氧化铝陶瓷的微波烧结
青岛大学科技成果——凝胶注模成型与微波烧结技术制备氧化锆氧化铝陶瓷产品
青岛大学科技成果——凝胶注模成型与微波烧结技术制备氧化锆氧化铝陶瓷产品技术创新点本项目拟用纳米复合微米氧化锆、氧化铝材料为原料，采用最先进的凝胶注模成型技术和微波烧结技术，研制符合性能要求的二氧化锆、氧化铝产品；在抗弯强度、断裂韧性、耐磨耐腐蚀、生物相容性等方面，达到国际先进水平。
批量制备出市场需求的产品，进行推广应用。
1、凝胶注模成型技术，可获得高密度、高均匀性和高强度的陶瓷精密异型部件坯体，可以消除陶瓷粉体颗粒的团聚体，减少烧结过程中复杂形状部件的变形、开裂，从而减少最终部件的机加工量，获得高可靠性的陶瓷产品。
2、微波烧结技术是通过微波能激励被烧结材料内部的电偶极矩的极高频率的振动的产生热效应，因而加热是整体性的，加热可以达到均匀，并可抑制晶粒的过分长大,保证陶瓷材料的成功制备，并且。
进一步提高它的性能指标。
3、产品创新：本产品用纳米陶瓷强韧化微米陶瓷材料制备陶瓷材料比只用微米陶瓷材料制备的性能更加优良。
技术性能高性能二氧化锆氧化铝产品用陶瓷材料要求高强度、高韧性、耐磨损、耐腐蚀、纯度高、颗粒尺寸稳定性好，一般材料难以胜任。
用纳米四方相氧化锆（3Y-TZP）复合微米级氧化锆来制作，强度和韧性等性能能达到产品的要求指标。
材料的主要技术指标密度：6.1g/cm3抗弯强度：1200MPa断裂韧性：10MPam1/2市场分析从二氧化锆氧产品的市场应用需求来看，具有巨大的市场需求。
目前，某种国外生产二氧化锆产品每公斤在5000元左右。
我们研制的成本估计不会超过1000元，售价在3000元市场估计会抢购供不应求。
利润率在200%。
按每年有5吨的市场需求，利润在1000万左右。
用凝胶注模成型技术制备二氧化锆制品，它是一种新的近净尺寸成型技术，适合于规模化生产，是高技术陶瓷产业化的核心技术。
用微波烧结技术可确保成功制备二氧化锆产品并进一步提高材料的性能指标，可以大大地提高成品率，节省能源，提高效率，显著降低二氧化锆陶瓷的制造成本，而且可以提高二氧化锆陶瓷材料的可靠性。
各类氧化物陶瓷烧结体积变化点
各类氧化物陶瓷烧结体积变化点一、概述氧化物陶瓷作为一种重要的结构材料，其烧结性能一直备受关注。
体积变化是认识氧化物陶瓷烧结行为的重要指标之一。
本文将对各类氧化物陶瓷在烧结过程中的体积变化点进行探讨。
二、硅酸盐陶瓷烧结体积变化点1. 石英陶瓷石英陶瓷在烧结过程中，通常在1200°C左右出现大小约0.2的体积收缩。
在1300°C左右会再次出现约0.5的体积收缩。
在1400°C以上，石英陶瓷的体积基本上稳定。
2. 镁铝硅酸盐陶瓷镁铝硅酸盐陶瓷在1000°C左右会出现约1的体积收缩。
在1100°C左右再度出现体积收缩，范围在0.5-1之间。
在1200°C以上，镁铝硅酸盐陶瓷的体积基本上保持稳定。
三、氧化物陶瓷烧结体积变化点1. 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷在1200°C左右会出现0.5-1的体积收缩。
在高温下，氧化铝陶瓷的体积基本上稳定，收缩的幅度不大。
2. 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷在1300°C左右会出现约0.5的体积收缩。
在1400°C以上，氧化锆陶瓷的体积基本上保持稳定。
