氧化铝陶瓷低温烧结助剂研究概述
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*何舜1,2高晓磊1,2李爽1,2洪静静1,2(1陕西华星电子集团有限公司陕西咸阳712000)(2咸阳澳华瓷业有限公司陕西咸阳712000)摘要笔者介绍了降低A l2O3陶瓷烧结温度的途径和原理,重点论述了A l2O3陶瓷烧结助剂研究现状,并对存在的问题和将来的研究方向进行了展望㊂关键词 A l2O3陶瓷低温烧结烧结助剂中图分类号:T Q174.75文献标识码:A 文章编号1002-2872(2020)08-0012-04O v e r v i e wo fR e s e a r c ho nA l u m i n aC e r a m i cL o wT e m p e r a t u r e S i n t e r i n g A u x i l i a r i e sH ES h u n1,2,G A O X i a o l e i1,2,L IS h u a n g1,2,HO N GJ i n g j i n g1,2(1S h a a n x iH u a x i n g E l e c t r o n i c sG r o u p C o.L t d,S h a a n x i, X i a n y a n g,712000,C h i n a)(2X i a n y a n g A u h u aP o r c e l a i n I n d u s t r y C o.L t d,S h a a n x i,X i a n y a n g,712000,C h i n a)A b s t r a c t:T h em e t h o da n d p r i n c i p l eo f r e d u c i n g t h es i n t e r i n g t e m p e r a t u r eo fA l2O3c e r a m i c sa r e i n t r o d u c e d,a n dt h er e-s e a r c hs t a t u s o fA l2O3c e r a m i c s s i n t e r i n g a i d s i sm a i n l y d i s c u s s e d,a n d t h e e x i s t i n gp r o b l e m s a n d f u t u r e r e s e a r c hd i r e c t i o n s a r e p r o s p e c t e d.K e y w o r d s:A l2O3c e r a m i c s;L o wt e m p e r a t u r e s i n t e r i n g;S i n t e r i n g a i dA l2O3陶瓷是目前世界上生产量最大㊁应用面最广的陶瓷材料之一,广泛应用在机械㊁电子㊁化工㊁航天等领域[1~5]㊂与其他氧化物类陶瓷相比,A l2O3陶瓷不仅具有良好的机械性能和电性能,且来源广泛,价格较低㊂A l2O3陶瓷在机械性能方面主要用于陶瓷刀具㊁轴承等,尤其是A l2O3陶瓷刀具具有优良的韧性㊁强度和耐用度,越来越多的传统刀具正在被其替代;在电子方面主要用在各种陶瓷基板和绝缘瓷件,生产出的A l2O3陶瓷基片绝缘性好㊁强度高[6~7];在化工方面主要应用在A l2O3陶瓷膜,热稳定性好,耐酸耐腐蚀;在航空航天方面则应用在A l2O3基纤维,增强复合材料隔热性能㊂因A l2O3的熔点为2050ħ,致使烧成A l2O3陶瓷需较高的温度和热耗[8~10]㊂如常见的95A l2O3陶瓷(陶瓷中A l2O3含量为95%)烧结温度大于1600ħ,所需的窑具比低温陶瓷贵,且窑具在使用中损耗较大㊁维修较复杂,制约了A