烧结助剂

烧结助剂

烧结助剂又称助烧剂，陶瓷烧结过程中加入的促进烧结致密化的氧化物或非氧化物。

加入烧结助剂的作用

(1)与烧结物形成固溶体

当烧结助剂能与烧结物形成固溶体时，将使晶格畸变而得到活化。故可降低烧结温度，使扩散和烧结速度增大，这对于形成缺位型或填隙型固溶体尤为强烈。因此，对于扩散机理起控制作用的高温氧化物烧结过程，选择与烧结物阳离子半径相近但电价不同的烧结助剂以形成缺位型固溶体；或是选用半径较小的阳离子以形成填隙型固溶体通常会有助于烧结。

(2)阻止晶型转变

有些氧化物在烧结时发生晶型转变并伴有较大体积效应，这就会使烧结致密化发生困难，并容易引起坯体开裂。这时若能选用适宜的烧结助剂加以抑制，即可促进烧结。ZrO2烧结时添加一定量的CaO、MgO就属于这一机理。在1200℃左右，稳定的单斜ZrO2转变成四方ZrO z并伴有约10%的体积收缩，使制品稳定性变坏。引入电价比Zr4+低的Ca2+(或Mg抖)，可形成立方型的Zr1-x Ca x O2稳定固溶体。这样既防止了制品开裂，又增加了晶体中空位浓度使烧结加速。

(3)抑制晶粒长大

由于烧结后期晶粒长大，对烧结致密化有重要作用。但若二次再结晶或间断性晶粒长大过快，又会因晶粒变粗、晶界变宽而出现反致密化现象并影响制品的显微织构。这时，可通过加入能抑制晶粒异常长大的烧结助剂，来促进致密化进程。例如上面提及的在Al2O3中加入少量MgO就有这种作用。此时，MgO与Al2O3形成的镁铝尖晶石分布于Al2O3颗粒之间，抑制了晶粒长大，并促使气孔的排除，因而可能获得充分致密的透明氧化铝多晶体。但应指出，由于晶粒成长与烧结的关系较为复杂，正常的晶粒长大是有益的，要抑制的只是二次再结晶引起的异常晶粒长大。因此，并不是能抑制晶粒长大的烧结助剂都会有助于烧结。

(4)产生液相

烧结时若有适宜的液相，往往会大大促进颗粒重排和传质过程。烧结助剂的另一作用机理，就在于能在较低温度下产生液相以促进烧结。液相的出现，可能是烧结助剂本身熔点较低；也可能与烧结物形成多元低共熔物。例如，在BeO中加入少量CaO、SrO、TiO2；在MgO中加入少量V205或CuO等是属于前者；而在Al2O3中加入CaO和TiO2、MnO和TiO2以及SiO2和CaO等混合烧结助剂时，则两种作用兼而有之，从而能更有效加速烧结。例如在生产“九五瓷”(95%Al2O3)时，加入少量CaO和SiO2，因形成CaO—Al2O3一SiO2玻璃可能使烧结温度降低到1500℃左右，并能改善其电性能。