提高氧化铝透明陶瓷透明度
提高氧化铝透明陶瓷的透明度
氧化铝透明陶瓷:又称半透明氧化铝陶瓷或透明多晶氧化铝陶瓷主晶相为α-A12O3。密度3.98g/cm3以上。直线透光率90%～95%以上。介电常数大于9.8。介电损耗角正切值小于2.5×10-4(1GC>，抗弯强度大于350～380MPa。击穿强度6.0～6.4kV/mm。热膨胀系数(6.5～8.5>×10-6/℃。高温下具有良好耐碱金属蒸气腐蚀性。
原料为纯度99.99%以上的Al2O3，添加少量纯氧化镁、三氧化二镧、或三氧化二钇等添加剂，采用连续等静压成型，气氛烧结或热压烧结，严格控制晶粒大小，可获得高致密透明陶瓷。
用于制造高压钠灯的发光管(工作寿命可超过2万h>。也可用作微波集成电路基片、轴承材料、耐磨表面材料和红外光学元件材料等。
1. 概述
透明陶瓷特性：耐高温耐腐蚀
高绝缘高强度
透明
一般陶瓷—气孔、杂质、晶界、结构
↓
对光反射损失+吸收损失
↓
光学不透明
2.透光模型
表面反射光
↑
入射光→陶瓷材料→透射光
↓
内部吸收光 + 散射光
↑↑
晶体本身+杂质外表+内散射中心
↓
杂质+微气孔+晶粒直径↓
散射量最大←入射光波长=晶粒直径
3.陶瓷透光的基本条件
1>致密度>理论密度的99.5%
2>晶界无空隙或空隙大小<<入射光波长
3>晶界无杂质及玻璃相，或其与微晶体的光学性质相似
4>晶粒较小且均匀，其中无空隙
5>晶体对入射光的选择吸收很小
6>晶体无光学异向性(立方晶系>
7>表面光洁
4.工艺原理
<1）控制以体积扩散为烧结机制的晶粒长大过程
晶粒过快生长—晶界裂缝，封闭气孔
晶粒生长速度 > 气孔移动速度
—包裹于晶体内的气孔更不易排出
加入适量MgO(0.1-0.5%> →透明Al
2O
3
陶瓷
↓
1>MgAl
2O
4
晶界析出，阻止晶界过快迁移
2>MgO较易挥发，防止形成封闭气孔↓
限制晶粒过快生长—微晶结构透明Al
2O
3
陶瓷
<2）控制气孔平均尺寸
烧结透明Al
2O
3
陶瓷：晶粒~25μm，大小均匀
气孔半径0.5-1.0μm
气孔率0.1%
热压烧结Al
2O
3
陶瓷：晶粒1-2μm，大小不均
气孔半径~0.1μm
对可见光散射效应强
在可见光区透光率：烧结瓷 >热压瓷
<3）其他因素：原料纯度、细度，成型方法，烧结气氛等氢气或真空中烧结，透光率高
5.工艺方法
1）配料
主料：高纯Al
2O
3
(>99.9%> —硫酸铝铵热解法
Al
2(NH
4
>
2
(SO
4
>
4
?24H
2
O
~200℃ → Al
2 (SO
4
>
3
?(NH
4
>
2
SO
4
?H
2
O + 23 H
2
O↑
500~600 ℃ → Al
2 (SO
4
>
3
+ 2NH
3
↑+SO
3
↑ + 2 H
2
O↑
800~900 ℃ →γ-Al
2O
3
+ 3 SO
3
↑
~1300 ℃/1.0~1.5h →α-Al
2O 3
(少量γ-Al
2O
3
提高活性，促进烧结>
改性料：MgO 以Mg(NO
3>
2
加入，共同热分解
—分布均匀，活性较大的MgO
2）成型和烧结：
a>常温注浆或等静压成型，高温烧结
浆料pH=3.5，流动性较好
坯体理论密度 > 理论密度的85% 氢气或真空下烧结，T=1700-1900℃
b>二次烧结法
将含有MgO <0.5%）的 Al
2O
3
粉成型
1000-1700℃ 氧化气氛，t=1.0h
氢气或真空下烧结，T=1700-1950℃
c>热等静压烧结
透明陶瓷的制备工艺
透明陶瓷的制备过程包括制粉、成型、烧结及机械加工的过程。
粉料制备
透明陶瓷的原料粉有四个要求〔5〕:(1>具有较高的纯度和分散性。(2>具有较高的烧结活性。(3>颗粒比较均匀并呈球形。(4>不能凝聚,随时间的推移也不会出现新相。传统的粉料制备方法主要有固相反应法、化学沉淀法、溶胶—凝胶法以及不发生化学反应的蒸发—凝聚法(PVD>和气相化学反应法。除此之外,新的陶瓷制粉工艺也不断的涌现出来,如激光等离子体法、喷雾干燥法和自蔓延法等。
制备粉料的方式对陶瓷的透光性有很大的影响。金属氧化物球磨方法制备粉料,粉料的细度不能得到保证,固相反应时,粉料的活性低,颗粒粗,即使采用热压法烧结,也不易形成高密度的陶瓷,且陶瓷的化学组成和均匀性差。而化学工艺制备粉料的显著特点是能获得纯度、均匀、细颗粒的超微粉,合成温度显著下降,这种粉料制备的陶瓷,其致密度可达理论密度的99.9%或更高。一般的化学方法,包括沉淀法、溶胶—凝胶法等制备出的原料粉具有高的分散度,从而保证其良好的烧结活性。这是因为高的分散度的颗粒具有较大的表面能,而表面能是烧结的动力,同时用化学方法制备陶瓷原料粉能较好的引入各类添加剂。例如,人工晶体研究所的黄存新等就是采用金属醇盐法合成尖晶石超细粉末。他们将金属铝和镁分别与异丙醇、乙醇反应生成醇盐化合物,再将其混合、水解、干燥、高温煅烧,即得到性能良好的尖晶石粉料以制备透明铝酸镁陶瓷。
激光气相法是利用当光与物质发生相互作用时,物质的原子或分子将吸收某些特定波长的光子而处于激发态,这些激发态的原子或分子进行重新组合,从而发生化学反应的原理,采用合适的光照射反应物分子提供活化能,使其活化。提供能量的方式很多,但在通常的方法中所提供能量的能谱分布很宽,除了采用特种催化剂外,是没有很好的选择性的。由此而导致的化学反应过程往往包含着某些不需要的副反应,从而影响产物的纯度。因为激光单色性好,谱线很窄,光强极高,用激光辐射为反应系统提供能量,可大大改善反应的选择性,提高生成物纯度。在陶瓷粉末的激光合成技术中,所采用的激光器是CO2,其辐射是在红外波段内,例如蔺恩惠等人就是采用脉冲CO2激光作辐射光源,以TiCl4以及O2作反应物,利用脉冲红外激光诱发的自由基反应成功地合成了TiO2纳M粉。其工艺简单,成本较低,产品的质量较高,是很有发展前途的方法之一。
自蔓延高温合成法(SHS>是指对于
放热反应的反应物,经外热源点火而使
反应启动,利用其放出的热量,使反应自
行维持,并形成燃烧波向下传播。其反
应物可以是粉末、液体或气体。因为反
应的速度极快,产物经过温度骤变的过
程,处于亚稳态,粉末的烧结活性高,反
应中的高温使易挥发的杂质挥发,从而
得到较纯净的产物。其装置图如图1。
SHS法制备粉料优于传统的方法,其
优点在于:(1>纯度高,SHS法经过一个高
温过程,许多杂质尤其是有机物在高温下挥发,而粉料表面的氧化膜也被还原。
(2>活性大,SHS法反应迅速,合成过程中温度梯度大,产品中有可能出现缺陷集中相和亚稳相,产物的活性大大提高,易于进一步烧结致密化。例如上海硅酸盐研究所的张宝林、庄汉锐等人就是以铝粉、高压氮气
为原料,将铝粉、氮化铝粉稀释剂以及氯化铵和氟化氨的混合物置于有机球磨桶中,以氮化铝球为球磨弹子,干混,然后在高压容器中,氮气压力下,以钛粉为引火剂,用通电钨线圈点火,使铝粉与氮气发生燃烧,用SHS法反应生成高氮含量、低氧含量的氮化铝粉。
成型技术
透明陶瓷成型可以采用各种方法,如泥浆浇注、热塑泥浆压铸、挤压成型、干压成型以及等静压成型等。
干压成型是将粉料加少量结合剂,经过造粒然后将造粒后的粉料置于钢模中,在压力机上加压形成一定形状的坯体。干压成型的实质是在外力作用下,借助内摩擦力牢固的把各颗粒联系起来,保持一定的形状。实践证明,坯体的性能与加压方式、加压速度和保压时间有较大的联系。干压成型具有工艺简单、操作方便、周期短、效率高、便于实行自动化生产等优点,而且制出的坯体密度大,尺寸精确,收缩小,机械强度高,电性能好。但干压成型也有不少缺点,如模具磨损大,加工复杂,成本高,加压时压力分布不均匀,导致密度不均匀和收缩不均匀,以致产生开裂、分层等现象。
等静压成型是利用液体介质不可压缩性和均匀传递压力性的一种成型方法,它将配好的坯料装入塑料或橡胶做成的弹性模具内,置于高压容器中,密封后,打入高压液体介质,压力传递至弹性模具对坯体加压。等静压成型有如下特点:(1>可以生产形状复杂、大件及细长的制品,而且成型质量高。(2>成型压力高,而且压力作用效果好。(3>坯体密度高而且均匀,烧成收缩小,不易变形。(4>模具制作方便,寿命长,成本较低。(5>可以少用或不用粘接剂〔9〕。
烧结方法
透明陶瓷的烧结方法多种多样,最常用的是常压烧结,这种方法生产成本低,是最普通的烧结方法。除此之外,人们还采用不少特种烧结方法,如热压烧结、气氛烧结、微波烧结及SPS放电等离子烧结技术。
热压烧结是在加热粉体的同时进行加压,因此烧结主要取决于塑性流动,而不是扩散。对于同一种材料而言,压力烧结与常压烧结相比,烧结温度低得多,而
