浅谈添加剂在氧化铝陶瓷中的应用分析

2007-12-03 11:24:04| 分类：个人日记|举报|字号订阅

浅谈添加剂在氧化铝陶瓷中的应用分析

摘要：阐述了添加剂对A12O3陶瓷的性能影响的原理及机制,综述近年来A12O3陶瓷的添加剂应用研究现状。并详细论述了不同添加剂对A12O3晶粒异向生长及其性能的影响,分析了不同条件下A12O3晶粒的显微结构及其异向生长机理。最后对下一步的研究方向进行了展望。

关键词：添加剂氧化铝陶瓷进展

1，引言：

在工业日益发展的今天氧化铝陶瓷具有高硬度、耐高温、耐磨、抗氧化、强度良好等特点,已广泛应用于机械、冶金、化工、医疗等各个领域,是应用最广泛的结构陶瓷. 但因韧性差,强度有待提高,而影响了它的使用寿命和更广泛的应用，，然而由于Al2O3 自身阳离子电荷多, 半径小, 离子键强的特点,导致其晶格能较大, 扩散系数低, 烧结温度高. 一般纯氧化铝陶瓷的烧结温度在1 700 ℃以上, 这样高的烧结温度在工业上较难普遍实现, 而且不利于降低成本; 同时结构上也会存在较多的缺陷, 对材料力学性能不利. 为了促进氧化铝陶瓷致密化, 降低烧结

温度, 一般在原料里引入添加剂，从而添加剂对其性能的改善也日见重要！.

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。

氧化铝陶瓷常见种类有：刚玉瓷，高铝瓷，陶瓷刚玉磨料，氧化铝涂层，透明氧化铝陶瓷，多孔陶瓷等等.. ..

氧化铝瓷的常见晶型有a-Al2O3 β-Al2O3 γ-Al2O3等添加剂的引入可使其晶型转变从而提高其化学物理性能。

本文将从添加剂使氧化铝陶瓷晶型转变和烧结等方面的改变，进行阐述和分析。

2 为何添加剂对氧化铝陶瓷性能可以产生影响

2.1 几种常见的应用于氧化铝陶瓷中的添加剂

典型的以固溶烧结方式促进氧化铝致密的添加剂为TiO2 、MgO 以及

Y2O3 等. 其中促进烧结效果最明显的是TiO2 , 而MgO 和Y2O3 有不同的影响作用. MgO 在降低烧结温度上没有TiO2 的效果明显, 但是它能细化氧化铝晶粒, 在一定条件下使之完全致密化, 达到理论密度，Y2O3 对氧化铝的烧结是有害的 , 但是它能有效改变氧化铝晶粒形貌, 并且会在晶界中以钇铝石榴石的形态析出, 对氧化铝陶瓷的高温力学性能有利. 添加剂的选择应该考虑到可能的作用方式, 如果是液相烧结, 有必要对形成液相的低共熔点、液相的粘度、与氧化铝基体的润湿情况进行考察; 如果是固溶烧结, 那么有必要对添加剂离子半径、电价进行考虑.考虑到Nb 与Al 的原子半径和离子半径相差不大, 而Nb5 + 与

Al3 + 离子电价上相差较大, 因而向氧化铝中引入Nb2O5 后能使氧化铝晶格产生较大的畸变能, 可能会对氧化铝陶瓷的烧结有较好的促进作用.

单独添加MgO能抑制A12O3 晶粒的异向生长，而大部分添加剂(如

TiO2, SiO2, CaO 等)则能诱导氧化铝晶粒在特定方向上快速生长，形成板状或片状的晶粒；添加剂CaF2，La2O3，CeO2，Cr2O3，Na2O 则诱导氧化铝晶粒异向生长，在晶界处形成板状或棒状化合物，起到了很好的自增韧效果

以Nb2O5 为添加剂, 降低了氧化铝陶瓷的烧结温度, 使氧化铝晶粒迅速长大. 对烧结性能和显微结构分析表明, Nb2O5在氧化铝晶格中的固溶促进了氧化铝的烧结. 烧结性能结果显示, 掺杂1.0%Nb2O5 的氧化铝样品在1 500 ℃下获得最大致密度,不同添加剂含量的样品晶粒平均尺寸不一样, 添加量为1.0%时为

9μm;为2. 0 %时为16μm.力学性能测试结果显示, 引入Nb2O5 后能够在不影响力学性能的前提下降低烧结温度.以Nb2O5 为烧结助剂, 通过无压烧结制备氧化铝陶瓷. 研究了Nb2O5 对氧化铝陶瓷的致密化和显微结构的影响. 结果表明, 少量的Nb2O5对氧化铝陶瓷的致密化具有明显的促进作用, 当Nb2O5 的添加量为1 %时, 可使氧化铝陶瓷在1500 ℃获得致密. 显微结构上, Nb2O5 对氧化铝的晶粒生长也具有显著的促进作用.Nb2O5 对致密化和晶粒生长的促进作用主要是通过它在氧化铝晶粒中的固溶来实现的. 力学性能测试表明:加入

Nb2O5 后能够在不影响力学性能的前提下降低烧结温度.

把形成液相的MnO+TiO2复相添加剂加入到氧化铝中，把氧化铝陶瓷烧结到接近理论密度，即而很少有气孔被包裹到晶粒内去，绝大部分被排除掉，从而促进

氧化铝的烧结。并可以使氧化铝陶瓷在约.12500 C下致密，相对密度达到98%以上，除此之外，典型的液相型添加剂还有CAS，MAS 玻璃相。它们不仅对氧化铝陶瓷的烧结具有不同程度的促进作用，还对其显微结构产生极大的影响，可以促使氧化铝生成各向异性的晶粒，使之具有较大的长径比

CuO+TiO2复相添加剂

极大地促进了氧化铝的烧结，可以使烧结温度降低到1300O下。当CuO与TiO2质量比为1/2时，促进致密效果最好，使相对密度达到99%。液相烧结可以分为3个过程，即颗粒重排、溶解-沉淀孔等结合过程，液相量越高，促进烧结的效果越好，烧结温度越低。添加剂加入后使氧化铝晶粒出现一定程度的生长，晶粒形貌、尺寸趋向一致。通过烧结动力学实验计算，得到掺杂CuO+TiO2的表观激活能为25.2千焦，氧化铝中的铝子的扩散过程控制了氧化铝陶瓷的烧结。以固溶烧结方式促进氧化铝致密的添加剂为TiO2 、MgO 以及Y2O3 等. 其中促进烧结效果最明显的是TiO2 , 而MgO 和Y2O3 有不同的影响作用. MgO 在降低烧结温度上没有TiO2 的效果明显, 但是它能细化氧化铝晶粒, 在一定条件下使之完全致密化, 达到理论密度由于Y3 + ( r = 0. 093 nm) 离子与

Al3 + ( r= 0. 041 3 nm) 离子半径相差很大, 因而Y2O3 对氧化铝的烧结是有害的.但是它能有效改变氧化铝晶粒形貌, 并且会在晶界中以钇铝石榴石的形态析出, 对氧化铝陶瓷的高温力学性能有利添加剂的选择应该考虑到可能的作用方式, 如果是液相烧结, 有必要对形成液相的低共熔点、液相的粘度、与氧化铝基体的润湿情况进行考察; 如果是固溶烧结, 那么有必要对添加剂离子半径行考虑.