四、复合氧化物陶瓷烧结体积变化点1. 氧化锆复合氧化钙陶瓷氧化锆复合氧化钙陶瓷在1300°C左右会出现约0.5的体积收缩。
在1400°C以上，氧化锆复合氧化钙陶瓷的体积基本上保持稳定。
2. 氧化锆复合氧化铝陶瓷氧化锆复合氧化铝陶瓷在1300°C左右会出现约1的体积收缩。
在1400°C以上，氧化锆复合氧化铝陶瓷的体积基本上保持稳定。
五、结论在烧结过程中，不同类型的氧化物陶瓷都会出现一定程度的体积收缩。
通过了解各类氧化物陶瓷在烧结过程中的体积变化点，可以更加深入地了解其烧结行为，为优化烧结工艺提供重要依据。
值得注意的是，以上数据仅供参考，实际应用中仍需根据具体情况进行调整。
希望本文对氧化物陶瓷烧结体积变化点的研究能够为相关领域的科研工作提供一定帮助。
氧化铝陶瓷材料的微波焊接技术
氧化铝陶瓷材料的微波焊接技术陶瓷材料在高温下具有高强度、高硬度、高绝缘性、高耐蚀性、高耐磨性、良好的热稳定性和化学稳定性等许多优良的特性,是陶瓷发动机、磁流体发电及核反应装置的关键材料。
陶瓷材料用在燃气轮机或往复式发动机上,如用作包箍、涡轮叶片、阀门零件和燃气轮机增压器部件时,其焊接技术显得尤其重要。
微波焊接微波焊接是陶瓷焊接的另种新方法由于其加热的高速度和均匀性具有许多潜在的经济效益。
迄今为止,这项技术已经用于陶瓷与陶瓷以及陶瓷与玻璃的焊接。
陶瓷材料具有很好的耐热性和抗腐蚀能力,在许多高技术领域例如航天,汽车,化工和电子工业等正起着越来越重要的作用,然而陶瓷材料的机械加工却极为困难,这就大大限制了陶瓷材料的进一步推广使用。
解决方法除了目前正在研究的陶瓷超塑性成型外,最有发展前途的技术是陶瓷焊接,即对形状简单的陶瓷零件进行焊接,以制成形状复杂或大尺寸的构件,正因如此,陶瓷焊接愈来愈受到人们的重视。
微波焊接是一门崭新的焊接技术,它利用微波在材料中介质损耗使陶瓷加热,在一定压力下完成连接,根据接头间是否加入中间介质,微波焊接可分为直接焊接和间接焊接两种,由于陶瓷的加热是通过微波与材料相互作用实现的,使接头能够均匀地连接,避免了开裂发生。
同时微波加热的升温速度极快,陶瓷内部品粒不会严重长大,晶界相元素分布比焊接前更均匀从而使接头区域材料保持优良的性能。
微波连接陶瓷材料的原理和特点微波焊接试验装置( a) 微波焊接材料总图; (b) 微波焊接材料简图1 微波焊接的试验装置和特点微波焊接陶瓷材料的典型试验装置见图1。
被焊接的陶瓷材料置于微波应用器中, 在陶瓷材料的两端施加压力。
磁控管产生的微波经过微波波导输送到微波应用器中。
微波频率通常为 2 45 GHz或0.915 GHz。
微波加热陶瓷材料是利用微波电磁场与陶瓷材料的相互作用, 因此陶瓷材料的微波加热与陶瓷材料本身的性能有很大的关系。
对于介电损耗高又不随温度剧烈变化的陶瓷材料, 微波烧结的加热过程较为稳定,容易控制,但多数陶瓷材料在室温时介电损耗较低,当加热超过临界温度,陶瓷材料的介电损耗急剧增加,使温度迅速上升。
微波熔融技术制备氧化铝陶瓷的研究
微波熔融技术制备氧化铝陶瓷的研究近年来，制备高性能的陶瓷材料一直是材料科学领域的研究热点。
而氧化铝陶瓷作为一种广泛应用的陶瓷材料，具有高硬度、高耐磨性、高化学稳定性等特点，受到了学术界和工业界的广泛研究。
传统的氧化铝陶瓷制备方法一般采用高温烧结工艺，烧结温度一般在1550℃以上，且烧结周期较长，导致生产成本高、生产效率低。
而微波熔融技术因其高效、低能耗的特点，成为了氧化铝陶瓷制备领域的新兴技术。
