氧化铝陶瓷

• 一、γAl2O3
• 水铝矿及氢氧化铝矿等氧化铝水化物的脱水过程 中生成的过渡氧化铝。
• 六方晶系，尖晶石结构。
晶格常数较大，密度低，结构松散，良好吸附力。 高温不稳定
1200度转化为αAl2O3 多孔材料，吸附剂
• 二、αAl2O3 • 三方晶系，刚玉型结构
• 结构最紧密，活性低，温度稳定，电学性 能和机电性能优良
铝土矿 Al2O3 电弧炉 熔融
2000－2400 人造刚玉、电熔刚玉
2、原料的要求
• 化学组成精确 • 纯度高适当小的颗粒尺寸 • 颗粒分布范围窄 • 分散性好、无团聚
3、原料处理
• （1）：预烧
• 使γAl2O3转变成稳定的αAl2O3，避免氧化铝陶瓷 在烧结过程中因晶型转变产生裂纹。
• 利用晶型转变产生热应力，Al2O3原料脆性提高， 易于原料进一步细化
• （2）99瓷 • 99 ％， • 烧结温度：17000C • 坩锅、耐火炉管、耐磨材料（水阀、密封件）
•3）95瓷
•95 ％，
•烧结温度：16500C
•中等耐腐烛材料、耐磨材料
• （4）85瓷 • 85％， • 烧结温度：14000C－1600 0C • 致密的细晶结构，电真空装置 • （5）75瓷 • 75％ • 电阻瓷、集成电路封装管
• 第三章 氧化铝陶瓷
第一节 氧化物陶瓷概述
• 一种或两种以上的氧化物
• 原子结合主要以离子键为主，存在部分共 价键。
• 高熔点，良好的电绝缘性能，优异的化学 稳定性和抗氧化性。
第二节 氧化铝陶瓷概述
• 一、氧化铝陶瓷组成
• 又称刚玉瓷，以a－Al2O3为主晶相的陶瓷材料。 • 根据Al2O3含量：75瓷、85瓷、95瓷和99瓷。 • 主晶相：莫来石瓷、刚玉—莫来石瓷和刚玉瓷 • 添加剂：铬刚玉、钛刚玉。
• 1912年 氧化铝陶瓷刀具 • 1931年德国Siemens Halske公司将氧化铝陶瓷应
用于火花塞材料，并获得“Sinter Korund”专利。 • 热震性能差 • 1970s Al2O3+TiO2复合陶瓷刀具
• 二、分类：
• （1）高纯Al2O3陶瓷 • 99.9％，Tm=20500C • 烧结温度：16500C－1950 0C • 化学稳定性好， 代替Pt坩锅 • 导热性好，集成电路基板 • 绝缘性好， 高频绝缘材料 • 透光性、耐Na蒸气辅烛，钠灯管
• 三、 βAl2O3 • 多铝酸盐矿物，RO.6Al2O3、R2O.11Al2O3
• [NaO]-1层和[Al11O12]＋类型尖晶石单元交叠 堆积而成。
• 材料强度低பைடு நூலகம்不能用于结构材料，介电损耗大， 不能用于机电材料。
• Na＋完全包含在垂直于c轴的松散堆积平面内，在 这个平面内可快速扩散，呈现离子型导电。如： 300度，钠离子扩散系数达1×10-5cm2/s导电率达 3×10-3s/m
4、高纯Al2O3粉体制备方法
• A：铵明矾热分解法
• 纯度99.9%以上，烧成品半透明，常制备高压 钠灯灯管。
• B、碳酸铝铵热分解法
• C： 有机铝盐热分解法（sol－gel法） • 烷基铝和铝醇盐加水分解而制得氢氧化铝，
在进行热分解
• D：水热法、共沉淀法
二、 成型
• 干压法成型、注浆成型、挤压成型、冷等静 压成型、热等静压成型、热压成型、注射成 型、流延成型等等。
• 吸附于Al2O3粉体表面，形成具有一定离子场 分布的新表面
• A：分散效应：
• 减弱粉体间相互作用力，提高分散性，强化研 磨效果
• B：润滑效应：粉料间相互作用力减弱，摩擦 力减小，流动性增加，利于粗颗粒暴露而永受 研磨作用，提高研磨效率
• C：劈裂效应：粉料受撞击与碾压作用时，会 出现裂纹，当应力去除时，裂纹会弥合，而助 磨剂会填塞于裂纹处，使之不弥合
• 粉体在粉碎过程中，受到热作用或机械力的撞击、 碾压、剪切，使原来完整晶格结构受到不同程度 的破坏，在颗粒内部出现裂纹、位错，表面原子 会出现不同程度的偏离，甚至会呈现无定形状态。 即增加了颗粒的缺陷能，质点更容易脱离原有位 置的束缚，便于材料在烧结过程中的物质的传递 或转移。
• 总之，粉末微细化，能加速粉料在烧结过程中动 力学过程、降低烧结温度和缩短烧结时间、改善 和提高陶瓷的各项性能。
• 钠硫电池和钠溴电池的隔膜材料，广泛的应用于 电子手表、电子照相机、听诊器和心脏起搏器。
第四节 氧化铝陶瓷的制备工艺
• 粉体的制备 • 成型 • 烧结
一、原料的制备
• 1 工业原料的制备 • A：拜耳法（1889－1892年发明）
铝土矿： 主要成分为Al2O3还有少量的Fe2O3 等杂质
铝土矿
• 小于1μm占15－30％，若大于40％，烧结时会出现严 重晶粒长大。
• 5μm的颗粒大于10—15％会明显妨碍烧结。 • 成型方式不同： • 注浆成型小于2μm的粉体应达到70%—85% • 半干压成型小于2μm的粉体应达到50%—70%
球磨、振动磨、搅拌磨、气流磨
• 干磨和湿磨
• 球磨：外加1％－3％的助磨剂，如：油酸
单相Al2O3陶瓷组织
Al2O3密封、气动 陶瓷配件
Al2O3化工、耐磨陶 瓷配件
95瓷纺织件 99瓷纺织件
氧化铝耐 高温喷嘴
氧 化 铝 陶 瓷 密 封 环
氧化铝陶瓷坩埚
氧化铝陶瓷转心球阀
第三节 氧化铝的结构
• 12种同质异晶体，1300度高温几乎完全转 化为αAl2O3
• 主要有三种： • αAl2O3，βAl2O3，γAl2O3
• 可以排除原料中的Na2O，提高原料纯度 • 关键指标：预烧温度（1300－1400）
• 预烧温度过低，晶型不能完全转变
• 预烧温度过高，粉体发生烧结，不易粉碎且活性 降低。
• 添加剂：H3BO3、AlF3、NH4F等。
• （2）原料粉碎
• 粉料微细化，表面原子数目增多，粉体具有较高 的化学表面能，利于粉体参与物理或化学发应
二氧化碳
Al2O3
溶解 过滤 酸化 过滤 灼烧
NaAlO2
Al(OH)3
NaOH溶液 残渣
滤液 1150—1200
残渣：钠长石及Fe和Ti杂质
铝土矿 B：贫矿石
酸化
H2SO4
二氧化碳
Al2O3
溶解 过滤
NaAlO2
NaOH溶液 残渣
酸化 过滤
灼烧
Al(OH)3 滤液 1150—1200
C：高纯度AL2O3