且烧结体中气孔率也低。另外因为在较低的温度下烧结,就抑制了晶粒的成长,所得的烧结体致密,且具有较高的强度。热压烧结的缺点是加热、冷却时间长,而且必须进行后加工,生产效率低,只能生产形状不太复杂的制品。
气氛烧结是透明陶瓷常用的一种烧结工艺。为了使烧结体具有优异的透光性,必须使烧结体中气孔率尽量降低(直至零>。但在空气中烧结时,很难消除烧结后期晶粒之间存在的孤立气孔,相反,在真空或氢气中烧结时,气孔内的气体被
置换而很快地进行扩散,气孔就易被消除。除
了Al2O3透明陶瓷外,MgO、BeO、Y2O3等透
明陶瓷均可以采用气氛烧结。
微波烧结是利用在微波电磁场中材料的
介电损耗使陶瓷及其复合材料整体加热至烧
结温度而实现致密化的快速烧结的新技术。
微波烧结的速度快、时间短,从而避免了烧结
过程中陶瓷晶粒的异常长大,最终可获得高强
度和高致密度的透明陶瓷。微波烧结工艺中
的关键是如何保证烧结试样的温度均匀性和
防止局部区域热断裂现象,这可以从改进电场
的均匀性和改善材料的介电、导热性能等方
面考虑。放电等离子烧结是90年代发展并成
熟的一种烧结技术,其装置示意如图(2>
SPS装置设备非常类似于热压烧结炉,所不同的是这一过程给一个承压导电模具加上可控脉冲电流,脉冲电流通过模具,也通过样品本身,并有一部分贯穿样品与模具间隙。通过样品及间隙的部分电流激活晶粒表面,击穿孔隙内残余气体,局部放电,甚至产生等离子体,促进晶粒间的局部结合,通过模具的部分电流加热模具,给样品提供一个外在加热源。所以,在SPS过程中样品同时被内外加热,加热可以很迅速。又因为仅仅模具和样品导通后得到加热,截断后它们即实现快速冷却,冷却速度可达300℃/min以上〔11-12〕。
作为一种烧结新技术,SPS在透明陶瓷的制备领域内还没有深入的研究,笔者所在的实验室从日本进口了一台SPS设备,本人正致力于有关SPS在透明陶瓷制备中的应用研究。利用SPS技术进行透明陶瓷的烧结,其优点在于SPS烧结技术的快速升温特性,有利于控制晶粒的异常长大,同时模具所给予的压力又促使陶瓷致密化。但是其缺点在于升温快,保温时间也比较短,这样使得气孔的完全排除比较困难,因为气孔在烧结过程中的移动速度比较慢,同时,也有可能导致晶粒的发育不完善,影响其透光性能。有关SPS进行透明陶瓷的烧结,还有待进一步的研究。
影响透明陶瓷性能的主要因素
当光通过某一介质时，因为介质的吸收、散射和折射等效应而使其强度衰减，对于透明陶瓷而言，这种衰减除了与材料的化学组成有关外，主要取决于材料的显微组织结构。若入射光的强度为Io，试样的厚度为t，试样的反射率为
r，则透过试样的光强度I为(1>式中，
,反射率很小时可忽略多次反射，则式<1）可表示为：
其中，为线收缩系数,Sim为散射系数,Sop为折射在不连续界面上<如晶界、晶
界层等）的散射系数。从式<2）可知，要获得高的透光率，必须使
各个系数尽可能小或趋于零，因此透明陶瓷应该没有或尽量减少象气孔和晶界等这样的吸收中心和散射中心，同时还应是单相的、由均质晶体组成，并具有较高的光洁度。所以陶瓷的晶界组织结构和残余气孔是影响透明的主要因素。大量研究表明，原料组成、制粉方式、烧结条件、烧成气氛等不仅影响到陶瓷的致密度，而且对陶瓷的透光性都有较大的影响。
<1）气孔率
透明陶瓷的生产过程就是在烧结过程中完全从材料中排除显微气孔的结果。经固相烧结法制得的一般氧化物陶瓷即使具有很高的密度，往往也不是透明的，这是因为其中掺有闭口气孔，这种气孔通常是在最终烧结阶段因晶粒迅速生长而形成。根据散射中心的大小和Fresnel定律，可将材料对光的散射分成Reyleigh散射、Mie散射和反折射散射。当散射中心的尺寸小于入射光波长的
1/3时，形成以Reyleigh为主的散射，即在折射率为的连续相存在N个单位体积折射率为n、体积为V的气孔或异相，则散射系数Sim为：
当散射中心的大小接近或等于光的波长时，则
以
Mie散射为主体的散射。散射系数Sim为：其中c.k为常数；
V为散射中心体积。N为单位体积内的散射中心数；为入射光波长。当散射中心的大小d大于光的波长时，则以反射折射为主，散射系数Sim为：
许多文献都指出，总气孔率超过1%的氧化物陶瓷基本上是不透明
的，因此，生产具有较高透光率陶瓷的一个主要条件，就是最大限度的降低增加光散射的残余气孔率，特别是显微气孔率。陶瓷内的气孔因为具有不同光学性质的相界，使光产生反射与折射，因而众多气孔使陶瓷不透明。陶瓷内的气孔可以存在于晶体之间和晶体内部。晶体之间的气孔处于晶界面上容易排除，它可以随着晶界的移动而迁移，最终排出体外，而晶体内部的气孔即使是小于微M级的也很难排除，而且在封闭气孔中还可能进入水蒸汽、氮气和碳等。
因此，晶体内气孔对于获得透明陶瓷是最危险的，从而应在任何工艺阶段防止气孔的产生。
<2）晶界组织结构
透明陶瓷的透光率与其显微结构密切相关。首先，晶界是破坏陶瓷体光学均匀性、从而引起光的散射、致使材料的透光率下降的重要因素之一。当单位体积晶界数量较多，晶体配置杂乱无序，入射光透过晶界时，必然引起光的连续反射、折射，这样其透光率也就降低。因此晶界应微薄，光性好，没有气孔、第二相夹杂物及位错等缺陷。其次在多晶透明陶瓷中存在着与基体折射率不同的异相，从而破坏了陶瓷体的均匀性，而且基体以及第二相本身对光有吸
收作用造成吸收损失。为了控制陶瓷材料的晶界组织结构，在陶瓷生产的过程中，我们可加入添加剂，一方面是使烧结过程中出现液相，降低烧结温度，另一方面是抑制晶粒的长大，缩短晶内气孔的扩散路程，从而有利于得到致密的透光性好的透明陶瓷。然而过量的添加剂反而会产生第二相，影响陶瓷的透光
性。例如在烧结透明陶瓷时，加入但是因为局部偏析，在
分布较高的区域超过了固溶极限，就会在晶界上析出第二相尖晶
石，从而成为光的散射中心，使Sim增长，降低了陶瓷的透光性。<3）表
面加工光洁度
透明陶瓷的透光率还与陶瓷表面加工光洁度有关。烧结后未经处理的陶瓷表面具有较大的粗糙度，即呈现微小的凹凸起伏，光线入射到陶瓷表面上会发生漫反射。其表面的粗糙度越大，则其透光性能就越差。一般应对陶瓷表面进行研磨和抛光。只有在陶瓷表面的光洁度达到11-13级光洁度后，才可能把透光率提高到受烧结时陶瓷吸收中心和散射中心清除率制
约的最高可能程度。总之，影响陶瓷透光性的因素是多种多样的，这里不再详述。
氧化铝透明陶瓷的性能与用途
1.照明灯具
透明陶瓷有广泛的用途，最早是用于高压金属放电上。高压钠灯是其中最具代表性的。钠蒸气在放电时会产生l000℃以上的高温，而且具有很强的腐蚀性，玻璃灯管在这种条件下是无法正常工作的。目前，国内通过大量的研究和进口国外先进设备，在高压钠灯的生产已日趋成熟，每年国内生产厂家都要生产几千万只高压钠灯，市场需求为每年近3千万只，而且每年还以10%一15%的速度增长。
2.激光材料
在激光透明陶瓷的研究中，最具有典型意义的是Nd，YAG材料服一州。Nd，YAG陶瓷激光器的整体性能已明显优于用其它方法制备的高品质的单晶.因此.多品透明Nd，YA(。陶瓷有望成为新一代的固体激光材料。
3.红外窗口材料
红外夜视仪、导弹及激光制导等新一代光电设备有时是在十分严峻的条件下工作的.如:高温高仄、强烈的摩擦以及雨水的强烈冲刷和浸蚀。为了保证系统能够正常运转以及能够准确无误地接受来自各个方位的有效信息.必须在外部使用红外窗口材料。透明陶瓷以其自身优异的综合性能在该领域有着广阔的应用前影。
4.无机闪烁体
无机闪烁体在辐射探测中起着作常关键的作用，广泛应用于影像核医学、核物理、高能物理、石油勘探、安全检查等领域。目前应用最多的无机闪烁体是无机闪烁体韶.体，但是对于一些潜在的无机闪烁材料，传统的晶体性长技术难以实现，而透明陶瓷的制备技术
5.电光陶瓷
电光陶瓷是一种光学性质随外加电场而改变的陶瓷。在此基础上配合其它
相应的设备可以构成护目镜片和用作图像存储器。
6.保护膜
目前，市场上的高档精饰件表面处理可谓多种多样，但是其性能均不够稳定。若采用镀透明陶瓷膜的方法‘川，不但成型后透光性好、光亮、耐磨性好.而且延长r使用寿命。该种透明陶瓷保护膜还可以应用于半导体器件、电器元件等的表面保护材料。此外，透明陶瓷还可以用作立体观察镜、测量电压的光电压计、全息存储器、以及用于吸收电磁波等方面门川。可见，透明陶瓷在日常生活和高科技中发挥着越来越重要的作用。
性能
(1>对可见光和红外光有良好的透过性，总透光率达90%以上，用作红外检测窗材料和钠光灯管材料。