在微波熔融技术中，人们将粉末状的氧化铝陶瓷样品放置在微波炉中进行熔融。
在微波炉中，电磁波能量能够迅速加热物质，使其迅速熔融。
相对于传统烧结技术，微波熔融技术具有以下明显优势：1.微波熔融速度快：微波炉能够迅速加热物质，短时间内即可熔融，制备效率高。
2.微波熔融能耗低：微波能够精确控制能量的传递，避免物质中的热量流失，因此能耗低。
3.微波熔融优异的热量分布均匀性：微波能够精确控制热量传递，使得物质内部的热量分布均匀，避免了因局部温度过高导致的损伤和变形。
通过微波熔融技术制备氧化铝陶瓷，不仅能够提高氧化铝陶瓷的制备效率和降低生产成本，还能够制备出更加优异的氧化铝陶瓷材料，因此受到了广泛关注。
在微波熔融技术制备氧化铝陶瓷的研究中，对于反应过程中的微波场分布、物料的热传递和微观组织演变等都需要深入研究。
对于微波场分布的研究，可以采用仿真研究和实验研究相结合的方法，通过仿真得到微波的电场分布、磁场分布和能量传递分布等关键参数，从而实现对微波场分布的深入了解。
对于物料的热传递研究，可以采用红外线热像仪等测试设备来观测粉末颗粒和熔融体的温度分布情况，以及计算热效应等参量，从而实现对物料的热传递机制的深入探究。
对于微观组织演变的研究，则需要采用电镜、扫描电镜等先进仪器，对微观组织进行观察和分析，以及对微观组织变化规律进行建模和仿真，从而实现对微观组织演变的深入了解。
微波熔融技术制备氧化铝陶瓷的研究不仅关乎到陶瓷材料制备领域的进步，还与相关行业的发展息息相关。
96氧化铝陶瓷烧结温度
氧化铝陶瓷的烧结温度因具体类型和制造工艺的不同而有所差异。
对于Al2O3含量在99.9％以上的高纯型氧化铝陶瓷，其烧结温度可以高达1650℃以上。
然而，适当的提高烧结温度对氧化铝陶瓷的性能有积极的影响。
例如煅烧氧化铝粉末为主要原料，在1500℃、1550℃、1600℃等不同的温度下制备氧化铝陶瓷，结果表明：烧结温度对氧化铝陶瓷的体积收缩率、体积密度、吸水率和气孔率以及抗弯强度和维氏硬度都有显著影响。
值得注意的是，尽管氧化铝的熔点高达2000多度，使得氧化铝陶瓷的烧结温度普遍较高，但降低氧化铝陶瓷的烧结温度以缩短烧结周期、降低能耗、减少窑炉和窑具的损耗并降低生产成本一直是企业关注的重要问题。
为此，研究人员采取了诸如获得分散均匀、无团聚并具有良好烧结活性的超细粉体、添加适量的烧结助剂等途径来降低其烧结温度。
氧化铝烧结温度
氧化铝烧结温度
氧化铝陶瓷以其优异的性能被广泛应用在电子电器、机械、化工、冶金和航空航天等行业，成为目前世界上用量最大的特种陶瓷材料之一。
但是由于氧化铝自身阳离子电荷多、半径小、离子键强等特点，导致其晶格能较大，扩散系数较低。
烧结工艺的介绍：
1、热压烧结：高温下对样品施加单向压力，促进陶瓷达到全致密。
对于纯氧化铝陶瓷，常规烧结需要1800℃以上的温度；而20MPa的热压烧结只需要1500℃。
2、热等静压烧结：对陶瓷坯体的各个方向同时施加压力的烧结，降低陶瓷的烧结温度，同时烧结得到的陶瓷结构均匀、性能好。
3、微波加热法烧结：利用微波与陶瓷间的相互作用，因为介电作用使陶瓷内部和表面同时烧结。
4、微波等离子体烧结：与常规烧结相比，在相同的条件下能够降低烧结温度200℃，并且烧结速度快、晶粒尺寸小、机械强度高。
5、放电等离子烧结：利用脉冲能、脉冲压力产生的瞬间高温场来实现陶瓷内部晶粒的自发发热从而使晶粒活化，由于这种烧结方法升温、降温快、保温时间短，抑制了晶粒的生长、缩短了陶瓷的制备周期、节约了能源。
