氧化鋁陶瓷是以α-Al2O3為主晶相的結構陶瓷,由于其具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、化學穩定性良好等優異的性能,而且原料來源廣泛、價格低廉,在電子、航空、機械、紡織、化工、建筑等領域得到了非常廣泛的應用。然而,由于Al2O3的熔點高達2050℃,氧化鋁陶瓷的燒結溫度也較高,這就需要消耗大量的能源,而且對設備的要求也較高。從節約資源、降低能耗、減少成本的角度考慮,氧化鋁陶瓷的低溫燒結技術成為了一項重要的研究課題。
目前,對于降低氧化鋁陶瓷燒結溫度方面的研究較多,歸納起來主要有以下幾個方面:
(1) 提高原料粉體的細度和活性。基于表面張力作用原理,采用粒度小、比表面積大、表面活性高的氧化鋁細晶為原料可以顯著降低氧化鋁陶瓷的燒結溫度;
(2) 采用特殊燒結工藝。目前主要采用的低溫燒結工藝包括熱壓燒結、熱等靜壓燒結、微波加熱燒結、微波等離子體燒結以及放電等離子體燒結等,可以起到降低燒結溫度的作用;
(3) 添加燒結助劑。采用不同的設計配方,在原料中引入添加劑,通過不同的作用機理實現氧化鋁陶瓷的低溫燒結。
由于降低原料粉體粒度需要采用不同的預處理工藝,原料成本高、工藝復雜,而特殊燒結技術往往要消耗能源,同時部分燒結方式難以控制燒結體形狀,在不添加任何助劑的情況下制得的氧化鋁陶瓷性能較差;因此,與其他方法相比,燒結助劑法具有成本低、效果好、工藝簡便的優點,而且通過摻雜改性技術可以大幅 提高氧化鋁陶瓷的機電性能,是目前最有效的一種低溫燒結方法。
結論
在氧化鋁陶瓷的低溫燒結技術中,采用添加劑的方法降低燒結溫度的效果是非常顯著的,同時,還可以 起到細化晶粒、穩定結構、改善材料力學性能等作用。不同添加劑的作用機理不同,實際生產中,往往采用多種助劑復合使用的方式,可以更好地促進氧化鋁陶瓷的低溫燒結,氧化鋁陶瓷低溫燒結助劑的研究仍然以復合助劑為主,其發展趨勢一方面是完善現有的復合助劑體系,尋求更優的助劑組合方式及其用量關系; 另一方面是研究開發新的體系以期達到更好的效果,其中低熔點玻璃相的助劑以及稀土氧化物的研究報道還比 較少,但其具有添加量少、燒結性能好等優勢,若加以深入研究有望在氧化鋁陶瓷的低溫燒結技術領域得到 更好的應用。目前,燒結助劑法在陶瓷低溫燒結方面的應用越來越廣泛,研究領域也取得了很多階段性的進展,但仍存在很多不足。在實際應用方面,至今尚未形成一個成熟的體系,在燒結助劑的選擇上大多以實驗 經驗為主,缺乏相關的理論基礎,而且材料的研究與工藝的選擇及器件的設計未能有效的結合。在理論研究方面,缺少低溫燒結動力學分析,另外在微觀結構與材料性能的內在聯系方面的研究還不深入。因此,系統研究燒結助劑的相關理論,以達到通過不同的性能要求來設計和選擇燒結助劑的目的是今后助劑法低溫燒 結陶瓷材料的一個重要的研究方向。
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【本文標簽】 低溫燒結、氧化鋁陶瓷、燒結設備
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