(2>高温强度大，抗弯强度可达350MPa。
(3>耐热性好，使用温度可达1700℃以上。
(4>耐腐蚀性强，耐强碱和氢氟酸的侵蚀，可以用作融制玻璃坩埚，部分替代铂金坩埚等。
总结与展望
经过几十年的研究,透明陶瓷已取得了可喜的成果,其材料开发从过去的氧化铝透明陶瓷、氧化镁透明陶瓷、氧化钇透明陶瓷等材料扩展到透明PLZT电光陶瓷、钇铝石榴石透明陶瓷、铝镁酸透明陶瓷、氮化铝透明陶瓷以及氮氧化铝透明陶瓷等材料。这些透明陶瓷的发展拓宽了陶瓷的应用范围,但仍需进行更深入的研究,以进一步完善透明陶瓷的性能。笔者认为,未来透明陶瓷的研究发展有以下几个趋势:
(1>因为透明陶瓷不仅具有透光性,而且具有特种陶瓷自身的属性,随着其应用范围的进一步拓展,人们必然会提出越来越高的性能要求,这就要求我们必须不断的去研究新型的透明陶瓷材料以满足人们的需求。
(2>原有的生产工艺使透明陶瓷的制备受到很大的局限,随着人们对透明陶瓷材料的需求,研究和探索各种新的制备工艺,以扩大透明陶瓷的种类已成为一个重要的课题。
(3>透明陶瓷集透光性与其自身材料的特性于一身的优异性引起了人们极大的兴趣,研究其新的应用领域也就成了一个新兴的课题。从最初的窗口材料到透明薄膜、集成电路基片、高温耐腐蚀材料,透明陶瓷的应用范围在不断的扩大,对其新功能的研究也在不断的发展。
(4>随着人们对透明陶瓷的需求量增加,工业化生产的问题就摆在了我们的面前。现有的实验室制备透明陶瓷的方法已经比较成熟,但如何把科技成果转化为生产力,如何实现工业化生产这个问题还值得我们去进一步研究,寻找一整套稳定的生产工艺以实现投资少而产出高的问题需要我们去解决。
纵观透明陶瓷的发展历程以及世界各国的发展现状和应用状况可以看出，虽然在该领域已经取得了长足的进展，但到目前为止仍有许多尚待解决的问题，在各国科研工作者的共同努力下，这些问题将逐渐得到攻克，透明陶瓷也将得到更加广泛的应用。
申明：
所有资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，勿做商业用
途。
提高氧化铝透明陶瓷透明度
提高氧化铝透明陶瓷的透明度 氧化铝透明陶瓷:又称半透明氧化铝陶瓷或透明多晶氧化铝陶瓷主晶相为α-A12O3。密度3.98g/cm3以上。直线透光率90%～95%以上。介电常数大于9.8。介电损耗角正切值小于2.5×10-4(1GC>，抗弯强度大于350～380MPa。击穿强度6.0～6.4kV/mm。热膨胀系数(6.5～8.5>×10-6/℃。高温下具有良好耐碱金属蒸气腐蚀性。 原料为纯度99.99%以上的Al2O3，添加少量纯氧化镁、三氧化二镧、或三氧化二钇等添加剂，采用连续等静压成型，气氛烧结或热压烧结，严格控制晶粒大小，可获得高致密透明陶瓷。 用于制造高压钠灯的发光管(工作寿命可超过2万h>。也可用作微波集成电路基片、轴承材料、耐磨表面材料和红外光学元件材料等。 1. 概述 透明陶瓷特性：耐高温耐腐蚀 高绝缘高强度 透明 一般陶瓷—气孔、杂质、晶界、结构 ↓ 对光反射损失+吸收损失 ↓ 光学不透明 2.透光模型 表面反射光 ↑ 入射光→陶瓷材料→透射光 ↓ 内部吸收光 + 散射光 ↑↑ 晶体本身+杂质外表+内散射中心 ↓ 杂质+微气孔+晶粒直径↓ 散射量最大←入射光波长=晶粒直径 3.陶瓷透光的基本条件 1>致密度>理论密度的99.5% 2>晶界无空隙或空隙大小<<入射光波长
3>晶界无杂质及玻璃相，或其与微晶体的光学性质相似 4>晶粒较小且均匀，其中无空隙 5>晶体对入射光的选择吸收很小 6>晶体无光学异向性(立方晶系> 7>表面光洁 4.工艺原理 <1）控制以体积扩散为烧结机制的晶粒长大过程 晶粒过快生长—晶界裂缝，封闭气孔 晶粒生长速度 > 气孔移动速度 —包裹于晶体内的气孔更不易排出 加入适量MgO(0.1-0.5%> →透明Al 2O 3 陶瓷 ↓ 1>MgAl 2O 4 晶界析出，阻止晶界过快迁移 2>MgO较易挥发，防止形成封闭气孔↓ 限制晶粒过快生长—微晶结构透明Al 2O 3 陶瓷 <2）控制气孔平均尺寸 烧结透明Al 2O 3 陶瓷：晶粒~25μm，大小均匀 气孔半径0.5-1.0μm 气孔率0.1% 热压烧结Al 2O 3 陶瓷：晶粒1-2μm，大小不均 气孔半径~0.1μm 对可见光散射效应强 在可见光区透光率：烧结瓷 >热压瓷 <3）其他因素：原料纯度、细度，成型方法，烧结气氛等氢气或真空中烧结，透光率高 5.工艺方法 1）配料 主料：高纯Al 2O 3 (>99.9%> —硫酸铝铵热解法 Al 2(NH 4 > 2 (SO 4 > 4 ?24H 2 O ~200℃ → Al 2 (SO 4 > 3 ?(NH 4 > 2 SO 4 ?H 2 O + 23 H 2 O↑ 500~600 ℃ → Al 2 (SO 4 > 3 + 2NH 3 ↑+SO 3 ↑ + 2 H 2 O↑ 800~900 ℃ →γ-Al 2O 3 + 3 SO 3 ↑ ~1300 ℃/1.0~1.5h →α-Al 2O 3 (少量γ-Al 2O 3 提高活性，促进烧结> 改性料：MgO 以Mg(NO 3> 2 加入，共同热分解 —分布均匀，活性较大的MgO 2）成型和烧结： a>常温注浆或等静压成型，高温烧结 浆料pH=3.5，流动性较好 坯体理论密度 > 理论密度的85% 氢气或真空下烧结，T=1700-1900℃
氧化铝陶瓷的制备与应用
论文题目：氧化铝陶瓷的制备与应用 学院：材料科学与工程学院 专业班级：材料化学2班 学号：20090488 姓名：王杰 日期：2011-10-19
氧化铝陶瓷的制备与应用 摘要：氧化铝陶瓷是用途最广泛的陶瓷材料中的一种，它可用作机器及设备制造中的耐腐蚀材料、化工专业中的抗腐蚀材料、电工及电子技术中的绝缘材料、热工技术中的耐高温材料以及航空、国防等领域中的某些特种材料。 Abstract: the alumina ceramics is the most widely use of one of the ceramic material, it can be used as the machine and equipment manufacture of corrosion resistant material, chemical corrosion materials in the professional, electrical and electronic technology of thermal insulation materials, high temperature resistant materials and technologies in the aerospace, defense, etc to some of the special material. 关键词：氧化铝陶瓷耐磨性机械强度耐化学腐蚀 Keywords: alumina ceramics Wear resistance Mechanical strength Chemical corrosion-resistant 氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷。因为其优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。[1] 1.硬度大经中科院上海硅酸盐研究所测定，其洛氏硬度为HRA80-90，硬度仅次于金刚石，远远超过耐磨钢和不锈钢的耐磨性能。 2.耐磨性能极好经中南大学粉末冶金研究所测定，其耐磨性相当于锰钢的266倍，高铬铸铁的171.5倍。根据我们十几年来的客户跟踪调查，在同等工况下，可至少延长设备使用寿命十倍以上。
氧化铝陶瓷介绍