微波烧结应用
微波烧结应用
微波烧结是一种用于制备陶瓷材料的新技术，通过将陶瓷粉末置于微波场中加热，可以在短时间内高温烧结。
以下是微波烧结的一些主要应用：
1、陶瓷制备。
微波烧结可以用于制备各种陶瓷材料，包括氧化锆、氧化铝、氧化铈等。
相比传统的烧结方法，微波烧结具有更短的烧结时间和高的烧结密度，能够获得更好的陶瓷材料性能。
2、筛网制备。
微波烧结可以用于制备金属筛网，如不锈钢筛网、铝筛网等。
微波烧结可以快速提高筛网的烧结密度和力学性能，提高筛分效果，适用于过滤、筛分和分离等工业领域。
3、陶瓷陶瓷复合材料。
微波烧结可以用于制备陶瓷陶瓷复合材料，如陶瓷金属复合材料、陶瓷陶瓷复合材料等。
微波烧结可以促进陶瓷与其他材料的结合，提高复合材料的界面结合强度和综合性能。
4、生物陶瓷制备。
微波烧结可以用于制备生物陶瓷材料，如氧化锆、钙磷骨料等。
这些陶瓷材料在医学领域具有广泛的应用，如人工关节、牙科修复材料等。
微波烧结可以快速制备生物陶瓷材料，提高材料的密实度和机械性能。
- 1 -。
微波辅助技术烧结方式对氧化铝陶瓷性能的影响
在Ｓ ４ ８ ０ ０扫 描 电 镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 上观察 Ｓ ｍ和 Ｓ ｐ的 表 面 形 貌 。 用阿基米德法测试 Ｓ ｍ和 ｓ ｐ的 体 积 密 度 ，并 计 算 相 对 密度 。
在 ＷＤ Ｗ－ ２ ０ ０电子 万 能试 验 机 上 ． 采 用 单 边 切 口梁 法 （ Ｓ Ｅ Ｎ Ｂ ） 测试 Ｓ ｍ和 Ｓ ｐ的 断 裂 韧 性 ，跨 度 为 ２ ０ ｌ ｎ ｌ Ｔ ｌ ，压 头 移 动 速 度 ｌ ｍ ｍ， ａ ｒ ｉ ｎ ； 使 用 同样 的 设 备 ， 用 三 点 弯 曲法 测 定 Ｓ ｍ和 Ｓ ｐ的
摘 要 对 组 成 相 同 的 ９ ９ Ａ １ ２ ０ ３ 造 粒 粉 ，在 １ ５ ０ ＭＰ ａ下 冷 等 静 压 成 型 ，分 别 采 用 微 波 辅 助 技 术
（ ＭＡ Ｔ ） 烧结和无 压烧结 ， 制备 出 ９ ９ Ａ １ ２ ０ ３ 陶 瓷 样 品 。分 别 利 用 扫 描 电镜 、 单 边 切 口梁 法 、 三点弯 曲
图 １ Ｍ＿ ＡＴ 电 炉 加 热方 式
２ 结果与讨论
本 实 验 中 所 测 得 的数 据 列 于 表 １
２ ． １ Ｓ ＥＭ
ＭＡ Ｔ被 成 功 应 用 在 许 多 领 域 ， 如 陶瓷 、 粉 末冶 金 、 热 处
结 在 ＭＡ Ｔ电 炉 中执 行 ， 由美 国 Ｃ ｅ ｒ ａ ｌ ｉ ｎ ｋ Ｉ ｎ ｃ提供 ， 微 波 频 率 设置为 ２ ． ４ ５ Ｇ Ｈｚ ，由 电 炉 控 制 的 最 高烧 结 温 度 为 １ ５ ３ ０℃ ， 升 温 速 率 为 ４℃ ， ｍｉ ｎ ， 保温 ０ ． ５ ｈ 。 取 出样 品 ， Ｓ ｍ和 Ｓ ｐ各 留一 块 做表面形貌分析 ， 其 余 用 立 磨加 工成 标 准 试 样 。
微波烧结降低烧结温度机理浅析
应，造成液相生成，液相的体积填充坯体中所有气 孔，使坯体趋于致密化，完成烧结目的。日用陶瓷 烧结就是玻璃化、致密化的过程。玻璃化即粘性流
成完全致密化的致密过程。
我们将微波加热技术应用于日用陶瓷烧结生 产中，发现微波高温工业炉烧结坯体时可降低烧成 温度 50℃以上。分析原因有：