(1) 有机添加剂显著地影响胶粒之间的相互作用，在溶胶中加入添加剂，溶胶的粘度增加，作为涂层用溶胶，其中的添加剂含量应不大于3%(wt)；

(2) 由于添加剂的包裹和隔离作用，与不加添加剂的涂层相比，涂层后多孔陶瓷载体的比表面积与孔径同时增加，满足了多孔陶瓷作为催化剂载体的要求；(3) 分子量不同的添加剂对提高多孔陶瓷载体的比表面积的贡献不同，焙烧温度900℃时比表面积的效果最好；

(4) 当涂层焙烧温度高于900℃，载体的氧化铝涂层的比表面积急剧减小，添加剂对提高载体比表面积的作用不大，故涂层的焙烧温度不应高于900℃。

2.2添加剂对其影响

添加剂抑制晶粒生长，促进烧结，促进陶瓷致密化，对氧化铝陶瓷晶型转变等方面均产生影响。下面就从烧结和晶型这两大方面进行阐述。

2.2.1 烧结

2.2.1.1添加剂的引入改变点缺陷的浓度，从而改变氧化铝离子的扩散系数；2.2.1.2添加剂加入后在晶界附近富集，影响晶界的迁移速度，从而减少晶粒长大的干扰作用；提高界面能，直接提高致密化的动力；

2.2.1.3添加剂可在晶界形成连续第二相，为原子扩散提供快速途径；第二相在晶界的钉扎作用，阻碍晶界迁移；以MgO为添加剂的高纯氧化铝陶瓷观察可知，紧密镶嵌在二晶粒边界上的MgAl2O4颗粒当材料断裂时，一旦裂纹扩展碰到它就会被钉扎住，或者改变方向，从而可以控制裂纹的发展，以提高材料的强度。

2.2.1.4添加剂诱导晶粒异向生长，在氧化铝烧结过程中，当有适量液相存在时，可能出现2种情况。一是微量液相在晶界的分布不连续，造成晶界上不同的液相传输，使晶粒生长在不同方向上有不同的速度；二是液相虽在晶界上连续分布，但受晶面能的影响，不同晶面有不同的润湿性，从而诱导晶粒异向生长。然而必须指出：在液相烧结过中，氧化铝晶粒只在受晶面反应速率控制而非液膜扩散控制的条件下才能发生异向生长。通过人为地加入一些添加剂，烧结过程中于晶界处产生液相，从而诱导晶粒异向生长。不同添加剂对氧化铝晶粒生长产生不同的影响，晶粒异向生长提高了氧化铝陶瓷材料的断裂韧性。

2.2.2 氧化铝晶型

氧化铝的晶型有很多，下面就几种主要晶型进行阐述：

a-Al2O3晶体是一种结构紧密.离子键强度很高的晶体。俗称刚玉，属三方柱状晶体。晶体结构中氧离子形成六方最紧密堆积，铝离子则在6个氧离子围成的八面体中心，由于它具有熔点高，硬度大，耐化学腐蚀，优良的介电性，是氧化铝各种形态中最稳定的晶型，也是自然界中唯一存在的。用他做原料制备的氧化铝陶瓷材料是非常优异的。

β- Al2O3，实际上不是氧化铝的变体，而是一种含碱金属的铝酸盐，它是一种不稳定的化合物。加热时，会分解且温度取决于高温煅烧时的气氛和压力，在空气或氢气中1200度开始分解。它有明显的离子导电能力和松弛极化现象，介电损耗大，电绝缘性能差。所以，在制造无线电陶瓷时不允许它存在。

γ- Al2O3，是氧化铝的低温形态，其结构松弛，易于吸水，且能被酸碱溶解，性

能不稳定，不适合于直接用来生产氧化铝陶瓷，故而添加适量的添加剂对它高温煅烧，使它转变为α-三氧化二铝以提高氧化铝陶瓷性能，减少产品开裂。

综合上诉可知：

当烧结温度由低温向高温逐渐升高的过程中,氧化铝存在着不同的相变过程,最终转变为α-Al2O3。由于α相变属于重建型相变,存在着成核与长大的过程,这样,

晶种弥散在相变体内部,不但能提高增加形核质点,促进二次形核的进行,而且能

显著的降低形核势垒,减少了相变过程所需要的能量,使氧化铝的相变在较低的能量状态下进行,限制了质点的迁移,从而减小了相变后颗粒尺寸。随着温度的升高,由于晶种的

作用,在完成α相变后形成的一次颗粒尺寸相对比较小,当温度快速升高到烧结温度时,细小的晶粒由于表面能比较高,烧结驱动力大,这样就能完成致密化过程,而且最终晶粒尺寸较小,粒度分布均匀;没有晶种的作用,在α相变的过程中得到的

一次颗粒比较粗大,烧结活性明显较低,在1400℃的条件下不能较快完成烧结过程,烧结体中存在着大量的连通气孔

综合：

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在氧化铝烧结过程中，当有适量液相存在时，可能出现2 种情况。一是微量液相在晶界的分布不连续，造成晶界上不同的液相传输，使晶粒生长在不同方向上有不同的速度；二是液相虽在晶界上连续分布，但受晶面能的影响，不同晶面有不同的润湿性，从而诱导晶粒异向生长。然而必须指出：在液相烧结过程中，氧化铝晶粒只在受晶面反应速率控制而非液膜扩散控制的条件下才能发生异向生长。通过人为地加入一些添加剂，能在

Al2O3 烧结过程中于晶界处产生液相，从而诱导晶粒异向生长。不同添加剂对氧化铝晶粒生长产生不同的影响，晶粒异向生长提高了氧化铝陶瓷材料的断裂韧性。晶种影响Al2O3 显微结构从结晶学观点来看，Al2O3 的α相变可以认为是一个形核和长大的过程，该过程是不可逆的晶格重构，所需能量大部分用来克服形核激活能，余下的能量用来克服晶粒长大激活能，促使晶粒长大。在成核过程中，引入的晶种可以作为晶核的引子，也可以在晶种粒子上产生外延成核和外延生长。晶种粒子还可以作为一种择优成核点，提供体系中的活性点，增加成核频率。因此，添加晶种后，相变温度显著降低是成核密度提高、成核势垒降低、成

核频率及成核速度增加等综合作用的结果。从反应动力学观点来看，晶种的引入可降低相应的活化能，减少相转变的时间，实现低温烧结，并能加速材料的致密化。添加剂诱导晶粒异向生长氧化铝陶瓷具有硬度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨、电绝缘、抗氧化、化学稳定性好等许多优点, 是应用最早、最广泛的工程结构陶瓷之一. 然而由于其自身阳离子电荷多, 半径小, 离子键强的特点,导致其晶格能

较大, 扩散系数低, 烧结温度高. 一般纯氧化铝陶瓷的烧结温度在1 700 ℃以

上, 这样高的烧结温度在工业上较难普遍实现, 而且不利于降低成本; 同时结构

上也会存在较多的缺陷, 对材料力学性能不利. 为了促进氧化铝陶瓷致密化, 降

低烧结温度, 一般在原料里引入添加剂或晶种或者改善工艺如加压或利用等离子、微波烧结. 其中向氧化铝基体中引入添加剂的做法最为普遍.按作用方式的不同,能有效改变氧化铝晶粒形貌, 并且会在晶界中以钇铝石榴石的形态析出, 对氧化铝陶瓷的高温力学性能有利添加剂的选择应该考虑到可能的作用方式, 如果

是液相烧结, 有必要对形成液相的低共熔点、液相的粘度、与氧化铝基体的润湿情况进行考察; 如果是固溶烧结, 那么有必要对添加剂离子半径、电价进行考虑. 以Nb2O5为添加剂, 降低了氧化铝陶瓷的烧结温度, 使氧化铝晶粒迅速长大. Nb2O5 在氧化铝晶格中的固溶促进了氧化铝的烧结. 掺杂1. 0 % Nb2O5 的氧化铝样品在1 500 ℃下获得最大致密度. , 不同添加剂含量的样品晶粒平均尺寸不一样, 添加量为1. 0 %时为9μm;为2. 0 %时为16μm.力学性能测试结果显示, 引入Nb2O5 后能够在不影响力学性能的前提下降低烧结温度.以Nb2O5为烧结助剂, 通过无压烧结制备氧化铝陶瓷. 研究了Nb2O5对氧化铝陶瓷的致密化和显微结构的影响. 结果表明, 少量的Nb2O5 对氧化铝陶瓷的致密化具有明显

的促进作用, 当Nb2O5的添加量为1 %时, 可使氧化铝陶瓷在1 500 ℃获得致密. 显微结构上, Nb2O5对氧化铝的晶粒生长也具有显著的促进作用. Nb2O5 对致密化和晶粒生长的促进作用主要是通过它在氧化铝晶粒中的固溶来实现的，加入Nb2O5 后能够在不影响力学性能的前提下降低烧结温度.

