化铝陶瓷的烧结动力学及不同添加剂对其烧结性能的影响及动力学分析。
2 烧结理论2.1 烧结过程图15-1表明：颗粒间隙被填充之前，颗粒接触点处可能已产生某种键合， 导致电导和拉力增大；继续升高温度，除了键合增多外，物质向空隙填充使密度增大，密度达一定程度（90~95%理论密度），增长减慢，最后部分空气难排除。
2.2 烧结动力烧结致密化过程：依靠物质传递和迁移实现的，存在推动作用使物质传递和迁移。
粉体：颗粒尺寸小，比表面积大，有高表面能，即使加压成型体中，颗粒间接触面积也很小，总表面积很大处于较高表面积状态。
最小能量原理：颗粒自发向最低能量状态变化，伴随使系统表面能减少，同时表面张力增加。
烧结是自发不可逆过程。
系统表面能降低，表面张力增加是推动烧结进行的基本动力。
一方面：表面张力可通过流动、扩散和液相或气相传递推动物质迁移。
另一方面：固体有巨大内聚力，很大程度限制烧结进行，只有当固体质点有明显可动性，烧结才能以可度量的速度进行。
2.3 固相烧结动力学烧结过程可以分为三个阶段：烧结初期、中期和后期。
烧结初期：坯体中颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、缩小（即大气孔消失），固-气总表面积没有变化。
烧结中期：传质开始，粒界增大，空隙进一步变形、缩小，但仍然连通，形如隧道。
烧结后期：传质继续进行，粒子长大，气孔变成孤立闭气孔，密度达到95%以上，制品强度提高。
2.4 带有液相的烧结动力学液相粘度不太大时，能润湿和溶解固相，利用溶解 - 沉淀机制实现烧结的致密和晶粒长大。
带有液相烧结的特点和条件: a 、液相必须完全润湿固相； b 、烧结固相应能溶解于液相； c 、液相的粘度和数量应适宜。
2.5 Arrhenius 方程反应速率常数k 与反应温度T （绝对温度）之间的关系)/exp(RT E A k -=式中：A —表观指前因子； E —表观活化能； R —通用气体常数。
非均相体系在等温与非等温条件下的两个常用动力学方程式：)()/exp(/ααf RT E A dt d -= （等温）)/exp()(/RT E f AdT d -=αβα （非等温）动力学研究的目的就在于求解出描述某反应的上述方程中的“动力学三因子”E 、A 和f(α)。
3 Al 2O 3陶瓷的烧结动力学3.1 CMS-G 和TiO 2复相添加剂对Al 2O 3陶瓷的烧结动力学影响为了计算1450℃时相对密度最高的氧化铝陶瓷的烧结激活能，将组成为的氧化铝陶瓷进行等温烧结。
图1为分别在1350℃、1400℃、1450℃下等温烧结氧化铝陶瓷的相对密度和保温时间的关系曲线。
可以看出1350℃时试样的相对密度在70％以下，到1400℃和1450℃时试样的相对密度在85％以上，比1350℃时有较大的提高，在30～150min 时间内，试样的相对密度只有少量增加[5]。
根据Singh 提出的烧结初期动力学过程可表示为：K t p L L lg lg 1/lg +=∆ （1） )exp(RT QA K -= （2）式中：ΔL/L 为样品的线收缩率；t 为烧结时间(保温时间)；1/p 为反应级数；K 为烧结速率常数；Q 为该组成的烧结激活能；T 为绝对温度；A 为与界面张力、扩散系数和颗粒半径相关的常数；R 为气体常数。
图1不同烧结温度下F2样品相对密度 图2 同烧结温度下C2样品线收缩率与保温时间的关系 与保温时间的关系 图2为样品在不同烧结温度和不同保温时间下的线收缩率。
将图1和图2中相对应的数据代入公式(1)中，结果如图7所示。
将图7中各个温度下的lg ΔL/L 与培的对应关系进行一元线性回归后，得到各温度下的收缩动力学公式方程：1350℃ )037.1(lg 076.0/lg -+=∆t L L （3）1400℃ )917.0(lg 055.0/lg -+=∆t L L （4） 1450℃ )824.0(lg 092.0/lg -+=∆t L L （5）把式(3)(4)(5)中的截距分别为该温度下的lg K ，将lg K 代人式(2)，经换算后得到ln K 和1/T 的对应关系，如图4所示。