氧化铝陶瓷介绍 来自:中国特种陶瓷网发布时间:2005-8-3 11:51:15 氧化铝陶瓷制作工艺简介 氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。高纯型氧化铝陶瓷系Ａｌ２Ｏ３含量在９９．９％以上的陶瓷材料，由于其烧结温度高达１６５０—１９９０℃，透射波长为１～６μｍ，一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚：利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管；在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。普通型氧化铝陶瓷系按Ａｌ２Ｏ３含量不同分为９９瓷、９５瓷、９０瓷、８５瓷等品种，有时Ａｌ２Ｏ３含量在８０％或７５％者也划为普通氧化铝陶瓷系列。其中９９氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等；９５氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、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，可与钼、铌、钽等金属封接，有的用作电真空装置器件。其制作工艺如下： 一粉体制备： 将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。粉体粒度在１μｍ?微米?以下，若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在９９．９９％外，还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。采用挤压成型或注射成型时，粉料中需引入粘结剂与可塑剂，?一般为重量比在１０—３０％的热塑性塑胶或树脂?有机粘结剂应与氧化铝粉体在１５０—２００℃温度下均匀混合，以利于成型操作。采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。若采用半自动或全自动干压成型，对粉体有特别的工艺要求，需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状，以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。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?及粘结剂ＰＶＡ。 欲干压成型时需对粉体喷雾造粒，其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。近年来上海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Ａｌ２Ｏ３喷雾造粒的粘结剂，在加热情况下有很好的流动性。喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散，流动角摩擦温度小于３０℃。颗粒级配比理想等条件，以获得较大素坯密度。 二成型方法： 氧化铝陶瓷制品成型方法有干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、流延、热压与热等静压成型等多种方法。近几年来国内外又开发出压滤成型、直接凝固注模成型、凝胶注成型、离心注浆成型与固体自由成型等成型技术方法。不同的产品形状、尺寸、复杂造型与精度的产品需要不同的成型方法。摘其常用成型介绍： １干压成型：氧化铝陶瓷干压成型技术仅限于形状单纯且内壁厚度超过１ｍｍ，长度与直径之比不大于４∶１的物件。成型方法有单轴向或双向。压机有液压式、机械式两种，可呈半自动或全自动成型方式。压机最大压力为２００Ｍｐａ。产量每分钟可达１５～５０件。由于液压式压机冲程压力均匀，故在粉料充填有差异时压制件高度不同。而机械式压机施加压力大小因粉体充填多少而变化，易导致烧结后尺寸收缩产生差异，影响产品质量。因此干压过程中粉体颗粒均匀分布对模具充填非常重要。充填量准确与否对制造的氧化铝陶瓷零件尺寸精度控制影响很大。粉体颗粒以大于６０μｍ、介于６０～２００目之间可获最大自由流动效果，取得最好
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展 关键词：透明氧化铝，透光率，烧结助剂，烧结工艺 1引言 透明氧化铝陶瓷最早是由美国Coble博士发明的，他通过在Al2O3中添加0．25wt% MgO，于1700～1800℃氢气气氛下烧结出呈半透明的氧化铝陶瓷，从此开创了透明氧化铝陶瓷研究和应用的新篇章［1］。经过半个世纪的不懈努力和研究，科研工作者发现，通过提高氧化铝的纯度、致密度以及合理的调控显
微结构，可以显著提高氧化铝陶瓷的透光性。 随着研究的不断开展，制备氧化铝陶瓷的烧结助剂得到了极大地扩展，除了MgO，一些稀土氧化物（如Y2O3、La2O3、ZrO2等）同样可以作为氧化铝陶瓷的烧结助剂，并且采用复合添加剂的效果优于单独使用MgO。关于添加剂的引入方式，谢志鹏等［2］提出了化学沉淀包覆工艺，在1800℃氢气气氛下烧结，制备了透明氧化铝陶瓷。与传统的球磨工艺相比，该方法能够实现添加剂在氧化铝基体中的均匀分布，从而大大提高了陶瓷的透光性。 关于透明氧化铝陶瓷的烧结技术，最近的研究工作表明，采用热等静压（HIP）、放电等离子（SPS）等特种烧结工艺可以制备出亚微米晶的高性能透明氧化铝陶瓷。例如，Jin等［3］采用SPS工艺，于1250～1350℃，80MPa压力下烧结，制备了晶粒尺寸小于1μm，直线透光率为53%的透明陶瓷。由于晶粒细小，其机械强度也非常优异。 此外，Mao等［4］就氧化铝晶粒光轴取向对透光性的影响进行了研究，他们通过在强磁场条件下进行透明Al2O3陶瓷浆料的注浆成型，使烧结后的Al2O3陶瓷晶粒光轴趋于一致，从而减少六方晶系Al2O3陶瓷因双折射率不同带来的光损失，显著提高透明Al2O3陶瓷的透过率。下面就影响氧化铝陶瓷透光性的各种因素，以及氧化铝粉体选择、烧结助剂及作用、烧结工艺及透明氧化铝陶瓷的应用进行综述。 2影响氧化铝陶瓷透明性的因素 2.1.1气孔 对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率，又包括气孔尺寸、数量、种类。普通陶瓷即使具有高的密度，往往也不是透明的，这是因为其中有很多封闭气孔，并且当陶瓷内部的气孔率大于1%时，陶瓷就基本不再透明。有实验
氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷（alumina ceramics）是一种以α- Al2O3为主晶的陶瓷材料。其Al2O3含量一般在75～99.99%之间。通常习惯以配料中Al2O3的含量来分类。Al2O3含量在75%左右的为“75瓷“，含量在85%左右的为“85瓷“，含量在95%左右的为“95瓷“，含量在99%左右的为“99瓷“。 工业Al2O3是由铝钒土（Al2O3·3H2O）和硬水铝石制备的，对于纯度要求不高的，一般通过化学方法来制备。电熔刚玉即是用上述原料加碳在电弧炉内于2000～2400C熔融制得，也称人造刚玉。 Al2O3有许多同质异晶体。根据研究报道过的变体有十多种，但主要有三种，即γ- Al2O3，β- Al2O3，α- Al2O3。Al2O3的晶体转化关系如下图，其结构不同，因此其性质也不同，在1300度以上的高温几乎完全转变为α- Al2O3。 γ- Al2O3，属尖晶石型（立方）结构，氧原子形呈立方密堆积，铝原子填充在间隙中。它的密度小。且高温下不稳定，机电性能差，在自然界中不存在。由于是松散结构，因此可利用它来制造多孔特殊用途材料。 β- Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物。它的化学组成可以近似地用RO·6 Al2O3和R2O·11 Al2O3来表示（RO指碱土金属氧化物，R2O指碱金属氧化物），其结构由碱金属或碱土金属离子如[NaO]ˉ层和[Al11O12]＋类型尖晶石单元交叠堆积而成，氧离
子排列成立方密堆积，Na＋完全包含在垂直于C轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快扩散，呈现离子型导电。 α- Al2O3，属三方晶系，单位晶胞是一个尖的菱面体，在自然办只存在α- Al2O3，如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物。α- Al2O3结构最紧密、活 性低、高温稳定。它是三种形态中最稳定的晶型，电学性质最好，具有优良的机电性能。 Al2O3中的化学键是离子键，离子键也称“电价键”，它是由金属原子失去外层电子形成正离子，非金属原子取得电子形成负离子，互相结合形成的。离子键是依靠正负离子间静电引力所产生的化学键，它没有方向性也没有饱和性。A Al2O3陶瓷属于氧化物晶体结构，氧化物结构的结合键以离子键为主，它的分子式通常以AmXn 表示。A(或者B)表示与氧结合的正离子，n为离子数，x表示氧离子，n表示它的数量。大多数氧化物中的氧离子半径大于正离子的半径。所以它们的结构是以大直径的氧离子密堆排列的骨架，组成六方或面心立方点阵，小直径的正离子嵌入骨架的间隙处。这种陶瓷材料具有高的硬度和熔点。 陶瓷体的相组成中，晶相相对含量波动范围很大，通常特种陶瓷中晶相体相对含量较高。晶相对陶瓷材料性质有很大的影响。表中列出了一般陶瓷到特种陶瓷中的刚玉相(α- Al2O3)含量的变化及表现出的性能差异。
