氧化鋁陶瓷由于(yu)其具有高(gao)(gao)強度(du)、高(gao)(gao)硬度(du)、耐高(gao)(gao)溫(wen)、耐腐蝕、化學穩(wen)定性(xing)良好等優異的性(xing)能，而(er)且(qie)原料來源(yuan)(yuan)廣(guang)泛(fan)、價(jia)格(ge)低廉，在電子、航空、機械(xie)、紡(fang)織、化工、建筑等領域(yu)得到了非常(chang)廣(guang)泛(fan)的應用。然(ran)而(er)，由于(yu)Al2O3的熔點(dian)高(gao)(gao)達(da)2050℃，氧化鋁陶瓷的燒(shao)結(jie)溫(wen)度(du)也(ye)較高(gao)(gao)，這就需要(yao)消耗大量的能源(yuan)(yuan)，而(er)且(qie)對設備的要(yao)求也(ye)較高(gao)(gao)。所以，降低氧化鋁陶瓷的燒(shao)結(jie)溫(wen)度(du)非常(chang)重要(yao)。
目前降(jiang)低氧化鋁陶瓷燒結(jie)溫度的(de)方法(fa)很多，比如降(jiang)低氧化鋁粉的(de)粒度、采用燒結(jie)工藝、添加(jia)燒結(jie)助(zhu)劑等(deng)。
由于降低原(yuan)(yuan)料粉體(ti)粒度需(xu)要(yao)(yao)采(cai)用(yong)不(bu)同的(de)預處理工藝(yi),原(yuan)(yuan)料成本高(gao)、工藝(yi)復雜(za)，而(er)燒結技(ji)術往往要(yao)(yao)消耗能(neng)源(yuan)，同時部分燒結方式難以(yi)控制燒結體(ti)形狀,在不(bu)添加(jia)任(ren)何助(zhu)劑的(de)情況下(xia)制得的(de)氧(yang)化(hua)鋁陶(tao)瓷(ci)性能(neng)較差(cha);因(yin)此，與其他方法相比，燒結助(zhu)劑法具(ju)有成本低、效果好、工藝(yi)簡便的(de)優點，而(er)且通過(guo)摻雜(za)改性技(ji)術可以(yi)大(da)幅提高(gao)氧(yang)化(hua)鋁陶(tao)瓷(ci)的(de)機電(dian)性能(neng)，是目前-種低溫燒結方法。
燒結助劑的作用機理
燒結是通(tong)過(guo)加熱使原料粉體產生(sheng)顆粒粘結、經過(guo)物(wu)質遷(qian)移使粉末體產生(sheng)強度并(bing)導(dao)致(zhi)致(zhi)密化和再(zai)結晶(jing)(jing)的(de)過(guo)程。普通(tong)陶瓷粉體之所以難于(yu)燒結，原因就在于(yu)其晶(jing)(jing)格能較高(gao)、晶(jing)(jing)體結構(gou)穩定，質點擴散需要(yao)(yao)較高(gao)的(de)活性，即燒結激活能大，因此需要(yao)(yao)較高(gao)的(de)溫度。
為了(le)達(da)(da)到促(cu)進燒結(jie)(jie)的(de)(de)目的(de)(de)，一(yi)方(fang)面(mian)可考(kao)慮活化晶(jing)格(ge)，降低中(zhong)國粉體網，編輯整理燒結(jie)(jie)激活能(neng)，主(zhu)要通過(guo)(guo)摻雜破壞穩定的(de)(de)晶(jing)格(ge)結(jie)(jie)構使得晶(jing)體Cnpowder. cam. .cn.中(zhong)產(chan)(chan)生(sheng)缺陷或者引起(qi)晶(jing)格(ge)畸變(bian)來實現;另一(yi)方(fang)面(mian)可考(kao)慮加速擴(kuo)散(san)過(guo)(guo)程(cheng)，主(zhu)要通過(guo)(guo)在(zai)體系(xi)中(zhong)產(chan)(chan)生(sheng)液(ye)相，液(ye)相通過(guo)(guo)表(biao)面(mian)張力作用(yong)(yong)產(chan)(chan)生(sheng)顆粒(li)粘(zhan)結(jie)(jie)并填充氣孔(kong)，同時利(li)用(yong)(yong)“溶解-沉淀”機理，通過(guo)(guo)液(ye)相傳(chuan)質(zhi)作用(yong)(yong)使溶解的(de)(de)小(xiao)晶(jing)粒(li)逐漸在(zai)大晶(jing)粒(li)表(biao)面(mian)沉積，達(da)(da)到促(cu)進燒結(jie)(jie)的(de)(de)效果。
常用燒結助劑體系
在實際生(sheng)產中(zhong)，單一助劑(ji)往往不能同(tong)(tong)時(shi)滿足(zu)其(qi)燒(shao)結和機電性(xing)能的(de)(de)要求，一般情(qing)況(kuang)下單一助劑(ji)在降低燒(shao)結溫度(du)的(de)(de)同(tong)(tong)時(shi)會導致陶(tao)瓷性(xing)能的(de)(de)降低，因此，采用(yong)多(duo)種不同(tong)(tong)助劑(ji)組成的(de)(de)復(fu)合添(tian)加劑(ji)要比單獨(du)使用(yong)其(qi)中(zhong)一種助劑(ji)更為常見(jian)。
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CaO-MgO-SiO2體系