l2O3陶瓷的应用㊂因此,降低A l2O3陶瓷的烧结温度,不仅降低生产成本㊁节约能源,更有利在其他领域的进一步应用㊂1降低烧结温度的几种途径目前,降低A l2O3陶瓷烧结温度方法较为常见的有:用A l2O3细粉或微粉代替工业A l2O3粉;采取热压烧结㊁氢气烧结等特殊烧结工艺;添加烧结助剂(复合熔剂)㊂使用粒径较小的超细A l2O3粉,能够提高原料A l2O3的活性,A l2O3粉越细,烧结比表面能越大,能够有效促进扩散速率,有利于烧结㊂热压烧结是通过在升温的过程中,施加一定压力,使得陶瓷能够在低温下实现成瓷,常压在烧成温度1 800ħ下烧结的A l2O3瓷件在热压20M P a下烧成温度可降低至1500ħ[11~12];氢气烧结则是利用氢气气氛下能够形成阴离子空位,加快烧结速率,降低烧结温度,且瓷件具有较高的机械性能㊂烧结助剂可粗略分为2大类:(1)T i O2㊁M n O2等变价氧化物,它们与A l2O3能够生成固溶体,A l3+与它们的离子半径㊁价态不同,通过变价作用,致使A l2O3粒子产生缺陷,活化晶格,降低烧结温度㊂(2)添加在烧结过程中能够产生液相的助剂,例如M g O㊁C a O㊁S i O2等,它们能够与其它外加添加剂形成低熔共融物,在较低温度下生成液相,液相通过其表面张力填充气孔,能够在一定程度上抑制晶粒的再结晶,㊃21㊃陶瓷C e r a m i c s(研究与开发)2020年08月*基金项目:陕西省外经贸发展专项资金项目;咸阳市中小企业专项资金资助项目㊂作者简介:何舜(1993-),硕士研究生;主要从事75㊁95氧化铝陶瓷研究工作㊂促进烧结过程,降低烧结温度㊂超细A l2O3粉的价格比一般的工业A l2O3粉要昂贵,会给大规模工业化生产会带来成本的急剧增加㊂而采用特殊烧结工艺,如热压烧结㊁氢气烧结等都面临生产效率低㊁只能生产形状不太复杂的制品,存在无法大批量生产㊁成本高等问题[13~15]㊂添加廉价的烧结助剂能够弥补上述方法的不足,既可以有效降低烧结温度,又是适宜工业化生产的有效方法㊂2常用烧结助剂体系单一的烧结助剂很难达到预期降低烧结温度的目的,而过度增加烧结助剂种类又会造成生产管理上的不便和成本的增加㊂因此,在实际生产中多采用三元㊁四元和五元体系助剂㊂2.1三元体系吴懋等[16]使用M n O2-T i O2-M g O作为96A l2O3陶瓷的复合熔剂,在1350ħ下实现A l2O3陶瓷烧结成瓷,重点探究了复合熔剂的添加量对其性能的影响㊂研究发现,当M n O2-T i O2-M g O的添加量为4%时,样品微观颗粒均匀,外貌呈等轴状,此时样品烧结致密,成瓷温度最低㊂这是由于M n O2㊁T i O2与A l2O3易构成有限固溶体,使得A l2O3晶格产生缺陷;M g O与A l2O3产生的镁铝尖晶石M g A l2O4能够抑制晶粒的生长速率,在降低烧结温度的同时提高了机械性能,实验测得陶瓷样品的密度为3.76g/c m3,相对密度为94.7%㊂陈安康等[17]通过添加M n O2-T i O2-M g O作为复合熔剂在1300ħ成功制备出抗弯强度为77.63M P a,孔隙率35.71%的95A l2O3陶瓷样品,样品采用固态粒子烧结法烧结㊂研究发现,当添加3%的T i O2㊁1.5%的M n O2㊁0.5%的M g O时,纯水通量为6741.53L/m2㊃h㊃M P a, A l2O3陶瓷样品的化学性能最佳,酸/碱腐蚀质量损失率为1.02%/0.99%㊂实验所得结论与其他研究者结论一致,M g O与A l2O3生成的M g A l2O4能够在晶界处产生钉扎作用,阻碍A l2O3晶体的过分生长,使得A l2O3陶瓷细腻㊁致密化;T i O2和M n O2与A l2O3电价㊁离子半径不同,引起晶体畸变,使得A l2O3内的扩散速率加快,促进A l2O3陶瓷晶粒细晶化,降低烧结温度㊂周新星等[18]研究M g O-T i O2-L a2O3为烧结助剂,采用模压成形工艺压制的95A l2O3陶瓷,在常压1500ħ下烧结成瓷,实验通过测试样品体积密度㊁抗弯强度和硬度,探究M g O-T i O2-L a2O3添加量对陶瓷性能的影响㊂实验发现:当M g O含量为1. 