氧化铝陶瓷的烧结教材
氧化铝陶瓷的烧结 摘要：随着科学技术与制造技术日新月异的发展，氧化铝陶瓷在现代工业中得到了深入的发展和广泛的应用。本文就氧化铝陶瓷的烧结展开论述。主要涉及原料颗粒和烧结助剂两方面，以获得性能良好的陶瓷材料，对满足工业生产和社会需求有非常重要的意义。 关键词：氧化铝；原料颗粒；烧结助剂； 1 引言 在科学技术和物质文明高度发达的现代社会中，人类赖以制成各种工业产品的材料实在千差万别，但总体包括起来，无非金属、有机物及陶瓷三大类[1]。氧化铝陶瓷是目前世界上生产量最大、应用面最广的陶瓷材料之一，具有机械强度高、电阻率高、电绝缘性好、硬度和熔点高、抗腐蚀性好、化学稳定性优良等性能，而且在一定条件下具有良好的光学性和离子导电性。基于Al2O3陶瓷的一系列优良性能，其广泛应用于机械、电子电力、化工、医学、建筑以及其它的高科技领域[2]。在氧化铝陶瓷的生产过程中, 无论是原料制备、成型、烧结还是冷加工, 每个环节都是不容忽视的。目前氧化铝陶瓷制备主要采用烧结工艺[3]，坯体烧结后，制品的显微结构及其内在性能发生了根本的改变,很难通过其它办法进行补救。因此，深入研究氧化铝陶瓷的烧结技术及影响因素，合理选择理想的烧结制度确保产品的性能、分析烧结机理、研究添加剂工作机理等对氧化铝陶瓷生产极有帮助，为氧化铝陶瓷的更广泛应用提供理论依据，为服务生产和社会需要非常重要。 2 氧化铝陶瓷简介 Al2O3是新型陶瓷制品中使用最为广泛的原料之一，具有一系列优良的性能[4]。Al O3陶瓷通常以配料或瓷体中的Al2O3的含量来分类，目前分为高纯型与2 普通型两种。高纯型氧化铝陶瓷系Al2O3含量在99.9%以上的陶瓷材料。由于其
透明陶瓷材料
透明陶瓷材料 在我们《材料学导论》课上，何老师介绍了一种材料叫做无色透明陶瓷，这个让我惊奇，因为在我的潜意识里，我一直觉得陶瓷是白色的，又或者是镶嵌一些其他的色彩，比如我们日常生活里见到的碗、盘子、花瓶、酒盅之类的，都不是无色的，因此透明陶瓷引起了我的兴趣。 一般陶瓷是不透明的，但是光学陶瓷像玻璃一样透明，故称透明陶瓷。一般陶瓷不透明的,原因是其内部存在有杂质和气孔，前者能吸收光，后者令光产生散射，所以就不透明了。因此如果选用高纯原料，并通过工艺手段排除气孔就可能获得透明陶瓷。早期就是采用这样的办法得到透明的氧化铝陶瓷，后来陆续研究出如烧结白刚玉（Al2O3)、氧化镁{MgO)、氧化铍(BeO)、氧化钇(Y2O3)、氧化钇-二氧化锆(Y2O3-ZrO2)等多种氧化物系列透明陶瓷。近期又研制出非氧化物透明陶瓷，如砷化镓(GaAs)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)等。 这些透明陶瓷不仅有优异的光学性能，而且耐高温，一般它们的熔点都在2000℃以上。如氧化钍-氧化钇透明陶瓷的熔点高达3100℃，比普通硼酸盐玻璃高1500℃。透明陶瓷的重要用途是制造高压钠灯，它的发光效率比高压汞灯提高一倍，使用寿命达2万小时，是使用寿命最长的高效电光源。高压钠灯的工作稳定高达1200℃，压力大、腐蚀性强，选用氧化铝透明陶瓷为材料成功地制造出高压钠灯。透明陶瓷的透明度、强度、硬度都高于普通玻璃，它们耐磨损、耐划伤，用透明陶瓷可以制造防弹汽车的窗、坦克的观察窗、轰炸机的轰炸瞄准器和高级防护眼镜等。透明陶瓷的制造是有意识地在玻璃原料中加入一些微量的金属或者化合物（如金、银、铜、铂、二氧化钛等）作为结晶的核心，在玻璃熔炼、成型之后，再用短波射线（如紫外线、X射线等）进行照射，或者进行热处理，使玻璃中的结晶核心活跃起来，彼此聚结在一起，发育成长，形成许多微小的结晶，这样，就制造出了玻璃陶瓷。用短波射线照射产生结晶的玻璃陶瓷，称为光敏型玻璃陶瓷，用热处理办法产生结晶的玻璃陶瓷，称为热敏型玻璃陶瓷。 透明陶瓷的机械强度和硬度都很高，能耐受很高的温度，即使在一千度的高温下也不会软化、变形、析晶。电绝缘性能、化学稳定性都很高。光敏型玻璃陶瓷还有一个很有趣的性能，就是它能象照相底片一样感光，由于这种透明陶瓷有这样的感光性能，故又称它为感光玻璃。并且它的抗化学腐蚀的性能也很好，可经受放射性物质的强烈辐射。它不但可以象玻璃那样透过光线，而且还可以透过波长10微米以上的红外线，因此，可用来制造立体工业电视的观察镜，防核爆炸闪光危害的眼镜，新型光源高压钠灯的放电管。 透明陶瓷的用途十分广泛，在机械工业上可以用来制造车床上的高速切削刀，汽轮机叶片，水泵，喷气发动机的零件等，在化学工业上可以用作高温耐腐蚀材料以代替不锈钢等，在国防军事上，透明陶瓷又是一种很好的透明防弹材料，还可以做成导弹等飞行器头部的雷达天线罩和红外线整流罩等；在仪表工业上可用作高硬度材料以代替宝石，在电子工业上可以用来制造印刷线路的基板和镂板，在日用生活中可以用来制作各种器皿，瓶罐，餐具等等。 透明陶瓷最早是使用在灯具上。高压钠灯是一种发光效率很高的电光源，但在钠蒸气放电时产生1000℃以上的高温，具有很强的腐蚀性，玻璃灯管根本没法耐受，所以高压钠灯一直没能问世，直到有了透明陶瓷，高庄钠灯才得到实际应用，除高压钠灯外，透明陶瓷还使用于其它新型灯具，如艳灯、铷灯、钾灯等。响尾蛇导弹头部的红外探测器，外面有一个整流罩，它不仅要有足够的强度，还要能透过红外线，以确保导弹能跟踪敌机辐射的红外线。担当此任的材料只有透红外陶瓷，响尾蛇导弹的整流罩就是用透红外陶瓷做的。电焊工人操作时，要不断地把面罩举起拿下，十分不方便。有一种锆钛酸铅镧透明铁电陶瓷，能透光，耐高温，用它造成具有夹层的护目镜，能根据光线的亮暗自动进行调节，有了这种护目镜，电焊工人工作起来就十分方便。这种护目镜，正在核试验工作人员和飞行员中得到广泛的作用。新型材料进入市场的商标为ALON，
影响Al2O3透明陶瓷透光性的因素
影响Al2O3透明陶瓷透光性的因素 摘要：简要分析了陶瓷透明的机理：气孔散射、晶界散射、第二相散射、折射与吸收、多晶体吸收等效应都会影响光线透过陶瓷基体。原料纯度、粒度,氢气或真空烧成气氛,添加剂，气孔数量、尺寸,晶界等因素会对Al2O3透明陶瓷的透光性产生影响,其中原料、添加剂、气孔影响因素占主导位置。 关键词：透明陶瓷，透光性，添加剂，气孔 Factors of Transparency of Transparent Al2O3 Ceramics Abstract:A brief analysis of the mechanism of transparent ceramics: pore scattering, grain boundary scattering, the second phase of the scattering, refraction and absorption, polycrystalline absorption effect will affect the light through the ceramic matrix. Purity and size of raw materials,hydrogen or vacuum firing atmosphere, addition agent, pore number and their size, grain boundary will affect the transparency of transparent Al2O3 ceramics.Raw materials,addition agent and gas hole are the most importang factors of them. Key words:t ransparent ceramics, transparency, addition agent, gas hole 1 引言 自从1962年Coble制备出透明氧化铝陶瓷以来，打破了陶瓷不透明的传统概念，也开辟了陶瓷新的应用领域。照明技术、特种仪器制造、无线电子学、信息探测、高温技术以及军事工业的发展，都需要有大量高性能的光学功能材料来提供关键的物质基础。 透明陶瓷的一个关键性能在于其透光度。光通过某一介质时，由于介质的吸收、散射和折射等效应而使其强度衰减，对于Al2O3透明陶瓷而言，这种衰减除了与材料的基本化学组成有关外，主要取决于材料的显微组织结构。要使陶瓷材料具有很好的透光性，应消除造成光散射的各种因素，即应具备如下性