微波是频率范围为 0.3300GHz、相应波长为 1mm1m 的高频电磁波。微波烧结是利用微波加热对 材料进行烧结的技术。其基本原理是当高频率电磁 波穿透至材料内部后能引起材料（作为电介质）内
部自由或束缚电荷（为隅极子、离子和电子等）的 反复极化和剧烈运动，在分子间产生碰撞、摩擦和 内耗，将微波能转变为热能，从而产生高温，达到 烧结的目的。日用陶瓷烧结被称为液相烧结（LPS）， 这是因坯体在烧结过程中有液相生成而故名。日用 陶瓷坯体在加热过程中，发生一系列物理化学反
0c59f8ea 工业微波设备 /
洁陶瓷生产领域开发利用。微波烧结微波加热技术
化分子数目都在增加，随着活化分子的百分数增 大，导致反应速率成倍增长。被热能激活的晶界原 子转移并填充气孔，使晶粒中心相互靠近；随着温 度进一步升高，造成液相生成，晶粒中心相互靠近 的速度加快，最终得到致密坚实、气孔率很低的瓷 器。
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观念的烧结活化能，在温度测定上反映出烧结温度 降低了。微波烧结日用陶瓷可以降低烧结温度的机 理是由于微波电场能除为坯体烧结转化为热能之 外，还转化为其他直接激活分子的能量，故在其表 象上反映为：烧结热能降低、烧结温度降低。分子 在外力场特别是外力磁场环境中运动的有关理论
0c59f8ea 工业微波设备 /
M．A．Janney 等研究发现，在 28GHz 的微波场下 进行高纯氧化铝陶瓷的微波烧结所需的活化能为 160KJ／mol，而常规烧结所需活化能却要 575KJ／ mol。烧结活化能是物体达到烧结状态时活化分子 具有的平均能量与本体分子的平均能量之差，微波 烧结与传统烧结相比，其烧结活化能降低。分子碰
氧化铝陶瓷烧结常见问题
氧化铝陶瓷烧结常见问题
氧化铝陶瓷烧结过程中可能会遇到的问题包括：
1. 烧结温度高：由于氧化铝的熔点高达2020℃，因此其烧结难度极大。
降低烧结温度是氧化铝陶瓷行业所关心和必需解决的问题。
2. 晶粒尺寸控制：烧结温度对晶粒生长的影响较大，而烧结时间与烧结压力的影响相对来说就比较小一些。
3. 颜色质量问题：在氧化铝陶瓷烧成后，可能会出现瓷件表面有斑点，如黑点、棕点、红点；瓷件表面产生斑块，如暗斑(阴斑)，黑色云斑、亮斑等；瓷件有色差现象，如整体发黄或发灰等问题。
解决这些问题的方法包括采用热压烧结技术，即在烧结的同时施加一定的压力，使得原子的扩散速率增大，从而提高了烧结驱动力，使得烧结过程所需的时间大大减短。
此外，还可以通过获得分散均匀、无团聚，并具有良好烧结活性的超细粉体以降低陶瓷的烧结温度。
氧化铝陶瓷烧结温度及时间
氧化铝陶瓷烧结温度及时间1. 烧结的基本概念说到烧结，咱们可以把它想象成一个大厨在烹饪美食，得把各种材料混合得当，火候掌握好，才能做出美味的佳肴。
对于氧化铝陶瓷来说，烧结就是把氧化铝粉末经过高温加热，促使它们之间发生化学反应，最终形成坚硬、耐磨的陶瓷材料。
想象一下，你把一堆沙子放进烤箱，经过高温处理后，居然变成了坚硬的石头，这就是烧结的魔力！不过，烧结可不是随随便便就能搞定的，它对温度和时间可有着严格的要求。
1.1 烧结温度的重要性先说温度，这玩意儿可谓是烧结过程中的灵魂。
一般来说，氧化铝陶瓷的烧结温度通常在1500°C到1700°C之间。
哇，这可真是个高温啊！不过，要是温度过低，材料的密实度就会下降，像是刚出炉的面包发酵不够，软绵绵的没法吃；而温度过高，材料又可能会变形，成了一个四不像，既不像陶瓷，也不像什么其他的东西。