5%,T i O2为1.0%,L a2O3为2.5%,陶瓷的抗弯强度可达348.94M P a,硬度为79.6H R A㊂L a2O3能够与A l2O3在其晶界边缘处产生钉扎现象,抑制晶粒的生长,降低界面能与表面能之比,降低烧结温度,并且在高温下能够降低烧结液体黏度,高温液相更易流动,从而促进烧结㊂亢静锐等[19]在空气气氛常压1450ħ下制备出介电常数为9.88,相对密度为98.61%的A l2O3陶瓷样品,以C a O-S i O2-T i O2为复合熔剂,探究C a O的质量分数和烧结温度对样品性能的影响㊂结果表明:添加C a O能够在一定范围内对陶瓷样品性能产生影响㊂当增加C a O的添加量,样品的性能会逐渐提高;当加入0.4%的C a O,样品的品质因数值㊁谐振频率温度系数达到最佳21957G H z㊁21.353ˑ106ħ㊂添加适量的C a O能够有效抑制晶粒的异向生长,有利于A l2O3晶粒大小分布均匀,且C a2+与A l3+的半径㊁电价的不同,致使A l3+晶格产生活化,降低烧结活化能,从而降低烧结温度㊂李子成等[20]以C a O-M g O -S i O2为复相烧结添加剂,采用溶胶-凝胶工艺,常压下1300ħ合成的A l2O3陶瓷,研究了C a O-M g O -S i O2的组成及添加量对实验样品结构和性能的影响㊂研究表明:通过添加质量分数为2.5%的C a O-5M g O-5S i O2,能够显著降低烧结温度,此时A l2O3陶瓷结构致密,性能最佳,致密度为99.7%㊂适量的C a O-M g O-S i O2添加剂产生的玻璃液相能够促进主晶相质点迁移,抑制晶粒的异常长大,从而降低烧结温度,提高陶瓷性能㊂肖强等[21]以T i O2-M n O2-M g O㊁M n O2-T i O2-L a2O3和T i O2-M g O-L a2O3为复合熔剂,常压下模压成形陶瓷样品,对其性能进行了研究㊂实验发现:以M n O2-T i O2-L a2O3为烧结添加剂能够降低烧结温度至1450ħ,在此温度下保温4h时,A l2O3陶瓷的烧结性能及机械性能最佳,A l2O3陶瓷的抗弯强度达到342.88M P a,洛氏硬度为86.5H R A㊂M n O2-T i O2-L a2O3添加剂能够显著促进陶瓷样品致密化,提高其力学性能㊂Y a n g等[22]实验探究了三元助烧剂S i O2-M n O2-M g O中M n O2含量㊁S i O2含量和M g O含量对样品烧成温度和性能的影响㊂实验结果表明,添加S i O2㊁M n O2㊁M g O能够降低成瓷温度至1550ħ,并对陶瓷力学性能产生影响,其中影响最大的是S i O2㊂实验得出当㊃31㊃(研究与开发)2020年08月陶瓷C e r a m i c sM n O2含量为2%㊁S i O2含量为0.5%㊁M g O含量为0. 3%时,得到抗弯强度为458.1M P a的A l2O3陶瓷㊂2.2四元体系史国普等[23]添加C a O-M g O-S i O2玻璃(C M S)和T i O2至工业A l2O3中,探究烧结助剂含量对陶瓷性能的影响㊂研究结果表明:96A l2O3陶瓷能够在1 450ħ下烧结致密,当C M S和T i O2添加量分别为3%和1%时,A l2O3陶瓷的致密化程度最高,达到98. 