氧化铝陶瓷的微波烧结

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1、深圳大学材料学院本科生设计性实验报告《硅灰石、氧化铝、钛酸钙等陶瓷材料制备》实验报告---------------氧化铝陶瓷的微波烧结1、引言1.1氧化铝陶瓷材料的结构、性能及应用背景1.11氧化铝陶瓷材料的结构氧化铝陶瓷是一种以α-Al2O3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。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

2、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。1.12氧化铝陶瓷材料的性能及应用背景（1）机械强度高：氧化铝烧结后的抗弯强度可达250MPa,热压产品可达500MPa。氧化铝的成分愈纯，强度愈高。强度在高温下可维持到900℃。利用氧化铝陶瓷的这一性质可以制成装置瓷和其他机械构件。（2）电阻率高，电绝缘性好：氧化铝的常温电阻率约为1015Ω·cm，绝缘强度15Kv/mm，利用其绝缘性和强度可制成各种基板、管座、火花塞和电路外壳等（3）硬度高：莫氏硬度为9，加上优良的抗磨

3、损性，所以广泛地用以制造刀具、磨轮、磨料、拉丝模、挤压模、轴承等。用A12O3陶瓷刀具加工汽车发动机和飞机零件时，可以以高的切削速度获得高的精度。（4）熔点高，抗腐蚀：氧化铝的熔点为2050℃，能较好地抵抗一些熔融金属的侵蚀，可用作耐火材料、炉管，热电偶保护套等。（5）化学稳定性好：许多复合的硫化物、磷化物、砷化物、碘化物、氧化物以及硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸不与A12O3作用。因此A12O3可制备人体关节、人工骨等生物陶瓷材料。（6）光学特性：氧化铝陶瓷可以制成用于高压纳灯的透明陶瓷灯管。透明氧化铝陶瓷的熔点高达2050℃，能在1600℃的环境里

4、不受钠蒸气的腐蚀，而且可以通过95％的光线。有了它，高压钠灯才在1960年诞生，并经过不断改进，得到了实际应用。此外，透明陶瓷还适用于制造其他新型灯具，如钾灯、铯灯、金属卤化物灯等。1.2本实验的实验目的及设计思路1.21实验目的①掌握特种陶瓷的制备工艺与原理；②解陶瓷烧结原理；③解陶瓷制备常用设备工作原理与操作方法。1.22设计思路完成一种特种陶瓷的制备全过程，包括粉末制备、成形、烧结及密度或孔隙率的测量、数据记录、设备操作，并写出实验报告。2、实验设计2.1瓷材料制备工艺步骤及原理（1）粉末的制备根据所要制备的特种陶瓷的成分，合成并制备出符合

5、要求的陶瓷粉末。其过程主要包括：由陶瓷成分，选择合适的化工原料及成分配比，经球磨混合后在一定温度下煅烧，随后采用高能球磨方法制得陶瓷粉末。6深圳大学材料学院本科生设计性实验报告粉末原料的方法有铵明矾热解法、有机铝盐加水分解法、铝的水中放电分解法、铝的铵碳酸盐热分解法等。（2）陶瓷的造粒及成型造粒：陶瓷造粒是将陶瓷粉体与塑性剂混合，然后通过造粒设备制出球形的颗粒。成型：氧化铝陶瓷成型的方法有许多种，依产品的形状、大小、复杂性与精度等要求选用合适的成型方式。最常用的方法有干压法成型、注浆成型、挤压成型、冷等静压法成型（CIP),注射成型、流延成型、热

6、压成型与热等静压成型(HIP)以及近几年来新开发的压滤成型、凝胶注成型、固体自由成型制造技术等。（3）陶瓷的烧结采用空气中常压烧结方法。根据特种陶瓷的组元和成分，选择合适的烧结温度和烧结时间。烧结时，陶瓷素坯样品随炉升温和降温（在设备允许情况下，可在到温后入炉烧结并空气冷却）。采用烧结助剂无疑是一种比较好的烧结方法。为了考察并了解烧结温度和组元及成分对致密化过程的影响，可以在制备陶瓷时，选择不同的烧结温度和成分，通过测定陶瓷密度或孔隙率，获得温度和成分与陶瓷密度的关系。2.2原料、仪器及设备（1）原料Al2O3，高岭土，CaCO3，镁盐MgCO3

7、。配方：原料总质量为20gAl2O314g（70%）MgCO33.6g（18%）高岭土1.2g（6%）CaCO31.2g（6%）（2）仪器：氧化铝坩埚、烧杯、勺子、玻璃棒、天平、网筛。（3）设备：压片机、星型球磨机、NJZ4-3型微波真空烧结炉、扫描电镜。2.3实验过程描述（1）原料原料为Al2O3，高岭土，CaCO3，镁盐MgCO3。（2）配比按Al2O3，高岭土，MgCO3，CaCO3质量比称量，要求配制总重20g的陶瓷原料。（3）球磨混合和粉碎装入球磨罐中球磨，球磨工艺为：200（或250）rpm/1.0hr。（4）蒸干将带水的粉末经过加热

8、搅拌蒸干。（5）选粒采用40，80目的网筛进行选粒（6）成型在压片机中干压成型，压制3片（φ15，厚度约5mm左右），成型压力为150M