经线性回归分析后，可见ln K 和1/T 呈一次线性关系，由直线斜率可计算得到组成含CMS-G 和TiO 2分别为3％和l ％的氧化铝陶瓷的烧结激活能为113.4kJ/mol 。
而纯氧化铝陶瓷的烧结激活能为690kJ/mol 。
图3 同烧结温度下样品的lg △L/L 与lgt 关系 图4 样品的烧结激活能计算 液相烧结中，陶瓷材料的烧结一般由两个过程控制，即扩散控制和界面反应控制。
陶瓷物质在硅酸盐玻璃中的扩散激活能通常小于300kJ/mol ，而由界面反应控制的过程通常伴随有较高的烧结激活能。
本实验CMS —G 和TiO 2对氧化铝陶瓷的烧结激活能为113.4kJ/mol ，表明该氧化铝陶瓷的致密化机理为扩散控制。
3.2 复合添加剂对ZTA 基陶瓷烧结性的影响郭瑞松[2]等研究表明，仅单独添加MgO 的ZTA 材料，于1500℃虽已烧结到较高致密度，但是引入少量液相物质后，密度有较明显提高，这种情况与预期的目的是相吻合的。
但是随着其含量提高．密度增大幅度变小。
再加入稀土/过渡化合物后出现了不同的变化趋势。
掺杂V 2O 5尽管随着烧结温度提高和延长保温时阃．密度都有较大幅度提高，但总的来讲，V 2O 5，不利于ZTA 陶瓷烧结。
Nb 5+离子半径与Al 3+离子半径相差较大．难以生成固溶体。
此外已有报导，Nb 2O 5提高t-ZrO 2马氏体相变温度，促进t-ZrO 2转变为m-ZrO 2，在陶瓷体中产生微裂纹而降低密度。
因此，当Nb 2O 5，含量较高时不能起到促进ZTA 材料烧结的目的。
R 2O 3类三种物质均起到进一步促进烧结的作用，尤以La 2O 3为最佳，Cr 2O 3，居中，Y 2O 3次之。
Cr 2O 3，是与A12O 3形成连续固溶体使晶格畸变而促进烧结的。
根据La 2O 3-Al 2O 3系富氧化铝区相图，在烧成温度下此系统不可能产生液相。
因此可以推测，La 2O 3，也是通过生成固溶体而促进ZTA 材料烧结的。
由于La 3+离子半径与Al 3+离子半径相差更大，晶格畸变程度增加，促进烧结的作用也更明显。
Y 2O 3在A12O 3中固溶量非常有限(10ppm)，Y 2O 3主要于晶界处分凝并生成富Y 晶界第二相而促进烧结，但其作用效果不如生成固溶体的明显。
另外还可注意到，这类添加剂随数量增加，促进烧结作用也随之增强，但密度增加幅度较小。
促进烧结的作用不是特别明显，而CuO却与之相反，它使ZTA材料在较低温度CeO2下就可达到高密度。
究其原因，主要是CuO在很低温度下就参与形成液相，依靠低粘度液相而达到大幅度促进烧结之目的。
4 结论通过研究氧化铝陶瓷烧结过程中的动力学，以及不同的添加剂对其烧结性能的影响，可以较直观的得出氧化铝陶瓷的烧结机理，不同的添加剂对其烧结性能的影响不同，总的来说，添加剂尤其是复相添加剂的加入能够生成液相促进烧结，并且有效地提高制品的致密性及常温物理性能。
5.参考文献[1] 刘长霞，孙军龙，张希华，透辉石／AlTiB增韧补强氧化铝基陶瓷材料烧结动力学和烧结机制[J].粉末冶金技术，2009年8月，第27卷第4期：251~258.[2] 郭瑞松，杨正方，袁启明，添加复合烧结助齐ZTA陶瓷烧结动力学研究[J]天津大学材料科学与工程学院.[3] 孙军龙，张希华，刘长霞，等，透辉石增韧补强氧化铝基陶瓷材料烧结动力学和烧结机制[J].人工晶体学报，2008年10月，第37卷第5期：1177~1182.[4] 刘于昌，黄晓巍，CuO+TiO复相添加剂对氧化铝陶瓷烧结性能和显微结构的影响及2其烧结动力学分析，技术陶瓷，2006，(1)：9~12.[5] 史国普，王志，候宪钦，等，低温烧结氧化铝陶瓷的动力学研究[J].硅酸盐学报，2007 ,(6)：1112~1115.。