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1、第34卷第5期中国陶瓷Vol.34No.51998年10月CHINACERAMICSOct.1998X氧化铝陶瓷及其烧结刘大成(唐山高等专科学校063000)摘要本文介绍了氧化铝变体、氧化铝陶瓷的性质和用途。论述了氧化铝陶瓷烧结动力学并分析了影响烧结的主要因素。关键词氧化铝陶瓷烧结团聚体1氧化铝的多晶转变表2氧化铝高温结构陶瓷的主要性能氧化铝有许多同质多晶体,报导过的变体有十多种,Table2ThemainProperties但主要的有A-Al2O3、B-Al2O3、C-Al2O3三种晶型。下图性能指标及表1列出了Al2O3四种变体的情况。密度g/cm33.93熔点(°
2、C)2050抗弯强度(MPa)509.9破坏韧性(MPam1/2)8.06硬度(莫氏)9热膨胀系数(×10-6°C-1)20～500°C6.2～7.5RT—1200°C20～800°C6.5～8.0热导率(w/m.k)25.2电阻率(8õcm)105绝缘强度(KV/mm)>20表1氧化铝变体情况表3氧化铝高温结构陶瓷的主要用途Table1ThepolymorphismofthealuminaTable3Themainuses变体结构稳定性其它领域用途使用条件(°C)晶胞为尖的菱结构紧密,活性低,密度高温下稳定,熔特殊冶金熔炼纯Pt、Pd>1775A-Al2O3面体,六方
3、晶系为:3.96～4.01g/cm3莫点2050°C刚玉结构氏硬度为9雷达天线保护罩≥1000火箭、导弹陀螺仪轴承<8001400～1500°C实质上是一种含有碱土磁流体发电高温高速电离气流通道3000金属和/或碱金属铝酸开始分解,1600B-Al2O3六方晶格盐,化学组成近为:ROõ玻璃工业玻璃池室及坩埚1450°C转变为A-6Al2O3和R2Oõ11Al2O3,Al2O33电炉工业炉膛1000～2000密度为3.30～3.63g/cm高温观测窗1000～1500机械工业刀具,磨料,拉丝模,挤压模等高强度,耐磨等尖晶石型C-Al2O3高温下不稳定(立方)结构化学工业化
4、学装置,热交换器耐磨蚀等医学人造关节,人工骨等高强度,高硬度此晶型即Li2O3õAl2O3固F-Al2O3溶体X收稿日期:1997-08-11·14·中国陶瓷1998年第5期¹烧结中期动力学32氧化铝陶瓷的性能及用途Pc=32.4CDvD3(tf-t)(2)lkT式中:Pc——烧结中期气孔率由于氧化铝陶瓷的性能优越,故其用途非常广泛。表Tf——空隙完全消失所需时间2、表3分别列出了氧化铝陶瓷的主要性能和主要用途。l——十四面体模型边长º烧结后期动力学3氧化铝陶瓷的烧结36PDvCDPs=(tf-t)(3)32lkT3.1氧化铝烧结动力学式中:Ps——烧结后期气孔率3.1
5、.1烧结初期动力学对氧化铝烧结实验结果如图2所示,可见与动力学公双球模型。式相符合。3△L5CDDv2/5-6/52/5=[]õrõt(1)3.2影响氧化铝烧结的因素L02kT影响氧化铝烧结的因素比较多,现就主要影响因素进式中:K0——两球形颗粒中心距离行讨论。△L——烧结后收缩值3.2.1粉碎效应的影响C——表面能将原料粉碎时,由于机械力作功,不仅颗粒表面发生r——球形颗粒半径变化,而且内部结构也产生局部变形,成为高能的活性状3D——空位体积态。原料粉碎的颗粒越细,体系的能量越高,烧结的推动力t——烧结时间就越大,越有利于烧结。Dv——体积扩散系数3.2.2粉体团聚的
6、影响k——波尔兹曼常数对于粉体来说,颗粒越细,越有利于烧结,这已在上面T——温度进行了论述,但是,颗粒越细越容易出现粉体的团聚。此对对氧化铝烧结实验结果如图1所示,可见与动力学公烧结有很大影响。细颗粒原料粉末由于范德华力和键合的式相符合。作用力,产生粉体团聚。粉体团聚可用“团聚系数”——AF(50)来表示。中等尺寸团聚体的直径AF(50)=微粒的等价球直径AF(50)越大,说明粉料中团聚现象越严重。AF(50)=1说明粉料几乎没有团聚体。在Al2O3粉体中掺入微量NiO,团聚系数AF(50)为26、8、3,素坯在1735°C、氧化气氛中烧结6小时,其相对密度分别为54.
7、5%、81.1%、93.2%。可见,在含有团聚体的材料烧结时,由于团聚体内部图1Al2O3在烧结初期的线收缩率颗粒之间距离较小,故其内部的微粒之间优先烧结,而在团聚体周围的微粒同时正常地烧结,它与团聚体晶粒形成了大小不一的非均匀的显微组织,大气孔存在于晶界上及晶粒内,既使再进一步烧结,这些气孔也无法排除,相反会引起二次重结晶。为此,团聚体的消除是影响氧化铝烧结的一个关键问题,通常采用加入适当的分散剂、增加粉体的均匀性、选择适当的粉体加工方法等,以减弱或消除颗粒之间的作用力,从而减弱或消除粉体团聚体。3.2.3添加物的影响由于氧化铝的熔点很