25%㊂因为C M S和T i O2在1390ħ时已经完全转变为液相,有利于快速填充气孔,并且溶解小晶粒沉淀到大晶粒表面,加快致密化速率,降低烧结活化能,促进烧结㊂胡继林等[24]研究了添加M n O2-T i O2-C a O -L a2O3对95A l2O3陶瓷烧成温度的影响㊂实验陶瓷样品在1550ħ下致密烧结,体积密度为3.76g/ c m3,又进一步研究了M n O2添加量对样品性能的影响,研究发现,当添加3%的M n O2时,陶瓷性能明显提高,抗弯强度和洛氏硬度提高至355.22M P a和84.3 H R A㊂这是由于M n O2能够与A l2O3生成有限固溶体,晶格产生缺陷,降低烧结温度㊂胡成等[25]通过添加一定量的T b4O7到烧结助剂C a O-S i O2-M g O体系中,探究T b4O7和烧结气氛对A l2O3陶瓷性能的影响,研究发现:T b4O7能够与C a O㊁A l2O3等形成晶界间相,阻碍固相扩散,有效抑制A l2O3晶粒的生长,提高A l2O3陶瓷性能,促进烧结,降低烧结温度㊂赵军等[26]使用纳米T i O2和预先制备的C a O-M g O-S i O2玻璃作为复合助剂,添加到平均粒径为6.5μm 的工业A l2O3粉中,烧结温度1450ħ下制备出94-A l2O3陶瓷,实验重点考察了复合助剂的不同配比对A l2O3陶瓷性能的影响,并阐述了复合熔剂的作用机理㊂结果表明:当T i O2和C a O-M g O-S i O2添加量比为1ʒ1,添加总量为6%时,A l2O3陶瓷的相对密度可达93.07%,抗折强度为362.87M P a㊂添加适量的T i O2和C a O-M g O-S i O2能够有利于快速排出气孔,增加A l2O3晶格缺陷,抑制晶粒的异常长大,促进晶粒细化,降低烧成温度,提高陶瓷的力学性能㊂但若添加过量的复合熔剂会造成液相包裹晶粒,导致气孔难以排出和晶粒的异常长大,力学性能降低㊂顾皓等[27]进一步研究了S i O2对95A l2O3陶瓷性能的影响,实验以M g O-M n O2-T i O2-S i O2为复合熔剂㊂采用注浆成形工艺,在1400ħ空气气氛下烧成,实验结果表明:维持复相烧结助剂添加量不变(0.5%M g O, 3%M n O2,1.5%T i O2),通过改变S i O2的添加量至0.5%时,陶瓷样品的试样收缩率为34.29%,相对密度为97.88%㊂非晶态的S i O2能够在较低温度下的晶界处产生液相,促进烧结,晶粒排列整齐均匀,提高了陶瓷材料的致密性和力学性能,抗弯强度可达298.43 M P a㊂2.3五元体系董伟霞等[28]通过添加M g O-C a O-Z n O-S i O2 -M g F2为烧结助剂,在烧结温度1270~1330ħ下制备出75A l2O3陶瓷,重点探究了M g F2添加量对陶瓷力学性能的影响㊂实验结果表明:当M g F2的添加量为2%时,通过观察样品显微结构,M g F2能够与A l2O3生成镁铝尖晶石,并且改变A l2O3晶体的种类,促使柱状a-A l2O3向片状转变,促进陶瓷样品的致密化,体积密度为3.18g/c m3,提高抗弯强度至165 M P a,显著降低烧成温度㊂但随着M g F2添加量的过量添加,会导致A l2O3晶粒和尖晶石晶粒长大,降低陶瓷的性能㊂谭伟等[29]利用复合矿化剂C a O-M g O -B a O-S i O2-Z r O2能在低温生成液相,添加10%的复合矿化剂制备的90A l2O3陶瓷,模压成形样品,在1420ħ下烧结致密,密度达3.77g/c m3㊂复合矿化剂C a O-M g O-B a O-S i O2-Z r O2能够在较低温度下生成液相,加速陶瓷样品中气孔的消除和A l2O3小晶粒溶解沉淀到大颗粒表面,并且Z r O2能够在A l2O3晶粒边缘形成钉扎现象,抑制A l2O3晶粒的过度生长,促进晶粒细化,Z r O2的相变韧化作用㊁显微裂纹韧化㊁裂纹转向与分叉都能够在降低烧结温度的同时提高陶瓷材料的力学性能㊂李文杰等[30]添加M g O-C a O-S i O2-L a2O3-Y2O3到工业A l2O3中,制备的98A l2O3陶瓷,样品在1520ħ下烧结致密,吸水率测定为0,样品性能达到最佳,陶瓷耐磨性是国家行业标准的1000倍㊂M