2.3 生产工艺应用简介

2.3.1 氧化铝陶瓷的生产工艺

氧化铝陶瓷的生产工艺，由于产品性质不同，配方不同，形状大小不同，成型方法不同，其生产工艺也不尽相同，大致要经过下面几个工序：

原料煅烧，磨细，配方，加黏结剂，成型，素烧，修坯，烧结，表面处理

对氧化铝陶瓷生产来说磨细和烧结最为重要：1.磨细是因为细度对陶瓷性能有

很大影响 2.烧结这一工序对氧化铝陶瓷的密度及结构有很大作用，从而也影响到产品性能。一般认为获得微晶结构有利于氧化铝陶瓷性能的提高，而添加剂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.典型

的以固溶烧结方式促进氧化铝致密的添加剂为TiO2、Y2O3等.其中促进烧结效果最明显的是TiO2,Y2O3有不同的影响作用.在降低烧结温度上没TiO2的效果明显,但是它能细化。烧结助剂对材料致密化的促进作用通常来源于以下2个方面的原因,即烧结助剂与基体形成固溶或者是形成晶间液相.Nb2O5-Al2O3,液相出现的最低温度大约为1420℃,而引入后在 Nb2O5 1400℃就获得了较高的致密度.

2.3.2 应用

氧化铝陶瓷的用途十分广泛，如本文前面所述，其含量不同，性能不同，用途也不同。其硬度高，耐磨损、耐高温，良好的化学稳定性和电绝缘性以及价格低廉，已

成为应用最广泛的工程陶瓷材料。在取代金属和合金作为耐高温、抗腐蚀、耐磨损的机械零部件方面取得了显著效果。

3 结束语

本文针对添加剂对氧化铝陶瓷烧结和影响晶型转变等方面进行简单叙述。通过充分利用添加剂来改变陶瓷性能为氧化铝陶瓷性能在各方面的应用制造了条件。浅谈了各种添加剂在氧化铝陶瓷中的应用，为氧化铝陶瓷进一步发展提供了发展平台。

氧化铝陶瓷的制备与应用

论文题目：氧化铝陶瓷的制备与应用学院：材料科学与工程学院专业班级：材料化学2班学号：20090488 姓名：王杰日期：2011-10-19

氧化铝陶瓷的制备与应用摘要：氧化铝陶瓷是用途最广泛的陶瓷材料中的一种，它可用作机器及设备制造中的耐腐蚀材料、化工专业中的抗腐蚀材料、电工及电子技术中的绝缘材料、热工技术中的耐高温材料以及航空、国防等领域中的某些特种材料。 Abstract: the alumina ceramics is the most widely use of one of the ceramic material, it can be used as the machine and equipment manufacture of corrosion resistant material, chemical corrosion materials in the professional, electrical and electronic technology of thermal insulation materials, high temperature resistant materials and technologies in the aerospace, defense, etc to some of the special material. 关键词：氧化铝陶瓷耐磨性机械强度耐化学腐蚀 Keywords: alumina ceramics Wear resistance Mechanical strength Chemical corrosion-resistant 氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷。因为其优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。[1] 1.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。 2.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。根据我们十几年来的客户跟踪调查，在同等工况下，可至少延长设备使用寿命十倍以上。

多孔氧化铝陶瓷的研究进展

多孔氧化铝陶瓷的研究进展李环亭1 孙晓红1 陈志伟1,2 (1国家陶瓷与耐火材料产品质量监督检验国家质检中心山东淄博 255063) (2山东理工大学分析测试中心山东淄博 255049) 摘要综合论述了国内外多孔氧化铝陶瓷的制备方法及性能的研究进展,并对目前存在的问题及将来的研究方向进行了展望。关键词多孔氧化铝陶瓷制备方法性能 Research Progress of Porous A lumina Ceramics Li Huanting1,Sun Xiaohon g1,Chen Zhiwei1,2(1National Quality Supervision and Inspection Center for Ceramics and Refractories,Shan dong,Zibo,255063)(2Analysis and Testing Center of Shandong Uni versity of Technology,Shandong,Zibo,255049) Abstract:The paper reviewed the research progress of porous alumina ceramics home and broad.The preparation methods and the proer ties were summaried.Finally,the research direction in the future is given on the porous alumina ceramics. Key words:Porous alu mina ceramics;Preparation methods;Properties 前言多孔氧化铝陶瓷是指以氧化铝为骨料,通过在材料成形与高温烧结过程中,内部形成大量彼此相通或闭合的微孔或孔洞。较高的孔隙率的特性,使其对液体和气体介质具有有选择的透过性,较低的热传导性能,再加上陶瓷材料固有的耐高温、抗腐蚀、高的化学稳定性的特点,使其在气体和液体过滤、净化分离、化工催化载体、生物植入材料、吸声减震和传感器材料等众多领域有着广泛的应用前景。多孔氧化铝陶瓷上述优异的性能和低廉的制造成本,引起了科学界的高度关注。笔者就目前国内外多孔氧化铝陶瓷的制备方法、性能的研究进展进行综述。 1 多孔氧化铝陶瓷的制备方法多孔氧化铝陶瓷的制备工艺主要包括孔结构的形成,坯体的成形和坯体的烧结3个方面。关于孔结构形成的方法既有传统的通过机械挤出成孔法、颗粒堆积形成气孔法、添加造孔剂成孔法、发泡工艺成孔法、有机泡沫浸渍成孔法[1],也有新型的铝板阳极氧化法、溶胶-凝胶法等。关于坯体成形工艺主要有模压成形法[2]、凝胶注模成形法[3]、固体粒子烧结法[4]、挤压成形法[5]等。如何得到高的气孔率,且能较好地控制孔径及其分布、形状、三维排列等,则需要选择合适的方法和工艺。下面介绍几种氧化铝多孔陶瓷常用的制备方法。 1.1 造孔剂成孔+凝胶注模法+高温烧结法造孔剂成孔法是将一定量的造孔剂添加到陶瓷坯料中,造孔剂在坯体中会占据一定的空间,经过低温烧结后,造孔剂离开基体形成气孔得到多孔陶瓷。造孔剂的种类分为有无机和有机两大类。无机造孔剂有碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵等高温可分解的盐类,以及煤粉、碳粉等;有机造孔剂主要是天然纤维、高分子聚合物[6]和有机酸等,如淀粉、尼龙纤维等。目前应用较多的是加入有机造孔剂,且效果较好。由于造孔剂颗粒的大小及形状决定最终成孔的大小和形状,且造孔剂基金项目:山东省科技攻关项目(耐火材料快速分析方法研究及应用,项目编号:2006GG1108097-06;陶瓷原料综合评价方法建立及应用研究,项目编号2007GG10003047)

纳米材料的特性及相关应用

纳米材料的研究属于一种微观上的研究，纳米是一个十分小的尺度，而一些物质在纳米级别这个尺度，往往会表现出不同的特性。纳米技术就是对此类特性进行研究、控制。那么，关于纳米材料的特性及相关应用有哪些呢？下面就来为大家例举介绍一下。一、纳米材料的特性当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以获得带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术获得了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体

积，使其更轻盈。如现在小型化了的计算机。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。二、纳米材料的相关应用 1、纳米磁性材料在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使

氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷的制备.性能.用途及发展材料科学与技术是当代文明的三大支柱之一和全球新技术革命的三个标志之一，在当今高科技的发展中起着基础和先导作用。对新材料的研究是社会发展的需要。随着陶瓷制造工艺的不断进步，特别是对陶瓷烧结过程、显微结构的深入研究，人们已制造出玻璃相含量非常低甚至几乎不含玻璃相而由许多微小晶粒结合成的结晶态陶瓷。由于微晶氧化铝陶瓷具有稳定的理化性能和十分优异的电性能，近年来在各个领域得到了较为广泛的应用，成为先进陶瓷材料中异军突起的一种重要陶瓷材料。在陶瓷材料中，氧化铝陶瓷是使用最为广泛的材料之一。氧化铝陶瓷具有机械强度高,绝缘电阻大,硬度高,耐磨、耐腐蚀及耐高温等一系列优良性能,其广泛应用于陶瓷、纺织、石油、化工、建筑及电子等各个行业,是目前氧化物陶瓷中用途最广、产销量最大的陶瓷新材料。通常氧化铝陶瓷分为2大类,一类是高铝瓷,另一类是刚玉瓷. 氧化铝陶瓷的制备.性能.用途及发展如下：一、材料制备氧化铝陶瓷制品成型方法常采用的有：干压、注浆、挤出、等静压（干法、湿法）、注凝、流延、热压铸、离心注浆等。不同的产品，因其形状、尺寸、造型复杂与精度各异，需要采用合理的成型方法。1.原料来源：氧化铝在地壳中含量非常丰富,在岩石中平均含量为15.34%,是自然

界中仅次于SiO2存量的氧化物。一般应用于陶瓷工业的氧化铝主要有2大类,一类是工业氧化铝,另一类是电熔刚玉。 2.制备工艺：原料配料→研磨加工→制粉（制浆、制泥）→成型（半干压、滚制、等静压、注浆、离心注浆、热压铸、挤出）干燥→制粉→热压烧结→烧成→检选（冷加工）→包装入库→出厂 3.工艺条件对氧化铝烧结性能氧化铝陶瓷制备环节中的各工艺条件都对它的烧结和显微结构有极大影响。这些制备环节包括：粉体的制备过程、粒径与粒度分布、成型方法、生坯密度、烧结温度、升温速率、保温时间、烧成气氛等。 4.氧化铝陶瓷工业（1）.工业氧化铝工业氧化铝一般是以含铝量高的天然矿物铝土矿(主要矿物组成为铝的氢氧化物,如一水硬铝石(ｘＡｌ2Ｏ3·Ｈ2Ｏ)、一水软铝石、三水铝石等氧化铝的水化物组成)和高岭土为原料,通过化学法(主要是碱法,多采用拜尔法——碱石灰法)处理,除去硅、铁、钛等杂质制备出氢氧化铝,再经煅烧而制得,其矿物成分绝大部分是x-Ａi2Ｏ3。工业氧化铝是白色松散的结晶粉末,颗粒是由许多粒径<0.1μｍ的x-Ａi2Ｏ3晶体组成的多孔球形聚集体,其孔隙率约为30%,平均粒径40～70μｍ。工业氧化铝的3项主要杂质成分中,Ｎａ2Ｏ及Ｆｅ2Ｏ3将降低氧化铝瓷件的电性能,Ｎａ2Ｏ的含量应<0.5%～0.6%,Ｆｅ2Ｏ3含量应<0.04%。另外,在电真空瓷件中,工业氧化铝不得含有氯化物、氟化物等,因为它们能

纳米陶瓷涂层的典型应用领域

纳米陶瓷涂层的一些典型应用领域: 飞机发动机、燃气轮机零部件：热障涂层（TBC）被广泛地应用在飞机发动机、涡轮机和汽轮机叶片上，保护高温合金基体免受高温氧化、腐蚀，起到隔热、提高发动机进口温度和发动机推重比作用的一种陶瓷涂层材料。8YSZ材料被用做热障涂层材料在军用发动机已应用几十年了，它的缺点是不能突破1200o C的使用温度，但现在军用发动机的使用温度已经超过1200o C，因此急需材料方面的突破。另外，地面燃气轮机的热障涂层材料基本受制于国外，也亟待国产化。国内外研究指出含锆酸盐的双陶瓷热障涂层被认为是未来发展长期使用温度高于1200o C的最有前景的涂层结构之一。用纳米结构锆酸盐粉体喂料制备的纳米结构双陶瓷型n-LZ/8YSZ热障涂层的隔热效果明显好于其它现有涂层，与相同厚度的传统微米结构单陶瓷型8YSZ 热障涂层相比，隔热效果提高了70%。而且，纳米结构的双陶瓷型涂层具有比其它两种涂层层更好的热震性能。军舰船舶零部件：纳米结构的热喷涂陶瓷涂层早已广泛应用于美国海军装备(包括军舰、潜艇、扫雷艇和航空母舰)上的数百种零部件。纳米结构陶瓷涂层的强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、热震抗力等均比目前国内外商用陶瓷涂层材料中质量好、销量大的美科130涂层的性能显著提高。有着高出1倍的韧性，高出4-8倍的耐磨性，高出1-2倍的结合强度和抗热震性能和高出约10倍的疲劳性能。表1给出了纳米结构的热喷涂陶瓷涂层在美国海军舰船上的一些典型应用。表1 一些美国海军舰船上应用的热喷涂纳米Al2O3/TiO2陶瓷涂层零部件船上系统基体材料使用环境水泵轴储水槽NiCu合金盐水阀杆主柱塞阀不锈钢蒸汽轴主加速器碳钢盐水涡轮转子辅助蒸汽碳钢油端轴主推进发动机青铜盐水阀杆主馈泵控制不锈钢蒸汽膨胀接头弹射蒸汽装置CuNi合金蒸汽支杆潜艇舱门不锈钢盐水流量泵燃料油碳钢燃料油柴油机、工程机械零部件: 高性能纳米结构陶瓷涂层可以大幅度提高材料或零部件的硬度、韧性、耐磨性、抗腐蚀性和耐高温性能，因此可广泛应用于柴油发动机、工程机械等领域。如缸体、泵轴、机轴、曲轴、凸轮轴、轴瓦、连杆瓦、柱塞、阀杆、阀座、液压支杆、缸盖、活塞销、活塞和活塞环等零部件。如：纳米陶瓷涂层来大幅度提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性；纳米陶瓷涂层用于活塞无疑会是最具有高性价比的工艺技术；纳米陶瓷涂层将给与主轴瓦及连杆瓦以更高的强度、硬度和韧性，显著提高其耐磨性能，极大地减小曲轴的磨损、有效地防止烧瓦、抱瓦及烧

氧化铝陶瓷的制备与显微结构

氧化铝陶瓷的制备与显微结构张全贺 051002131 摘要：a—A1：O3中加入复合添加剂，在1 500℃，2 h条件下无压烧结，制备出原位生长片状晶增韧的氧化铝陶瓷。烧结行为和显微结构研究表明：在1 500℃下烧结时，获得板片状晶粒。加入CaF2和CaF2复合添加剂时，生长的晶粒呈现片状，大小均匀，断裂韧性达到4．3 M Pa/m ；加入CaF2和高岭土复合添加剂时，由片状晶粒形成Al203陶瓷基体中，弥散分布着粗大的板块状晶粒，有效的提高了Al2 03陶瓷的致密度，相对密度达到96．8 g／cm 。关键词：氧化铝；片状晶；原位生长；添加剂 1 引言氧化铝陶瓷具有硬度高、耐高温、耐磨、电绝缘、抗氧化、力学性能良好、原料蕴藏丰富、价格低廉等许多优点，是应用最早、最广泛的精细陶瓷。氧化铝显微组织通常为等轴状晶粒，断裂韧性较低，通常只有3 M Pa/m 。材料的显徽结构和性能之间具有内在联系，如果把显微结构控制在理想的状态，就能使材料具备所希望的性能，Evans预言，如果A12O3，基体中按体积含有大于lO％的柱状晶或含有2O％的板状晶，陶瓷材料的韧性将得到大大的提高. 2 试验方法 2．1 试验材料：将工业A12O3粉经过预烧转变为A12O3后，放人玛瑙罐内进行球磨，玛瑙球、氧化铝和无水乙醇的体积比为3：1：8，球磨时间为48 h，然后在8o℃下于燥。将A12O3和高岭土分别湿磨，放人100 ml烧杯，进行低温干燥后，过200目筛待用。按照配料表1，将物料配好后倒人塑料瓶内，按玛瑙球、氧化铝和无水乙醇的体积比为2：1：4进行湿混后，取出干燥。采用120 M Pa于压成型后放人高温梯度炉内，烧结温度为1 500℃，保温2h。

