文档介绍：微晶氧化铝陶瓷材料的制备与应用
1、引言
我国先进陶瓷材料经过50余年的发展,在新产品开发、产业化等方面显示出强劲的势头。氧化铝陶瓷作为先进陶瓷中应用最广的一种材料,其具有高熔点、高硬度、机械性能好、耐蚀、绝缘等优良特性,在很多行业都有非常广泛的应用。
2、正文
氧化铝具有多种晶体结构,大部分是由氢氧化铝脱水转变为稳定结构的α- Al2O3时所生成的中间相, 其结构具不完整性,在高温下具不稳定性,最后转变成α- Al2O3。据文献报道,计有α、β、γ、δ、ε、δ、ε、ζ、κ、λ、ρ及无定型氧化铝等12种晶型,最为常见的有α-Al2O3、β- Al2O3和γ- Al2O3三种晶型。
微晶氧化铝陶瓷是指以高纯α-Al2O3粉为主要原料,经各种陶瓷工艺制成的晶相晶粒尺寸小于6μm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,仅次于金刚石。刚玉陶瓷的强度非常高,熔点为2050℃,并且这种高强度在1000℃以上的高温下仍能保持,还能够长期在高温富氧的条件下使用,远远优于普通的钢和合金钢。刚玉的导热性能非常好,室温下的导热率达29W/m"K,只比钢铁等的热导率稍低,而且高频下的介质损耗低于10-4,是最好的高频绝缘材料之一。
、微晶氧化铝陶瓷的分类
微晶氧化铝陶瓷通常分可为高纯型与普通型两种。%以上的氧化铝陶瓷材料,其烧结温度高达1650—1990℃,透射波长在1~6μm范围,利用其透光性及可耐碱金属腐蚀等性能,常用作高压钠灯灯管;普通型微晶氧化铝陶瓷按
Al2O3含量不同可分为99、95、92、90、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氧化铝陶瓷材料常用于制作高温坩埚、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),在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料,在化工行业常于催化剂载体等;95、92、90氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨损材料与耐磨部件;85瓷中由于常掺入部分滑石,提高了电性能与机械强度,可与铌、钽等金属封接,用作电真空装置器件等。
、微晶氧化铝陶瓷材料制备工艺
微晶氧化铝陶瓷材料的制备工艺可表示如下[3]:
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) 干燥烧成检选(冷加工) 包装入库出厂
作为陶瓷原料主要成分之一的氧化铝在地壳中含量非常丰富,%,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原料主要有两大类:一类是工业氧化铝,另一类是电熔刚玉。
(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(由铝的氢氧化物,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)为原料,通过化学法(主要是碱法,多采用拜尔——碱石灰法)处理,除去硅、铁、钛等杂质,制备出氢氧化铝经煅烧而制得,其矿物成分绝大部分是γ-Al2O3。工业氧化铝是白色松散的结晶粉末,- Al2O3晶体组成的多孔球形聚集体,其孔隙率约为30%,平均颗粒粒径为40~70μm,工业氧化铝粉料的扫描电镜如图1所示[2]。工业氧化铝的三项主要杂质成分中,Na2O和Fe2O3会降低氧化铝瓷件的电性能。%~%,%。另外, 在电真空瓷件中,工业氧化铝中不得含有***化物、***化物等,因为它们能侵蚀电真空装置。工业氧化铝含量的质量标准见下表1。
(2)电熔刚玉:电熔刚玉是以工业氧化铝或富含铝的原料在电弧炉中熔融,缓慢冷却使晶体析晶出来,其Al2O3含量可达99%以上,%~%。电熔刚玉的矿物组成主要是α-Al2O3,纯正的电熔刚玉呈白色,称为白刚玉;熔制时加入氧化铬,可制成红色的铬刚玉;加入氧化锆时可制成锆刚玉;电熔刚玉中含有TiO2则称钛刚玉。这一系列的电熔刚玉由于熔点高硬度大,是制造高级耐火材料、高硬磨料磨具的优质原料。
(浆料、泥料)制备
将合格的高温氧化铝粉料,根据产品性能的要求与成型工艺的特点,按配方配料后经研磨设备(球磨机、搅拌磨等)加工至要求细度,制备出合格的坯用粉料、浆料、泥料。采用半自动或全自动干压成型,对粉体有
一定的工艺参数要求,需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、粉料颗粒呈现圆球状,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