g O㊁C a O㊁S i O2与A l2O3生成镁铝尖晶石㊁铝酸钙等促进液相在低温生成㊂稀土氧化物L a2O3和Y2O3能够固溶A l2O3表面,阻碍粒子的进一步生长,细化晶粒,提高耐磨性能,降低烧结温度㊂近年来学者们针对烧结助剂的研究已经做了大量工作,在满足低温烧成A l2O3陶瓷的同时,也在不断提高其机械性能和电性能㊂但目前的研究成果大部分主要还集中在实验室阶段,与实际生产联系得不够紧密㊂降低复合烧结助剂的制造成本,不同成形工艺对烧结助剂的不同要求,低熔点烧结助剂氧化物之间的作用机理,烧结助剂在不同温度段的基础理论等方面还有待进一步研究㊂㊃41㊃陶瓷C e r a m i c s(研究与开发)2020年08月参考文献[1]W u S h i x i o n g,Z h a n g F e n g l i 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氧化铝陶瓷低温烧结与裂纹自愈合研究
氧化铝陶瓷低温烧结与裂纹自愈合研究氧化铝陶瓷的低温烧结一直是人们研究的热点之一,通过添加剂来降低烧结温度是较为有效的方法。
而在结构陶瓷的制备、加工与使用过程中,裂纹的出现十分常见,裂纹引起的强度的衰减及可靠性降低等问题极大地限制了材料的实际应用。
本文以MgO-MnO_2-TiO_2-SiO_2复相添加剂作为氧化铝陶瓷的烧结助剂,采用注浆成型工艺,在1400℃、1450℃下空气中烧结,保温1h制备低温烧结氧化铝陶瓷;研究了添加剂SiO_2的含量与粒度,烧结温度对低温烧结Al_2O_3陶瓷材料性能的影响。
对于添加纳米SiO_2烧结添加剂的氧化铝陶瓷材料试样,通过Vickers压痕在材料表面引入裂纹,经1000℃、1100℃、1200℃高温处理,研究裂纹愈合效果。
测定了烧结试样的密度,收缩率,硬度。
对烧结与裂纹愈合前后试样的三点弯曲强度进行了检测;利用XRD分析了烧结及愈合处理试样的相组成;通过SEM扫描电子显微镜观察烧结试样的断口及表面形貌;并讨论了低温烧结Al_2O_3基陶瓷的烧结和裂纹愈合机理。
结果表明:加入SiO_2对氧化铝陶瓷的低温烧结是非常有利的。
当加入0.5wt%SiO_2时,制备的Al_2O_3基陶瓷材料的三点弯曲强度达到299MPa。
但随着SiO_2加入量的不断增大氧化铝陶瓷三点弯曲强度有下降的趋势。
添加剂的粒度对制备的材料性能影响明显。
当采用纳米级取代微米级SiO_2时,1450℃试样烧结后,0.5wt%SiO_2试样三点弯曲强度高达306.21 MPa,相对密度达到98.12%。
添加纳米SiO_2的带压痕试样经1000℃、1100℃、1200℃热处理1小时后,表面压痕裂纹均出现一定程度自愈合现象,材料的压痕强度经愈合处理后均有提高,但提高幅度差别较大。
其中1200℃时,添加纳米1%wtSiO_2试样处理后三点弯曲强度最高,达到300.27MPa(恢复率:61.84%),已经达到了材料原始强度的水平;而添加纳米3%wtSiO_2试样愈合效果最高佳(恢复率:112.2%),弯曲强度达到296.7MPa,达到并超过了材料的原始烧结强度。
低温烧结氧化铝陶瓷
文章编号:1671-3559(2007)01-0017-03收稿日期:2006-10-30基金项目:山东省自然科学基金(Y2006F5);济南市科技明星计划(50119)作者简介:史国普(1981-),男,内蒙古商都人,硕士生;王 志(1962-),山东莱西人,博士,教授,硕士生导师。
低温烧结氧化铝陶瓷史国普,王 志,侯宪钦,孙 翔,俎全高,徐秋红(济南大学材料科学与工程学院,山东济南250022)摘 要:选用CaO-MgO-SiO 2(CMS)和TiO 2两种添加剂来降低氧化铝陶瓷的烧结温度。
通过设计正交试验讨论烧结助剂和烧结温度对氧化铝陶瓷的相对密度的影响规律,并用扫描电子显微镜观察了不同配方氧化铝陶瓷的显微结构。
