微晶氧化铝陶瓷材料的制备与应用

《微晶氧化铝陶瓷材料的制备与应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、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屮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2.1微晶氧化铝陶瓷的概念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Q-AI2O3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a-AI2O3。据文献报道，计有a、P、y、S、e、S、e、G、k、X、P及无定型氧化铝等12种晶型，最为常见

2、的有a-Al2O3、3-AI2O3和y-AI2O3三种晶型。微晶氧化铝陶瓷是指以高纯a-AI2O3粉为主要原料，经各种陶瓷工艺制成的晶相晶粒尺寸小于6Pm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°C,并且这种高强度在1000°C以上的髙温下仍能保持，还能够长期在高温富氧的条件下使用，远远优丁普通的钢和合金钢。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

3、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。2.2、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。高纯型微晶氧化铝陶瓷指AI2O3含量在99.9%以上的氧化铝陶瓷材料，其烧结温度高达1650一1990°C，透射波长在1〜6pm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AI2O3含量不同可分为99、95、92、90、85瓷等品利1（有时AI2O3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

4、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。2.3、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7K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、挤岀）干燥烧成检选（冷加工）包装入库出厂2.3.1原料作为陶瓷原料主要成分之一的氧化铝在地壳中含

5、量非常丰富,在岩石屮平均含量为15.34%，是自然界屮仅次于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（xAI2O3"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，多采用拜尔一一碱石灰法）处理，除去硅、铁、钦等杂质，制备出氢氧化铝经煆烧而制得,其矿物成分绝大部分是丫-AI2O3。工业氧化铝是白色松散的结晶粉末，颗粒是由许多粒径小于O.lPm的丫

6、-AI2O3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40〜70um，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，Na20和Fe2O3会降低氧化铝瓷件的电性能。Na20的含量应在0.5%〜0.6%，Fe2O3含量应小于0.04%。另外，在电真空瓷件屮，工业氧化铝屮不得含有氯化物、氟化物等，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AI2O3含量可达99%以上，Na20含量

7、可减少至0.1%〜0.3%。电熔刚玉的矿物组成主要是a-AI2O3,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。2.3.2粉料（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

8、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屮自动充填模壁。此外，为减少粉料与模壁的摩擦，还需添加1%〜2%的润滑剂（如硬脂酸铝等）及粘结剂PVA。喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散，颗粒级配比理想等条件，以获得较大素坯密度。采用