氧化铝陶瓷介绍

氧化铝陶瓷介绍来自:中国特种陶瓷网发布时间:2005-8-3 11:51:15 氧化铝陶瓷制作工艺简介氧化铝陶瓷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１～６μｍ，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按Ａｌ２Ｏ３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。其中９９氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、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。其制作工艺如下：一粉体制备：将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。粉体粒度在１μｍ?微米?以下，若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在９９．９９％外，还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。采用挤压成型或注射成型时，粉料中需引入粘结剂与可塑剂，?一般为重量比在１０—３０％的热塑性塑胶或树脂?有机粘结剂应与氧化铝粉体在１５０—２００℃温度下均匀混合，以利于成型操作。采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。若采用半自动或全自动干压成型，对粉体有特别的工艺要求，需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状，以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。此外，为减少粉料与模壁的摩擦，还需添加１～２％的润滑剂?如硬脂酸?及粘结剂ＰＶＡ。欲干压成型时需对粉体喷雾造粒，其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。近年来上海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Ａｌ２Ｏ３喷雾造粒的粘结剂，在加热情况下有很好的流动性。喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散，流动角摩擦温度小于３０℃。颗粒级配比理想等条件，以获得较大素坯密度。二成型方法：氧化铝陶瓷制品成型方法有干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、流延、热压与热等静压成型等多种方法。近几年来国内外又开发出压滤成型、直接凝固注模成型、凝胶注成型、离心注浆成型与固体自由成型等成型技术方法。不同的产品形状、尺寸、复杂造型与精度的产品需要不同的成型方法。摘其常用成型介绍：１干压成型：氧化铝陶瓷干压成型技术仅限于形状单纯且内壁厚度超过１ｍｍ，长度与直径之比不大于４∶１的物件。成型方法有单轴向或双向。压机有液压式、机械式两种，可呈半自动或全自动成型方式。压机最大压力为２００Ｍｐａ。产量每分钟可达１５～５０件。由于液压式压机冲程压力均匀，故在粉料充填有差异时压制件高度不同。而机械式压机施加压力大小因粉体充填多少而变化，易导致烧结后尺寸收缩产生差异，影响产品质量。因此干压过程中粉体颗粒均匀分布对模具充填非常重要。充填量准确与否对制造的氧化铝陶瓷零件尺寸精度控制影响很大。粉体颗粒以大于６０μｍ、介于６０～２００目之间可获最大自由流动效果，取得最好

七个方面让你全面了解氧化铝陶瓷基板的优势和应用

七个方面让你全面了解氧化铝陶瓷基板的优势和应用氧化铝陶瓷基板在消费电子、汽车电子、LED照明等行业已经应用非常广泛，那么氧化铝陶瓷基板在行业应用科研创新方面起到了非常很重要的作用。今天我们就来全面分析一下氧化铝陶瓷基板。首先了解什么是氧化铝陶瓷基板？氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（Al2O3）为主体的陶瓷材料，用于厚膜集成电路。氧化铝陶瓷有较好的传导性、机械强度和耐高温性。需要注意的是需用超声波进行洗涤。氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷，因为其优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。其次：氧化铝陶瓷基板的结构和分类氧化铝陶瓷基板的结构构成主要是：氧化铝(Al2O3)。普通型氧化铝陶瓷系按Al2O3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。其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、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。再次：氧化铝陶瓷基板的优缺点 1.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。 2.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。根据我们十几年来的客户跟踪调查，在同等工况下，可至少延长设备使用寿命十倍以上。 3.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。氧化铝陶瓷主要技术指标氧化铝陶瓷含量≥92% 密度≥3.6g/cm3 洛氏硬度≥80HRA 抗压强度≥850Mpa 断裂韧性KΙC≥4.8MPa·m1/2 抗弯强度≥290MPa 导热系数30~50W/m.K 热膨胀系数：7.2×10-6m/m.K 4，缺点: 比较易碎：相对与氮化铝陶瓷基板来说，更容易碎导热没有氮化铝更好：氮化铝陶瓷基板导热可以到190~260W，氧化铝一般是25W~50W 五，氧化铝陶瓷基板导热氧化铝陶瓷基板有较好的传导性、机械强度和耐高温性。氧化铝陶瓷基板的导热率差不多在45W/(m·K)左右。一般看到的就是这基板的覆铜对导热率也会有一定的影响，陶瓷板覆铜工艺也分很多种，有高温熔合陶瓷基板（HTFC)、低温共烧陶瓷基板

纳米陶瓷及其主要性能简析

纳米陶瓷及其主要性能简析 [摘要] 纳米陶瓷的超细晶粒、高浓度晶界以及晶界原子邻近状况决定了它们具有明显区别于普通陶瓷的特异性能。本文对纳米陶瓷的这些主要的特异性能进行了阐述。 [关键词] 纳米陶瓷、显微结构、晶界、扩散、烧结、强度、韧性、超塑性 [引言] 陶瓷材料作为材料的三大支柱之一 ,在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是 ,由于传统陶瓷材料质地较脆 ,韧性、强度较差 ,因而使其应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广泛应用 ,纳米陶瓷随之产生 ,希望以此来克服陶瓷材料的脆性 ,使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。英国著名材料专家 Cahn 在《自然》杂志上撰文说：纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。一、纳米陶瓷及其结构简介所谓纳米陶瓷是指在陶瓷材料的显微结构中，晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都是纳米水平的一类陶瓷。我们知道陶瓷的烧结中粉料的粒度是重要的影响因素。粒度越小，粉粒的表面积越大，表面能越大，烧结的推动力越大；同时晶界所占体积越大，扩散越容易，因而烧结速度越快。当陶瓷中晶粒尺寸减小一个数量级，晶粒的表面积及晶界的体积亦以相应的倍数增加。如晶粒尺寸为nm 6~3，晶界的厚度为nm 2~1时，晶界的体积约占整个体积的%50。由于晶粒细化引起表面能的急剧增加。纳米陶瓷由纳米量级的粉料烧结而成，是晶粒尺寸在nm 100~1之间的多晶陶瓷。所以结构中包含纳米量级的晶粒、晶界和缺陷。由于晶粒细化，晶界数量大幅度增加。当晶粒尺寸在nm 25以下，若晶界厚度为nm 1，则晶界处原子百分数达%50~%15，单位体积晶界的面积达32/600cm m ，晶界浓度达3 19/10cm 。纳米陶瓷这样的特殊结构，使得其具有特殊的性能。二、纳米陶瓷的主要性能及其简析纳米陶瓷中纳米量级的晶粒、晶界和缺陷决定了它们具有区别于普通陶瓷的特殊性能，是纳米陶瓷性能优于普通陶瓷的根本原因所在。 1、较低的烧结温度和较快的致密化速度