氧化铝陶瓷综述(原版)
目 录 摘 要 ................................................................................................................................ 1 正文： ................................................................................................................................ 1 1氧化铝的同质多晶变体及其性能简介 . (1) 1.1α-32O Al ................................................................................................................ 1 1.2β-32O Al ................................................................................................................. 1 1.3γ-32O Al ................................................................................................................. 1 2氧化铝陶瓷的分类及功能简介 . (2) 2.1分类 (2) 2.1.1氧化铝陶瓷按其中氧化铝含量不同分为高纯型和普通型两种。.......... 2 2.1.2氧化铝陶瓷根据主晶相不同可分为刚玉瓷、刚玉—莫来石瓷及莫来石瓷。................................................................................................................................. 2 2.2功能 ........................................................................................................................ 2 3氧化铝陶瓷的原料及其加工 .. (3) 3.1原料及其制备 ........................................................................................................ 3 3.232O Al 的预烧 .......................................................................................................... 4 3.332O Al 粉体的制备 .................................................................................................. 4 4氧化铝陶瓷的成型工艺 . (5) 4.1成型辅助剂 ............................................................................................................ 5 4.2成型方法 . (5) 4.2.1模压成型...................................................................................................... 5 4.2.2等静压成型.................................................................................................. 5 4.2.3注浆成型...................................................................................................... 5 4.2.4凝胶注模成型.............................................................................................. 5 4.2.5热压铸成型.. (6) 5烧结 (6) 5.1烧结方法 (6) 5.1.1常压烧结法.................................................................................................. 6 5.1.2热压烧结和热等静压烧结.. (6)
透明陶瓷
透明陶瓷 鲁成强 （山东轻工业学院） 摘要：简要地介绍了透明陶瓷的研究现状，同时探讨了透明陶瓷透光的原理以及影响透明性能的主要因素，叙述了透明陶瓷的制备方法，并展望了透明陶瓷研究发展趋势。 关键字：透明陶瓷现状原理制备发展趋势 1透明陶瓷的现状 透明陶瓷是二十世纪50年代末发展起来的。经过几十年的发展，已制备了一系列的透明陶瓷。如氧化铝透明陶瓷、氧化钇透明陶瓷、氮化铝透明陶瓷以及电光透明陶瓷和激光透明陶瓷等。 所谓透明陶瓷就是能透过光线的陶瓷。通常陶瓷是不透明的，其原因是陶瓷材料内部含有的微气孔等缺陷对光线产生折射和散射作用，使得光线几乎无法透过陶瓷体。1959年通用电气公司首次提出了一些陶瓷具有可透光性,随后美国陶瓷学家R.L.Coble制备得到透明氧化铝陶瓷证实了这一点。 这种材料不仅具有较好的透明性，且耐腐蚀，能在高温高压下工作，还有许多其他材料无可比拟的性质，如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等，所以逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用[1]。 2影响透明陶瓷性能的主要因素 2.1气孔率 对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率。普通陶瓷即使具有很高的致密度，往往也不是透明的，这是因为其中有很多封闭的气孔。文献指出,总气孔率超过1%的氧化物陶瓷基本是不透明的，因为气孔的折射率非常低(约为1.0)，这些气孔在光线传播的过程中会使光线发生多次反射，从而大大降低材料的透明度。 陶瓷内部的气孔可存在于晶体之间和晶体内部。晶体之间的气孔处于晶界上容易排除，而晶体内部的气孔即使是小于微米级的也很难排除。 因此晶体内部气孔对于获得透明陶瓷是最危险的。因此要从每一个工艺阶段：原料粉体的制备、预烧、烧成。来防止气孔的产生。 2.2晶界结构 首先，晶界是破坏陶瓷体光学均匀性、从而引起光的散射、致使材料的透光
提高氧化铝陶瓷透明度