温度调得不好，结果就像打麻将，三缺一，心里急得不得了。
1.2 烧结时间的巧妙把控再说说时间，这也是个关键因素。
烧结时间通常在几小时到十几个小时不等，具体得看材料的种类和烧结温度。
时间太短，材料就像没熟的鸡蛋，心里不踏实；时间太长，又可能导致材料晶粒粗大，强度下降，变得脆弱得跟薄纸一样。
因此，掌握好这个时间，就像在跳舞，要把握住节奏，才能翩翩起舞，不至于踩到自己的脚。
2. 烧结过程中的注意事项当然，烧结可不仅仅是调温和把时间抓紧，过程中还有许多小细节要注意，就像做菜时那些“秘密调料”。
2.1 材料的选择首先，原材料的选择是个大问题。
氧化铝陶瓷的质量直接和原材料息息相关，选个劣质的材料，就像用廉价的调料，做出来的菜味道差得要命。
一般来说，优质的氧化铝粉末颗粒均匀、纯度高，这样烧结出来的陶瓷才会更结实、更耐磨。
说到底，选好材料，后面的事儿就简单多了，真是一步到位，事半功倍。
2.2 气氛的控制再者，烧结气氛也是不能忽视的。
一般来说，烧结可以在氧气、氮气或者真空环境下进行，不同的气氛会影响最终产品的性能。
氧化铝陶瓷的微波烧结
《硅灰石、氧化铝、钛酸钙等陶瓷材料制备》实验报告---------------氧化铝陶瓷的微波烧结1、引言1.1氧化铝陶瓷材料的结构、性能及应用背景1.11氧化铝陶瓷材料的结构氧化铝陶瓷是一种以α-Al2O3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。
1.12氧化铝陶瓷材料的性能及应用背景（1）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。
（2）电阻率高，电绝缘性好：氧化铝的常温电阻率约为1015Ω·cm，绝缘强度15Kv/mm，利用其绝缘性和强度可制成各种基板、管座、火花塞和电路外壳等（3）硬度高：莫氏硬度为9，加上优良的抗磨损性，所以广泛地用以制造刀具、磨轮、磨料、拉丝模、挤压模、轴承等。
用A12O3陶瓷刀具加工汽车发动机和飞机零件时，可以以高的切削速度获得高的精度。
（4）熔点高，抗腐蚀：氧化铝的熔点为2050℃，能较好地抵抗一些熔融金属的侵蚀，可用作耐火材料、炉管，热电偶保护套等。
（5）化学稳定性好：许多复合的硫化物、磷化物、砷化物、碘化物、氧化物以及硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸不与A12O3作用。
因此A12O3可制备人体关节、人工骨等生物陶瓷材料。
（6）光学特性：氧化铝陶瓷可以制成用于高压纳灯的透明陶瓷灯管。
透明氧化铝陶瓷的熔点高达2050℃，能在1600℃的环境里不受钠蒸气的腐蚀，而且可以通过95％的光线。
氧化铝陶瓷的烧结剖析
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]。
AlO3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2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。
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《硅灰石、氧化铝、钛酸钙等陶瓷材料制备》实验报告