氧化铝陶瓷与金属连接的研究现状

万方数据

周健等Ⅲｏ对Ａ１２０３一Ａ１２０３以及Ａ１２０３和ＨＡＰ（羟基磷灰石）生物陶瓷进行了焊接，并借助电镜、电子探针分析了界面结合情况。前者在２ＭＰａ、１３００℃、保温１５ｍｉｎ时结合强度达到基体强度。后者在２．５ＭＰａ、１２００℃、保温１５ｍｉｎ左右将两类材料焊接在一起。．蔡杰等¨引采用１’Ｅ１０３型谐振腔分别在１３００和１４００℃对Ａ１２０３一Ａ１２０３进行焊接，认为在１３００℃焊接时，虽经长时间保温，焊接效果不理想，在１４００℃、保温２０ｍｉｎ，焊缝消失。如上所述，氧化铝陶瓷一般采用直接焊接，对于高纯度氧化铝陶瓷一般采用低纯氧化铝或玻璃做中间层，目前也有人用溶胶凝胶方法制备的氧化铝做中间层。目前微波焊接腔体的微波场的均匀区域还不大，改进微波场的分布，提高加热均匀区域，可以提高材料的焊接尺寸。同时增加焊接材料的种类。７激光焊接激光焊接陶瓷是近年来发展的新技术，Ｍｉｔｔｗｅｉｄａ公司开发了双束激光焊接陶瓷方法，其原理见图９。图９双束激光焊接示意图¨引Ｆｉｇ．９Ｓｋｄ【ｃｈｏｆｄｏｕｂｌｅｌａｓｅｒｗｅｌｄｉＩｌｇ采用高能束激光焊方法，可快速加热和冷却，配以氮气筛的冷却和温度场调节，诱导和改善复合材料增强相和基体界面反应，而提高接头强度。采用脉冲输入方式，可抑制界面反应，细化组织，减少缺陷，获得良好接头，在操作时对激光功率控制非常重要啪Ｊ。用该法焊接的Ａｌ：Ｏ，陶瓷试样，激光焊接区细晶粒均匀，在电子显微镜下，可以看到晶粒呈片瓦结构，防止了裂纹的产生和扩展。经１００次反复加热和冷却后，试样的弯曲强度无明显下降。８结语随着Ａｌ，Ｏ，陶瓷的广泛应用，其连接技术已成为世界各国集中研究的重点，其中钎焊与扩散连接是最常用的连接方法，但都有其局限性。例如：用钎焊方法形成的陶瓷接头的高温性能和抗氧化性能较差；钎焊的界面反应机理现在还处于试验阶段，缺乏系统性和理论性。扩散连接虽然可以减小界面缺陷，并适合大尺寸构件的接合，但易发生试件的变形和损伤等。近来新发展的微波连接能很好地实现接头处均匀连接，避免了开裂的发生，而且由于升温速度极快，陶瓷内部的晶粒不会剧烈长大。而ｓＨｓ焊接和激光焊接还处于起步阶段，有待于发展。参考文献１王颖．ＡＪ：０，陶瓷与Ｋｏｖｅｒ合金钎焊工艺研究．哈尔滨工业大学硕士论文，２００６：ｌ一５０２Ｈａｍ咖ｄＪＰ，ＤＢ“ｄＳＡ，ＳａｍｅＵａＭＬＢ阳ｚｉｎｇｏ既帅ｉｃｏｘ－ｉｄ船ｔｏｍ吨ＩｌｓａｔｌｏｗｔｅⅡ聊舶ｈｌｒ酷．ＷｅｌｄＪ，１９９２；（５）：１４５—１４９３赵永清．利用化学镀实现Ａ１２０，陶瓷与金属的连接．焊接技术，１９９９；（２）：１６—１７４顾小龙，王大勇，王颖．Ａｌ：０，陶瓷／ＡｇＣｕＴ∥可伐合金钎焊接头力学性能．材料科学与艺，２００７；１５（３）：３６６—３６９５吴铭方．反应层厚度对他０３／ＡｇＣｕ７ｎ／ｎ一６ｍ一４Ｖ接头强度的影响．稀有金属材料与工程，２０００；１９（２６）：４１９—４２２６王洪潇．氧化铝陶瓷与金属活性封接技术研究．大连交通大学硕士论文，２００６：１—５０７刘军红．复相Ａｌ：０，基陶瓷／钢大气中直接钎焊连接界面的微观组织结构．焊接学报，２００３；２４（６）：２６—２８８张玮．镍离子注入灿２０３／１ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ的钎焊界面成分分析．包头钢铁学院学报，２０００；１９（３）：２１９—２２ｌ９王大勇，冯吉才，刘会杰．灿：Ｏ，／Ｃｕ／Ａｌ扩散连接工艺参数的优化．材料科学与工艺，２００３；１１（１）：７３～７６１０陈铮，赵其章，方芳等．陶瓷／陶瓷（金属）部分瞬间液相连接．硅酸盐学报，１９９９；２７（２）：１８６～１８８１ｌＭｅｒｚｈ锄ｏｖＡＧ．ＩｎｔｅｒＳｙｍｐｏｓｉｕｍ∞ｃｏＩＩＩｂｕｓ阴ｄｐｌ嬲一眦ｓｙｎ．ｏｆｈｉｇｌｌ—ｔｅ呷．Ｍａｔｅｒ．ｓ明Ｆｒ锄ｃｉｓｃｏ，ｃＡ，９８８１２余圣甫等．Ａｌ：０，陶瓷／不锈钢自蔓延高温原位合成连接．焊接学报，２００４；２５（２）１１９一１２２１３周健，章桥新，刘桂珍等．微波焊接陶瓷辊棒．武汉工业大学学报，１９９９；２１（３）：１～２１４ＭｅｅｋＴＴ，ＢｌａｌｃｅＲＤ．Ｃｅｒａｍｉｃ?ｃｅ硼ｉｃｓｅａｌｓｂｙｍｉｃｒｏ－ｗ盯ｅｈｅ砒ｉｎｇ．Ｊ．Ｍａｔ．Ｓｃｉ．Ｌ肚．，１９８６；（５）：２７０～２７４１５Ｆｕｋｕｓｈｉ眦Ｈ。ＹａｍａｎａｋａＴ，Ｍａ协ｕｉＭ．Ｍｉｃｍｗａｖｅｈｅａｔ—ｉｎｇｏｆｃｅ姗ｉｃｓａｎｄｉ协ａｐｐｌｉｃ砒ｉ叩ｔｏｊｏｉｎｉｎｇ．ＪＭａｔ．Ｒ∞．，１９９０；５（２）：３９７—４０５１６Ｂｉ衄ｅｒＪＧＰ，Ｆ唧ｉｅＪＡ，ＷｈｉｔａｋｅｒＰＡｅｔａ１．Ｔｈｅｅ妇ｆｅｃｔ０ｆｃｏｍｐｏｓｉｔｉ∞ｏｎｔｌＩｅＩＩｌｉｃｎ）ｗａｖｅｂｏｎｄｉｒＩｇ０ｆａｌｕｌＩｌｉ啪ｃｅ捌【ｎｉｃｓ．ＪＭａｔ．ｓｃｉ．，１９９８；３３（１２）：３０１７～３０２９１７ｚｌＩ伽Ｊｉ蛐，Ｚｈ衄ｇＱｉａ喇ｎ，ＭＥＩＢｉｎｇｃｈｕｅｔａ１．Ｍｉｃ胁ｗａｖｅｊｏｉＩｌｉｎｇｏｆａｌｕＩＩｌｉ腿ｃ廿枷ｃａｎｄｈ”Ｉｒｏｘｙｌ印ａｔｉｔｅｂｉｏｃｅ枷ｃ．ＪＷｕｈ粕Ｕｎｉｖ．ｏｆＴｅｃｈ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．，１９９９；１４（２）：４６～４９１８ＣｈｅｎＸｉｎｍ伽，ⅡｕＷ嘶．ＨｉｇｌｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＨｅａｔｉｌｌｇＤｉｅ．１ｅｃｔｒｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＢｅｉｊｉＩｌｇ：ｓｃｉｅ眦ｅＰｒ鹤ｓ，１９７９：ｌ一３０１９Ｃ蛐Ｇ，Ｋ０ｃａＩ【Ｍ．ｈ咿ｓｓｉｎｊｏｉｎｉＩｌｇｏｆａｄｖ锄ｃｅｄｍａｔｅ—ｒｉａｌｓ．ｈｔｅｍａｔｉｏＩｌａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｖｉｅ啪，１９９８；４３（１）：卜４４２０广赖明夫．金属基复合材料。结合．溶接会志，１９９６；６５（４）：ｌ６９２一ｌ６９８（编辑吴坚）宇航材料工艺２００８年第４期　万方数据