采用這一(yi)體系的(de)(de)燒結(jie)(jie)助劑，可在1500～1550℃左右合成(cheng)(cheng)氧化鋁(lv)基陶(tao)瓷。MgO對氧化鋁(lv)陶(tao)瓷的(de)(de)細晶顯微結(jie)(jie)構(gou)(gou)起了重(zhong)要(yao)作用，MgO在燒結(jie)(jie)中能(neng)(neng)維(wei)持(chi)CaO/SiO2比，即維(wei)持(chi)燒結(jie)(jie)系統中的(de)(de)液相量，并有(you)尖晶石(shi)、鎂鋁(lv)硅酸(suan)鹽、鋁(lv)硅酸(suan)鹽、鋁(lv)酸(suan)鹽等多種第二(er)相晶體生(sheng)成(cheng)(cheng)，對晶界移(yi)動具(ju)有(you)釘扎作用；同時引入了少量的(de)(de)La2O3、Sm2O3等稀(xi)土氧化物，使Al2O3陶(tao)瓷的(de)(de)燒結(jie)(jie)溫度下降大約30℃，其表面顯微結(jie)(jie)構(gou)(gou)也有(you)所改(gai)善(shan)，這主要(yao)是由于La2O3和Sm2O3為網(wang)絡(luo)(luo)變性(xing)離子，能(neng)(neng)夠(gou)分解熔體網(wang)絡(luo)(luo)而促進(jin)燒結(jie)(jie)。
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MnO2-TiO2-MgO體系
通過加(jia)入(ru)(ru)(ru)MnO2-TiO2-MgO復相(xiang)添(tian)加(jia)劑，在1300℃下(xia)可以獲得相(xiang)對密度為(wei)95%的氧化鋁陶瓷，其中MnO2可以促進燒結(jie)，而MgO起(qi)到(dao)了(le)顯(xian)微結(jie)構(gou)穩定劑的作用，在MnO2和(he)MgO含量(liang)一(yi)定的情況下(xia)，加(jia)入(ru)(ru)(ru)少量(liang)TiO2可使氧化鋁燒結(jie)獲得良好的力學性能，再加(jia)入(ru)(ru)(ru)過量(liang)的TiO2反而使強度降低。
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CuO-TiO2體(ti)系
這一(yi)體(ti)系(xi)助劑(ji)具有(you)(you)良好的(de)(de)(de)低溫燒(shao)結(jie)特(te)性。經研(yan)究發現，當摻(chan)入(ru)CuO-TiO2時(shi)，添(tian)加(jia)(jia)劑(ji)系(xi)統以形成液相的(de)(de)(de)形式促進氧化鋁燒(shao)結(jie)，添(tian)加(jia)(jia)劑(ji)含量的(de)(de)(de)增加(jia)(jia)有(you)(you)助于氧化鋁陶(tao)瓷(ci)(ci)的(de)(de)(de)致密(mi)化，當CuO∶TiO2為1∶2、添(tian)加(jia)(jia)量為2wt%的(de)(de)(de)時(shi)侯(hou)，在(zai)(zai)1300℃就(jiu)能在(zai)(zai)無壓(ya)燒(shao)結(jie)情況下(xia)達到99%的(de)(de)(de)相對密(mi)度，并通(tong)過(guo)(guo)燒(shao)結(jie)動(dong)力學(xue)研(yan)究得到氧化鋁樣品的(de)(de)(de)激活能為25.2kJ/mol，表明可能是(shi)鋁離(li)子和氧離(li)子的(de)(de)(de)擴散過(guo)(guo)程控制了氧化鋁陶(tao)瓷(ci)(ci)的(de)(de)(de)燒(shao)結(jie)。在(zai)(zai)此添(tian)加(jia)(jia)劑(ji)中(zhong)繼續(xu)摻(chan)入(ru)SiO2后，在(zai)(zai)1400℃時(shi)生成了各(ge)向異性晶粒(li)，可以改善(shan)其斷裂韌性。
總結
近(jin)年來學者們針對燒(shao)(shao)結助(zhu)劑(ji)的(de)研究已經做了大量工(gong)作，在(zai)滿足低(di)溫燒(shao)(shao)成(cheng)Al2O3陶瓷的(de)同(tong)時，也在(zai)不(bu)(bu)斷提(ti)高(gao)其(qi)機械性(xing)能(neng)和電性(xing)能(neng)。但(dan)目前的(de)研究成(cheng)果大部(bu)分主要還(huan)集中在(zai)實驗室(shi)階(jie)段，與(yu)實際(ji)生(sheng)產聯系得不(bu)(bu)夠緊密。降(jiang)低(di)復合燒(shao)(shao)結助(zhu)劑(ji)的(de)制造(zao)成(cheng)本，不(bu)(bu)同(tong)成(cheng)形工(gong)藝(yi)對燒(shao)(shao)結助(zhu)劑(ji)的(de)不(bu)(bu)同(tong)要求，低(di)熔(rong)點燒(shao)(shao)結助(zhu)劑(ji)氧化(hua)物之間的(de)作用(yong)機理，燒(shao)(shao)結助(zhu)劑(ji)在(zai)不(bu)(bu)同(tong)溫度(du)段的(de)基(ji)礎(chu)理論等方面(mian)還(huan)有待進(jin)一(yi)步(bu)研究。