结果发现:C MS 质量分数为6%、TiO 2质量分数为1%、烧结温度为1500e 时氧化铝陶瓷的相对密度98.71%。
同时晶体发育比较均匀,没有出现晶体的异常长大和二次再结晶现象。
关键词:Al 2O 3陶瓷;相对密度;添加剂;晶体中图分类号:T B321文献标识码:A氧化铝陶瓷熔点高,硬度高,且有优良的热稳定性和化学稳定性,是优异的工程陶瓷材料之一。
但其离子键较强,从而导致其质点扩散系数低(Al 3+在1700e 时扩散系数仅10-11c m 2#s -1)、烧结温度较高。
例如99氧化铝陶瓷的烧结温度可高达近1800e 。
如此高的烧结温度将促使晶粒长大,残余气孔聚集长大,导致材料力学性能降低,同时也造成材料气密性差,且对窑炉耐火砖的损害较大。
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。
对于陶瓷材料而言,一般采用两种途径来降低其烧结温度[1]:一是通过获得超细颗粒、无团聚、以及分散均匀的良好烧结活性的粉体来达到降低烧结温度的目的;二是添加适量的烧结助剂,以达到促进材料致密化并且在低温烧结的目的。
【精品文章】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。
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。
Al_Al_2O_3陶瓷基复合材料的低温烧结
Al/Al2O3陶瓷基复合材料的低温烧结汤文明 丁厚福 吕 王君 郑治祥(合肥工业大学,安徽230009)摘要 介绍了在合理选择助烧剂的前提下,低温烧结制造低成本Al/Al2O3陶瓷基复合材料的方法。
结果表明,助烧剂及反应产物在800℃以上,处于流体状态,产生粘滞流动,促进固体颗粒的相对移动,形成紧密堆积,从而引起体积收缩及致密化。
1000℃以下,由于流体的流动性随温度升高而增大,烧结过程得以充分进行,材料的性能值也明显升高;而在1000℃以上,这种现象并不明显。
可见,选择1000℃作为Al/Al2O3陶瓷基复合材料的烧结温度是合适的。
主题词 Al2O3 陶瓷 低温烧结1 引言Al2O3陶瓷材料具有特别优良的强度、硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温等性能,而且资源丰富、价格便宜,所以开发应用Al2O3陶瓷材料具有非常显著的经济效益,现已广泛用于刀具、磨料磨具、电子、拉丝模及高温炉具等生产应用领域。
但是Al2O3陶瓷材料的脆性本质〔1〕严重制约了其在工程结构材料等领域内的应用。
近年来,采用复合材料技术,对基体材料进行增韧补强〔2〕,已开发出一系列性能优良的陶瓷基复合材料。
Al/Al2O3陶瓷基复合材料是一种新型的有代表性的Al2O3基复合材料,在机械耐磨件、化工耐腐蚀件等的应用领域内有十分重要的应用价值。
烧结是陶瓷材料及陶瓷基复合材料制造过程中最重要的环节。
烧结温度的合理选择直接关系到材料制成品的质量及制造成本。
在满足制成品质量要求的前提下,降低烧结温度能显著地减少设备投资,提高生产效率,降低生产成本。
本文在合理选择成分的前提下,选择不同的温度,用对比实验法结合理论分析,确定Al/Al2O3陶瓷基复合材料最佳的烧结温度。
2 实验实验使用的材料主要为金属Al、Al2O3及助烧剂的粉末,纯度均在99%以上。
Al/ Al2O3陶瓷基复合材料采用普通陶瓷的制造工艺,工艺过程如下:配料→混料→压制成形→烧结→性能测试。
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。
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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。