纳米陶瓷技术

纳米陶瓷技术摘要:纳米陶瓷粉体是介于固体与分子之间的具有纳米数量级尺寸的亚稳态中间物质。随着粉体的超细化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了块状材料所不具有的特殊的效应。纳米陶瓷的超细晶粒、高浓度晶界以及晶界原子邻近状况决定了它们具有明显区别于普通陶瓷的特异性能。本文对纳米陶瓷的这些主要的特异性能及其制备进行了阐述。关键词：纳米陶瓷；性能；制备陶瓷材料作为材料的三大支柱之一，在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是，由于传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，因而使其应用受到了较大的限制。所以随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。一、纳米陶瓷纳米陶瓷是80年代中期发展起来的先进材料。利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是指在陶瓷材料的显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平，使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响，为替代工程陶瓷的应用开拓了新领域。二、纳米陶瓷材料的性能研究 2.1 力学性能研究表明当陶瓷材料成为纳米材料后，材料的力学性能得到极大改善，主要表现在以下三个方面: 1)断裂强度大大提高；2)断裂韧性大大提高；3)耐高温性能大大提高。与此同时，材料的硬度、弹性模量、热膨胀系数都会发生改变。不少纳米陶瓷材料的硬度和强度比普通陶瓷材料高出4～5倍。在陶瓷基体中引入纳米分散相并进行复合，不仅可大幅度提高其断裂强度和断裂韧性，明显改善其耐高温性能，而且也能提高材料的硬度、弹性模量和抗热震、抗高温蠕变的性能。 2.2 低温超塑性陶瓷的超塑性是由扩散蠕变引起的晶格滑移所致，扩散蠕变率与扩散系数成正比，与晶粒尺寸的3次方成反比，普通陶瓷只有在很高的温度下才表现出明显的扩散蠕变。而纳米陶瓷的扩散系数提高了3个数量级，晶粒尺寸下降了3个数量级，因而其扩散蠕变率较高，在较低的温度下，因其较高的扩散蠕变速率而对外界应力做出迅速反应，造成晶界方向的平移，表现出超塑性，使其韧性大为提高。

氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷（alumina ceramics）是一种以α- Al2O3为主晶的陶瓷材料。其Al2O3含量一般在75～99.99%之间。通常习惯以配料中Al2O3的含量来分类。Al2O3含量在75%左右的为“75瓷“，含量在85%左右的为“85瓷“，含量在95%左右的为“95瓷“，含量在99%左右的为“99瓷“。工业Al2O3是由铝钒土（Al2O3·3H2O）和硬水铝石制备的，对于纯度要求不高的，一般通过化学方法来制备。电熔刚玉即是用上述原料加碳在电弧炉内于2000～2400C熔融制得，也称人造刚玉。 Al2O3有许多同质异晶体。根据研究报道过的变体有十多种，但主要有三种，即γ- Al2O3，β- Al2O3，α- Al2O3。Al2O3的晶体转化关系如下图，其结构不同，因此其性质也不同，在1300度以上的高温几乎完全转变为α- Al2O3。郑州玉发集团是中国最大的白刚玉生产商，和中科院上海硅酸盐研究所成立玉发新材料研究中心研究生产多品种α氧化铝。专注白刚玉和煅烧α氧化铝近30年，因为专注所以专业，联系QQ2596686490，电话156390七七八八一。 γ- Al2O3，属尖晶石型（立方）结构，氧原子形呈立方密堆积，铝原子填充在间隙中。它的密度小。且高温下不稳定，机电性能差，在自然界中不存在。由于是松散结构，因此可利用它来制造多孔特殊用途材料。 β- Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物。它的化学组成可以近似地用RO·6 Al2O3和R2O·11 Al2O3来表示（RO指碱土

金属氧化物，R2O指碱金属氧化物），其结构由碱金属或碱土金属离子如[NaO]ˉ层和[Al11O12]＋类型尖晶石单元交叠堆积而成，氧离子排列成立方密堆积，Na＋完全包含在垂直于C轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快扩散，呈现离子型导电。 α- Al2O3，属三方晶系，单位晶胞是一个尖的菱面体，在自然办只存在α- Al2O3，如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物。α- Al2O3结构最紧密、活性低、高温稳定。它是三种形态中最稳定的晶型，电学性质最好，具有优良的机电性能。 Al2O3中的化学键是离子键，离子键也称“电价键”，它是由金属原子失去外层电子形成正离子，非金属原子取得电子形成负离子，互相结合形成的。离子键是依靠正负离子间静电引力所产生的化学键，它没有方向性也没有饱和性。A Al2O3陶瓷属于氧化物晶体结构，氧化物结构的结合键以离子键为主，它的分子式通常以AmXn 表示。A(或者B)表示与氧结合的正离子，n为离子数，x表示氧离子，n表示它的数量。大多数氧化物中的氧离子半径大于正离子的半径。所以它们的结构是以大直径的氧离子密堆排列的骨架，组成六方或面心立方点阵，小直径的正离子嵌入骨架的间隙处。这种陶瓷材料具有高的硬度和熔点。陶瓷体的相组成中，晶相相对含量波动范围很大，通常特种陶瓷中晶相体相对含量较高。晶相对陶瓷材料性质有很大的影响。表中列出了一般陶瓷到特种陶瓷中的刚玉相(α- Al2O3)含量的变化及表现出的性能差异。

氧化铝陶瓷基复合材料概述

概述了氧化铝陶瓷基复合材料，并且对其一般的生产工艺金属间、氧化铝陶瓷基复合材料以及其应用领域作了介绍，前言氧化铝(Al2O3) 陶瓷材料具有耐高温、硬度大、强度高、耐腐蚀、电绝缘、气密性好等优良性能, 是目前氧化物陶瓷中用途最广、产量最大的陶瓷新材料。但是与其他陶瓷材料一样,该陶瓷具有脆性这一固有的致命弱点,使得目前Al2O3 陶瓷材料的使用范围及其寿命受到了相当大的限制。近年来, 在氧化铝陶瓷中引入金属铝塑性相的Al/Al2O3 陶瓷基复合材料是一个非常活跃的研究领域。概述金属间化合物的结构与组成它的两组元不同, 具有序的超点阵结构, 各组元原子占据点阵的固定位置, 最大程度地形成异类原子之间结合。由于其原子的长程有序排列以及金属键和共价健的共存性, 有可能同时兼顾金属的较好塑性和陶瓷的高温强度。在力学性能上, 有序金属间化合物填补了陶瓷和金属之间的材料空白区域。有序金属间化合物中, Ti - Al、Ni - Al、Fe - Al 和Nb-Al系等几个系列的多种铝化物更是特别受到重视。这些铝化物具有优异的抗氧化性、抗硫化腐蚀性和较高的高温强度, 密度较小, 比强度较高。由于在空气中铝粉极易氧化而在表面形成Al2O3 钝化膜,使Al 粉和Al2O3 颗粒之间表现出很差的润湿性,导致烧结法制备Al/Al2O3 陶瓷材料烧结困难, 影响复合材料的机械性能[5]。挤压铸造和气压浸渍工艺浸渍速度快, 但是预制体中的细小空隙很难进一步填充[ 6], 而后发展的无压渗透工艺操作复杂,助渗剂的选择随意, 且作用机理复杂, 反而增加了工艺控制难度[7]。20世纪80年代初, 美国Lanxide公司提出了一种制备陶瓷基复合材料的新工艺定向金属氧化技术( DirectedMetal Ox-idation, 简称DMOX)。该工艺是在高温下利用一定阻生剂限制金属熔体在其他5个方向的生长, 使金属熔体与氧化剂反应并只单向生长即定向氧化。采用该方法制备的Al/ Al2O3 陶瓷材料在显微结构上表现为由立体连通的-Al2O3 基体与三维网状连通的残余金属和不连续的金属组成, 由于Al2O3 晶间纯净, 骨架强度高于烧结、浸渍等工艺制得的同类材料的强度[ 9]同时, 三维连通的金属铝具有良好的塑性, 从而使该复合材料具有更为良好的综合机械性能。