---------------氧化铝陶瓷的微波烧结
1、引言
1.1氧化铝陶瓷材料的结构、性能及应用背景
1.11氧化铝陶瓷材料的结构
氧化铝陶瓷是一种以α-Al2O3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。
1.12氧化铝陶瓷材料的性能及应用背景
（1）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。
（2）电阻率高，电绝缘性好：氧化铝的常温电阻率约为1015Ω·cm，绝缘强度15Kv/mm，利用其绝缘性和强度可制成各种基板、管座、火花塞和电路外壳等
（3）硬度高：莫氏硬度为9，加上优良的抗磨损性，所以广泛地用以制造刀具、磨轮、磨料、拉丝模、挤压模、轴承等。
用A12O3陶瓷刀具加工汽车发动机和飞机零件时，可以以高的切削速度获得高的精度。
（4）熔点高，抗腐蚀：氧化铝的熔点为2050℃，能较好地抵抗一些熔融金属的侵蚀，可用作耐火材料、炉管，热电偶保护套等。
（5）化学稳定性好：许多复合的硫化物、磷化物、砷化物、碘化物、氧化物以及硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸不与A12O3作用。
因此A12O3可制备人体关节、人工骨等生物陶瓷材料。
（6）光学特性：氧化铝陶瓷可以制成用于高压纳灯的透明陶瓷灯管。
透明氧化铝陶瓷的熔点高达2050℃，能在1600℃的环境里不受钠蒸气的腐蚀，而且可以通过95％的光线。
有了它，高压钠灯才在1960年诞生，并经过不断改进，得到了实际应用。
此外，透明陶瓷还适用于制造其他新型灯具，如钾灯、铯灯、金属卤化物灯等。
1.2本实验的实验目的及设计思路
1.21实验目的
①掌握特种陶瓷的制备工艺与原理；②解陶瓷烧结原理；③解陶瓷制备常用设备工作原理与操作方法。
1.22设计思路
完成一种特种陶瓷的制备全过程，包括粉末制备、成形、烧结及密度或孔隙率的测量、数据记录、设备操作，并写出实验报告。
2、实验设计
2.1瓷材料制备工艺步骤及原理
（1）粉末的制备
根据所要制备的特种陶瓷的成分，合成并制备出符合要求的陶瓷粉末。
其过程主要包括：由陶瓷成分，选择合适的化工原料及成分配比，经球磨混合后在一定温度下煅烧，随后采用高能球磨方法制得陶瓷粉末。
粉末原料的方法有铵明矾热解法、有机铝盐加水分解法、铝的水中放电分解法、铝的铵碳酸盐热分解法等。
（2）陶瓷的造粒及成型
造粒：
陶瓷造粒是将陶瓷粉体与塑性剂混合，然后通过造粒设备制出球形的颗粒。
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。
（3）陶瓷的烧结
采用空气中常压烧结方法。
根据特种陶瓷的组元和成分，选择合适的烧结温度和烧结时间。
烧结时，陶瓷素坯样品随炉升温和降温（在设备允许情况下，可在到温后入炉烧结并空气冷却）。
采用烧结助剂无疑是一种比较好的烧结方法。
为了考察并了解烧结温度和组元及成分对致密化过程的影响，可以在制备陶瓷时，选择不同的烧结温度和成分，通过测定陶瓷密度或孔隙率，获得温度和成分与陶瓷密度的关系。
2.2原料、仪器及设备
（1）原料
Al2O3，高岭土，CaCO3，镁盐MgCO3。
配方：
原料总质量为20g
Al2O3 14g（70%）
MgCO3 3.6g（18%）
高岭土 1.2g（6%）
CaCO3 1.2g（6%）