纳米陶瓷的应用前景及存在的问题

纳米陶瓷的应用前景及存在的问题学院：纺织与材料工程学院专业班级：学生姓名：教师： 2013年5月19日

纳米陶瓷的发展前景及存在的问题前言：纳米陶瓷——所谓纳米陶瓷是指陶瓷材料的显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处于纳米尺寸水平。包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸都是纳米级。一、纳米陶瓷的发展前景未来纳米陶瓷发展的方向主要有以下几个方面：（1）在设备技术方面，应该向低温烧结、纳米材料的调控和复合、小型化方向发展，完善和发展陶瓷粉体、纳米陶瓷结构和性能表征方法。研究制备过程中纳米粉体的形成、生长机制及各种条件的影响、纳米粉体在化学制备过程中的团聚体形成机理等（2）在性能方面，应该向开发制备高效率、低成本、多功能和智能化的方向发展。纳米陶瓷粉体新的制备方法和工艺条件的研究与开发；开发高效率、低成本的制备技纳米陶瓷粉体新的制备方法和工艺条件的研究与开发；开发高效率、低成本的制备技术。（3）在应用方面，应该向着智能化敏感陶瓷元件计算机用光纤陶瓷材料、计算机硬盘和高稳定性陶瓷电容器、纳米粉体对环境的污染机理等方向发展（4）纳米粉体形成纳米陶瓷的反应机理研究；加速纳米粉体工业生产和应用的进程（5）在环境方面，研究纳米粉体对环境的污染机理，做好应用过程中的环境保护；（6）在经济方面，加速纳米粉体的工业化生产和应用进程。在21世纪，纳米陶瓷粉体将飞速发展，在各领域的应用将全面展开，并将产生一批新技术、新产品；在电子、通信等高技术领域的广泛应用，将成为经济发展的新的增长点。二、纳米陶瓷存在的问题（1）纳米陶瓷基础理论存在的问题: 1)纳米材料的结构、成分、制造等科学技术问题; 2)纳米材料的物理性质、化学性质及其测定方法的研究; 3)量子力学、量子化学对纳米陶瓷的结构和性质的影响; 4)纳米复相陶瓷的形成机理。（2）纳米陶瓷应用中存在的问题: 1)纳米陶瓷材料特性产生的原理与其形成机制研究不深入; 2)在纳米陶瓷粉体的制备过程中,团聚的形成机理研究与分析不完善; 3)纳米陶瓷的烧结动力学分析和相应的物理化学反应机理研究有所欠缺; 4)未能研究开发出简便易行、生产成本较低的制备工艺。结束语：根据上课所学的纳米陶瓷的知识，纳米陶瓷将解决陶瓷的强化和增韧问题。在生物医疗方面也应用颇多，解决纳米陶瓷最主要解决团聚问题。以及在经济中如何控制低成本产业化的问题。还有安全也是一个重要的问题，据《自然》杂志报道，纳米颗粒可以通过呼吸系统、皮肤接触、食用、注射等途径，进入人体组织内部。纳米颗粒进入人体后，由于其体积小，白由度大，反应活性高等特性，几乎不受任何阻碍就可以进入细胞，与体内细胞发生反应，引起发炎、病变等症状。同时，纳米颗粒也可能进入人的神经系统，影响大脑，导致更严重的疾病发生。纳米颗粒长期停留在人体内，同样会引发病变，如停留在肺部的石棉纤维会导致肺部纤维化。要使纳米材料的发展真正造福于人类，安全问题不可忽视。最后是环境问题，我们要研究出对环境无污染，最好能循环利用的纳米产品，使纳米材料真正服务大众。

氧化铝陶瓷综述

***********（所属单位）材料科学进展课程设计学号：******** 专业：******** 学生姓名：*** 任课教师：*** 2011年10月

***********（所属单位）材料科学进展（小论文）学号：******* 专业：******* 学生姓名：*** 任课教师：*** 2011年10月

氧化铝陶瓷综述 ***（姓名） *********（所属单位）摘要：本文简述了氧化铝陶瓷的功能及在各行业的应用，详细论述了氧化铝陶瓷的制备、成型及烧结方法。关键词：氧化铝陶瓷制备成型烧结应用以氧化铝(Al2O3)为主要成分的陶瓷称为氧化铝陶瓷。它属于无机非金属材料，具有特殊用途，新的性能，故也称特种陶瓷、高性能陶瓷。氧化铝陶瓷是氧化物陶瓷中应用最广、用途最宽、产销量最大的陶瓷新材料。 1氧化铝的同质多晶变体及其性能简介根据研究报道，Al2O3有12种同质多晶变体[1]，但应用较多的主要有3种，即α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3，这3种晶体的结构不同，故它们的性质具有很大的差异[2]。（1）α-Al2O3是三方晶系，单位晶包是一个尖的菱面体，密度为 3.96～4.01g/cm3，其结构最紧密、化学活性低、高温稳定性好、电学性能优良并且机械性能也最佳，在一定条件下可以由其它的两种晶体转换而来。（2）β-Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物，密度为 3.30～3.63g/cm3，它的化学组成中含有一定量的碱土金属氧化物和碱金属氧化物，并且还可以呈现离子型导电。（3）γ-Al2O3是尖晶石型立方结构，在950～1200℃范围内转化为α-Al2O3，密度为3.42～3.47g/cm3。它的氧原子呈立方紧密堆积，铝原子填充在间隙中，这就决定了它在高温下不稳定、力学和电学性能差的缺陷，在科学应用中很少单独制成材料使用。但它有较高的比表面积和较强的化学活性，经过技术改进可以作为吸附材料使用。由于β-Al2O3和γ-Al2O3在高温(950～1200℃)下易转化为α-Al2O3，而陶瓷的制备又须经高温烧结，所以氧化铝陶瓷是一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料。 2氧化铝陶瓷的功能简介氧化铝陶瓷具有热稳定和化学稳定性，电绝缘性、压电性、耐腐蚀性、化学吸附性、生物适应性、吸声性和透光性等多种有实用价值的性能和功能，见表1。

氧化铝陶瓷

关注氧化铝陶瓷行业范围：以氧化铝为主要生产原料及氧化铝深加工企业技术概况：一、氧化铝陶瓷的技术指标氧化铝陶瓷含量≥92% 密度≥3.6 g/cm3 洛氏硬度≥80 HRA 抗压强度≥850 Mpa 断裂韧性KΙ C ≥4.8MPa·m1/2 抗弯强度≥290MPa 导热系数 20W/m.K 热膨胀系数： 7.2×10-6m/m.K 二、氧化铝陶瓷的特点 1. 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。 2. 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。根据我们十几年来的客户跟踪调查，在同等工况下，可至少延长设备使用寿命十倍以上。 3. 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。三、氧化铝陶瓷的应用前景国外对氧化铝材料的研究起步较早，尤其是在科技含量高的领域如机械加工、医学、航空航天等。而国内对氧化铝材料研究相对较晚，技术相对落后，且制造业中生产工艺较落后、装备不精，所以产品质量跟西方发达国家相比还是存在一定的差距。因此，提高我国氧化铝材料的研究水平及大力推广氧化铝材料的应用已迫在眉睫。预计受益和借鉴意义氧化铝作为我集团的拳头产品和经济支柱，在目前的经济形势下仅仅作为电解铝企业的原材料其局限性已经逐渐显现。多渠道的扩展氧化铝的下游产品、提高氧化铝产品的附加值，将奠定信发百年老店的坚实基础。如能创造条件对该行业进行了解研究，将进一步丰富我集团产业链条，并创造新的赢利点。附：氧化铝陶瓷部分企业上海恒耐陶瓷技术有限公司、宜兴市丁蜀镇景宏陶瓷厂、宜兴九荣特种陶瓷有限公司、宜兴市金宇瓷业有限公司等。