（2）仪器：氧化铝坩埚、烧杯、勺子、玻璃棒、天平、网筛。
（3）设备：压片机、星型球磨机、NJZ4-3型微波真空烧结炉、扫描电镜。
2.3实验过程描述
（1）原料
原料为Al2O3，高岭土，CaCO3，镁盐MgCO3。
（2）配比
按Al2O3，高岭土， MgCO3，CaCO3质量比称量，要求配制总重20g的陶瓷原料。
（3）球磨混合和粉碎
装入球磨罐中球磨，球磨工艺为：200（或250）rpm/1.0hr。
（4）蒸干
将带水的粉末经过加热搅拌蒸干。
（5）选粒
采用40，80目的网筛进行选粒
（6）成型
在压片机中干压成型，压制3片（φ15，厚度约5mm左右），成型压力为150MPa（可由压片直径计算所加压力），保压60秒。
（7）烧结
在高温炉中空气烧结，烧结工艺为：1100～1500℃/1hr，随炉升温，低于500℃出炉。
（8）性能表征
根据阿基米德浮力原理分别测量烧结制品的干重以及浮力重以计算其密度，以千分尺测量制品的径向尺寸以计算其尺寸收缩率，最后借助金相显微镜拍摄制品的光学显微图像。
2.4实验结果表征方法及其原理
2.4.1 光学显微镜成像原理
使用无限远光学系统的显微镜主要由物镜、管镜和目镜组成。
标本经物镜和管镜放大后，形成放大倒立的实象；实象经目镜再次放大后，形成放大的虚象。
2.4.2 阿基米德浮力原理
阿基米德浮力原理是物理学中力学的一条基本原理：浸在液体（或气体）里的物体受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力。
其公式可记为F浮=G排=ρ液· g · V排液。
据此，在本实验中只需要测定烧结陶瓷试样的干重以及浮力重，便可经由ρ（陶瓷）= （干重 / 浮力重）×ρ（水）计算得到所需陶瓷试样的密度。
3.实验结果
3.1本人的实验结果
（1）试样图片
（2）实验数据
3.2 本组的实验结果
各组分配方：
3.3 实验曲线
4.实验结论与分析
制备陶瓷，首先原料粉末以适当方法进行造粒，然后在适当压力下压制成型，最后进行在合理温度下烧结。
要获得高性能的陶瓷，必须制备出理想的粉末原料，然后制成具有最大体积密度的均质素坯，并进行合理烧结。
以上是陶瓷制备的基本步骤，但每一步走骤控制不好都不能获得最佳结果。
由于实验操作失误，导致样品损坏，无法测出烧结后样品的直径，无法算出伸缩率。
由扫描电镜图片可看出，陶瓷粉体分布比较均匀，孔隙相对较小。
5. 问答题
（1）如果陶瓷烧结温度在1000ºC至1650ºC之间，应考虑用何种高温加热体和测温热电偶？
常见的高温发热体有三种：硅钼棒、硅碳棒以及铬酸镧发热体。
在氧化气氛下，三者的最高使用温度分别为：硅钼棒1800ºC、硅碳棒1450ºC和铬酸镧1750ºC。
考虑到可接受的实验成本，应选用硅钼棒发热体加热。
（2）氧化铝陶瓷的晶体结构有几种？烧结氧化铝陶瓷应选择何种晶型，为什么？
氧化铝陶瓷的晶体结构有12种，大致可分为三个类型：原子晶体型、离子晶体型和一种介于两者之间的混合型。
氧化铝晶体类型由Al和O的空间排列方式决定。
氧化铝陶瓷应选用原子晶体，原子晶体的氧化铝陶瓷耐酸耐碱，而普通离子晶体型的氧化铝则易溶于酸和碱。
（3）稳定型氧化铝陶瓷粉体如何制备？
使用溶胶-凝胶法，以异丙醇铝为前驱物，水为溶剂，硝酸为胶溶剂，用分散法制得了稳定透明的氧化铝溶胶。
并用降液法制得了氧化铝凝胶浆料。
经过预固化、固化、陈化、热处理等最终得到陶瓷粉末。