提高透明氧化铝陶瓷透明度 1.概述： 透明陶瓷作为一种重要的无机非金属材料,具有熔点高,化学稳定性良好和机械强度高等优点,在许多领域具有特殊的用途,又称半透明氧化铝陶瓷或透明多晶氧化铝陶瓷 主晶相为α-A12O3。密度3.98g/cm3以上。直线透光率90%～95%以上。介电常数大于9.8。介电损耗角正切值小于2.5×10-4(1GC)，抗弯强度大于350～380MPa。击穿强度6.0～6.4kV/mm。热膨胀系数(6.5～8.5)×10-6/℃。高温下具有良好耐碱金属蒸气腐蚀性。 原料为纯度99.99%以上的Al2O3，添加少量纯氧化镁、三氧化二镧、或三氧化二钇等添加剂，采用连续等静压成型，气氛烧结或热压烧结，严格控制晶粒大小，可获得高致密透明陶瓷。 用于制造高压钠灯的发光管(工作寿命可超过2万h)。也可用作微波集成电路基片、轴承材料、耐磨表面材料和红外光学元件材料等。 陶瓷透光的基本条件: 1)致密度>理论密度的99.5% 2)晶界无空隙或空隙大小<<入射光波长 3)晶界无杂质及玻璃相，或其与微晶体的光学性质相似 4)晶粒较小且均匀，其中无空隙 5)晶体对入射光的选择吸收很小 6)晶体无光学异向性(立方晶系) 7)表面光洁 2.工艺原理 （1）控制以体积扩散为烧结机制的晶粒长大过程 晶粒过快生长—晶界裂缝，封闭气孔 晶粒生长速度> 气孔移动速度—包裹于晶体内的气孔更不易排出 加入适量MgO(0.1-0.5%) 透明Al2O3陶瓷 1)MgAl2O4晶界析出，阻止晶界过快迁移 2)MgO较易挥发，防止形成封闭气孔限制晶粒过快生长—微晶结构透明 Al2O3陶瓷 （2）控制气孔平均尺寸 烧结透明Al2O3陶瓷：晶粒~25mm，大小均匀，气孔半径0.5-1.0mm，气孔率0.1% 热压烧结Al2O3陶瓷：晶粒1-2mm，大小不均，气孔半径~0.1mm，对可见光散射效应强 在可见光区透光率：烧结瓷>热压瓷 （3）其他因素：原料纯度、细度，成型方法，烧结气氛等 氢气或真空中烧结，透光率高
透明陶瓷
透明陶瓷的研究现状与发展展望 前言 透明陶瓷以其优异的综合性能已成为一种新型的、备受瞩目的功能材料。 一般陶瓷是不透明的，但是光学陶瓷像玻璃一样透明，故称透明陶瓷。一般陶瓷透明的原因是其内部存在有杂质和气孔，前者能吸收光，后者令光产生散射，所以就不透明了。因此如果选用高纯原料，并通过工艺手段排除气孔就可能获得透明陶瓷。早期就是采用这样的办法得到透明的氧化铝陶瓷，后来陆续研究出如烧结白刚玉、氧化镁、氧化铍、氧化钇、氧化钇-二氧化锆等多种氧化物系列透明陶瓷。近期又研制出非氧化物透明陶瓷，如砷化镓、硫化锌、硒化锌、氟化镁、氟化钙等。 1.透明陶瓷材料分类 透明陶瓷材料主要分为氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷两类。 1.1氧化物透明陶瓷 氧化物透明陶瓷是研究得最早的一类透明陶瓷也是研究较多的一类。因为非氧化物透明陶瓷的制备比氧化物透明陶瓷的制备要困难一些，这是由于非氧化物具有比较低的烧结活性以及非氧化物中杂质
含量高，尤其是氧含量高。 1.1.1氧化铝透明陶瓷 氧化铝透明陶瓷是最早投入生产的透明陶瓷材料。这种透明陶瓷不仅能有效透过可见光和红外线，而且具有较高的热导率、较大的高温强度、良好的热稳定性和耐腐蚀性。主要应用于高压钠灯灯管、高温红外探测窗、高频绝缘材料及集成电路基片材料等。 1.1.2氧化钇透明陶瓷 由于氧化钇是立方晶系晶体，具有光学各向同性的性质，使得其具有优越的透光性能。氧化钇透明陶瓷在宽广的频率范围内，特别是在红外区中，具有很高的透光率。由于高的耐火度，可用作高温炉的观察窗以及作高温条件应用的透镜。此外，氧化钇透明陶瓷还可用于微波基板、红外发生器管、天线罩等。 1.1.3透明铁电陶瓷 PLZT电光陶瓷是一种典型的透明铁电陶瓷，是掺镧的锆钛酸铅。这种材料具有较高的光透过率和电光效应，人工极化后还具有压电、光学双折射等特性。主要用于制作光调制器、光衰减器、光隔离器、光开关等光电器件，也可制成PLZT薄膜，在电光和光学方面具有较多的应用。 1.2非氧化物透明陶瓷 1.2.1氮化铝陶瓷透明陶瓷 氮化铝陶瓷具有高热导率、高电绝缘性、高硬度、低热膨胀系数、优良的光学性能和声波传播性能、优良的耐金属侵蚀性能，良好的耐
透明陶瓷材料(透明氧化铝)
一、透明陶瓷材料 透明陶瓷具有优良的热及机械性能，同时保持着良好的透光性，在激光、闪烁体、透明装甲、照明灯管等方面有着广泛的应用。开展了(半)透明氧化铝陶瓷、透明氧化钇、透明氧氮化铝及高折射率透明陶瓷材料的研究，取得了一定的成果。 各种透明陶瓷材料 高强度气体放电灯用(半)透明氧化铝陶瓷灯管 (半)透明氧化铝陶瓷对可见光和红外光具有良好的透过性，同时也具有高温强度大、耐热性好、耐腐蚀性强及电阻率大等特点，可应用于高压钠灯、金属卤化物灯等高强度气体放电灯的放电管以及透红外窗口材料。 各种规格(半)透明氧化铝陶瓷灯管
?透明氧化钇(Y2O3)陶瓷 透明氧化钇(Y2O3)陶瓷在可见光至中红外（0.2~8μm）波段具有很高的透过率，具有熔点高、化学和光化学稳定性好的优点，能应用在红外发生器管等方面，同时可以作为高温炉的观测窗以及高温条件应用的透镜。 透明氧化钇陶瓷（φ60×1mm）及可见和红外波段透过率曲线 ?透明氧氮化铝(AlON)陶瓷 透明氧氮化铝(AlON)陶瓷在可见光至中红外波段具有高的透过性能，同时兼有优异的物理、机械及化学性能。 透明AlON陶瓷（φ50×1mm）及中红外的透过率曲线 ?高折射率铪酸钇(Y2Hf2O7)透明陶瓷 Y2Hf2O7透明陶瓷具有高的密度，高有效原子序数，高射线吸收能力和高的折射率，是较为理想的稀土掺杂基体材料，在光学摄影领域有潜在的应用前景。
铪酸钇(Y2Hf2O7)透明陶瓷及不同波长下的折射率曲线 二、高热导氮化铝(AlN)陶瓷材料 在陶瓷材料中，AlN具有异常高的导热性(比Al2O3高3~10倍，与BeO接近)、低的电导率、介电常数及介电损耗。另外，AlN的热膨胀系数远比BeO与Al2O3的低，与硅的热膨胀系数相近，及其电性能优良、机械性能好且无毒性等特性，被认为是最理想的基片材料，成为高密度、大功率和高速集成电路基板的封装的理想材料，在通讯、微电子等领域内应用前景十分广阔。 各种规格氮化铝基片 三、上转换发光材料 透明陶瓷的上转换发光 透明陶瓷的上转换发光在诸如短波长全固化紧凑型上转换激光器、三维立体显示、生物分子荧光标记、光纤放大器、共聚焦显微镜双光子成像、防伪等领域具有潜在的应用前景。
氧化铝与陶瓷
氧化铝陶瓷杵臼 摘要:本实用新型涉及一种氧化铝陶瓷杵臼，属于日用厨具，也属于陶瓷产品，有臼体，其氧化铝陶瓷臼体的外表面施以陶瓷釉层，陶瓷釉层外表面还可覆装饰层。既环保，又卫生，且强度高，还具有良好的可装饰性能，能够满足高档次的要求。 氧化铝陶瓷杵臼 摘要:本实用新型涉及一种氧化铝陶瓷杵臼，属于日用厨具，也属于陶瓷产品，有臼体，其氧化铝陶瓷臼体的外表面施以陶瓷釉层，陶瓷釉层外表面还可覆装饰层。既环保，又卫生，且强度高，还具有良好的可装饰性能，能够满足高档次的要求。 氧化铝陶瓷的粘结方法 摘要:本发明公开了一种粘结氧化铝陶瓷的方法，步骤如下：(1)制备中间相：原料组分及其重量百分比含量为SiC22～28wt％，Al2O372～78wt％，外加磷酸二氢铝9.5～10.5wt％，制成膏状；(2)将膏状中间相均匀涂覆在氧化铝陶瓷待粘结面上；(3)进行微波处理。本发明的有益效果是提供了一种工艺简单，接头强度大，耐热性好，粘结效率高的氧化铝陶瓷的粘结方法。并能够通过改变中间相的配方来调整粘结温度，节约了能源，也简化了对设备的要求。 高耐磨氧化铝陶瓷风帽 摘要:高耐磨氧化铝陶瓷风帽，属循环流化床沸腾炉的重要零部件，包括合金钢主风管、出风口，合金钢主风管顶部置有氧化铝陶瓷帽，本设备在高温工作状态下耐磨性好、排风孔不易结焦、使用寿命较合金钢铸造产品大大延长，且安装更换方便。 氧化铝陶瓷手柄厨具 摘要:本实用新型涉及一种氧化铝陶瓷手柄厨具，属于日用厨具，也属于陶瓷产品，厨具杆上安装有手柄，其手柄为氧化铝陶瓷手柄，氧化铝陶瓷手柄的表面上施有陶瓷釉，氧化铝陶瓷手柄的前端设有插孔，厨具杆插装在氧化铝陶瓷手柄的
氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷 摘要：本文介绍了氧化铝陶瓷的结构、制备、性能及用途。 关键字：氧化铝陶瓷、Al2O3 正文： 一、氧化物陶瓷简介 按照传统的分类方法，陶瓷可分为普通陶瓷和特种陶瓷（精细陶瓷），这两类陶瓷间没有严格的界限，有的陶瓷品种可以一种多用。 工业Al2O3，是由铝矾土(Al2O·3H20)和硬水铝石制备的，对于纯度要求高的Al2O3，一般用化学方法来制备。电熔刚玉即是用上述原料加碳在电弧炉内于2000—2400℃熔融而制得，也称人造刚玉。 Al2O3有许多同质异晶体，目前已知的有10多种，主要有3种晶型，即Al2O3 、Al2O3 、Al2O3 。其结构不同性质也不同，在1300℃以上的高温时几乎完全转化为Al2O3。 Al2O3属尖晶石型(立方)结构，氧原子呈立方密堆积，铝原子填充在间隙中，在高温下不稳定，力学性能、电学性能差，在自然界中不存在。由于结构疏松，因此，也可用它来制造某些特殊用途的多孔材料。 Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物。它的化学组成可以近似地用RO·6 Al2O3和R2O·11 Al2O3来表示(RO指碱上金属氧化物，R2O指碱金属氧化物)，其结构由碱金属或碱土金属离子如[NaO]-层和[Al11O12]+类型尖晶石单元交叠堆积而成。氧离子排列成立方密堆积，Na+完全包含在垂直于c轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快扩散，呈现离子型导电现象。 Al2O3属三方晶系，单位晶胞是一个尖的菱面体，在自然界只存在Al2O3，如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物。Al2O3结构最紧密、活性低、高温稳定。它是三种形态中最稳定的晶型，电学性能最好，具有良好的机械和电学性能，一般氧化铝陶瓷都由Al2O3来制取。 二、氧化铝陶瓷的制造工艺 氧化铝陶瓷是一种以Al2O3为主晶相的陶瓷材料，其氧化铝含量一般在75％～99％之间。习惯上以配料中氧化铝的含量进行分类，氧化铝含量在75％左右的为"75瓷”，含量在99％的为“99瓷”等。刚玉·莫来石瓷的氧化铝含量在70％以上，刚玉瓷的氧化铝含量在90％以上，一般刚玉瓷和刚玉—莫来石瓷称为氧化铝瓷。 氧化铝陶瓷根据不同类型、不同性能要求，以及产品的不同形状、大小和厚薄等，制造方法也有所不同，但大体经过下列工艺过程： 1．氧化铝的预烧 由于工业氧化铝原料通常Al2O3，因此，用氧化铝粉末制成氧化铝陶瓷前，必须对氧化铝粉末进行预烧，或称为煅烧。 (1)预烧的目的 预烧可以排除氧化铝原料中的氧化钠，提高原料的纯度及产品质量。 (2)预烧的方法 从实际情况来说，预烧方法不同，添加物不同，气氛不同，温度不同，预烧质量也不一样。因此，预烧是氧化铝陶瓷生产中一个重要的环节。 工业Al2O3的预烧通常要加入适量的添加物，如H3BO3、NH4F、A1F3等，加入量一般为o．3％一3％。主要目的是为了除去碱法生产工业氧化铝时含有的杂质Na2O。 预烧质量与预烧温度有关。预烧温度偏低，就不能完全转变成Al2O3，若预烧温度过高，就发生烧结，不易粉碎，且活性降低。 气氛对Al2O3的预烧质量影响也很大。温度在1450℃以下，在不同气氛中预烧Al2O3，
氧化铝陶瓷生产工艺流程简介
氧化铝陶瓷生产工艺流程简介 一、特点与技术指标 氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。高纯型氧化铝陶瓷系Al 2 O3含量在99.9％以上的陶瓷材料，由于其烧结温度高达1650-1990℃，透射波长为1～6μm，一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚：利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管；在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。普通型氧化铝陶瓷 系按Al 2O 3 含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种，有时Al 2 O 3 含量在 80％或75％者也划为普通氧化铝陶瓷系列。 1. 硬度大 经中科院上海硅酸盐研究所测定，其洛氏硬度为HRA80-90，硬度仅次于金刚石，远远超过耐磨钢和不锈钢的耐磨性能。 2. 耐磨性能极好 经中南大学粉末冶金研究所测定，其耐磨性相当于锰钢的266倍，高铬铸铁的171.5倍。根据我们十几年来的客户跟踪调查，在同等工况下，可至少延长设备使用寿命十倍以上。 3. 重量轻 氧化铝陶瓷密度为3.5g/cm3，仅为钢铁的一半，可大大减轻设备负荷。性能符合Q/OKVL001-2003技术标准，耐磨陶瓷主要技术指标氧化铝含量≥95% 、密度≥3.5 g/cm3 、洛氏硬度≥80 HRA 、抗压强度≥850 Mpa 、断裂韧性K Ι C ≥4.8MPa·m1/2 、抗弯强度≥290MPa 、导热系数 20W/m.K 、热膨胀系数：7.2×10-6m/m.K。 其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等；95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、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，可与钼、铌、钽等金属封接，有的用作电真空装置器件。其制作工艺如下： 二、粉体制备： 将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。粉体粒度在1μm微米以下，若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在99.99％外，还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。采用挤压成型或注射成型时，粉料中需
结构陶瓷中添加高纯氧化铝的作用
5N高纯氧化铝在结构陶瓷件中的重要作用 杭州万景氧化铝陶瓷（alumina ceramics ）是一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料，由于α-Al2O3具有熔点高，硬度大，耐化学腐蚀，优良的介电性，是氧化铝各种形态中最稳定的晶型，也是自然界中惟一存在的氧化铝的晶型。 用α-Al2O3为原料制备的氧化铝陶瓷结构件材料，其机械性能、高温性能、介电性能及耐化学腐蚀性能都是非常优异的。 影响预烧质量的因素： 1）工业中预烧氧化铝时，通常要加入适量的添加物，如H3BO4，NH4F，AlF3、高纯氧化铝（VK-L100G）等，加入量一般为0.3%~3%。添加物可以降低预烧温度、促进晶型转化、排除Na2O等杂质。硼酸盐除碱效果好；氟化物可促进晶型转变，且收缩大、活性好；高纯氧化铝（VK-L100G）降低烧结温度好。 2）预烧质量与预烧温度有关。预烧温度偏低，则不能完全转变成α-Al2O3 ，且电性能降低；若预烧温度过高，则粉料发生烧结，不易粉碎，且活性降低。一般情况下，Al2O3 粉体煅烧温度控制在1400~1450 ℃。 3）气氛对Al2O3的预烧质量影响也很大。以CO+H2最好。 添加剂的影响： 由于Al2O3陶瓷坯体熔点高，较难烧结，若加入某种添加剂，则可以改善烧结性能，促进烧结。就添加剂来说，大致可分为以下两大类：一类是与Al2O3生成固溶体，一类是能生成液相。 第一类添加剂为变价氧化物，有5N高纯氧化铝（VK-L100G）、TiO2、Cr2O3、Fe2O3及MnO2等。由于其晶格常数与Al2O3的相接近，因此通常能与Al2O3生成固溶体。同时它们是变价氧化物，由于变价作用，使Al2O3瓷产生缺陷，活化晶格，促进烧结。尽管添加剂有多种，对于高纯瓷件来说最适合的添加剂为5N高纯氧化铝（VK-L100G）。例如，加入0.5~1%的5N高纯氧化铝，可以使Al2O3瓷的烧结温度降低150~200℃，大大节约能源，并且5N高纯氧化铝不属于外来杂质，大大提高了产品质量。 另一类添加剂即由于生成液相，降低烧成温度而促进Al2O3的烧结。这一类添加剂有高岭土、SiO2、CaO、MgO等。这时由于它们能与其它外加剂生成二、三元或更复杂的低共熔物。由于出现液相，即液相对固相的表面湿润力和表面张力，使固相粒子靠紧并填充气孔。氧化铝陶瓷的性能与应用 1. 性能 (1)机械强度高。Al2O3瓷烧结产品的抗弯强度可达250MPa，热压产品可达500MPa。Al2O3成分愈纯，强度愈高。强度在高温下可维持到900℃。利用其机械强度，可以制成装置瓷和其他机械构件。 (2)电阻率高，电绝缘性能好。常温电阻率1015Ω·cm，绝缘强度15kV/mm。利用其绝缘性和强度，可以制成基板、管座、火花塞、电路管壳等。 (3)硬度高。莫氏硬度为9，加上优良的抗磨损性，广泛用以制造刀具、磨轮、磨料、拉丝模、挤压模、轴承等。 (4)熔点高，抗腐蚀。熔点2050 ℃，能较好地抗Be、Sr、Ni、Al、V、Ta、Mn、Fe、Co等熔融金属的侵蚀。对NaOH、玻璃、炉渣的侵蚀也有很高的抵抗能力。因此可用作耐火材料、炉管、玻璃拉丝坩埚、空心球、热电偶保护套等。 (5)化学稳定性优良。许多复合的硫化物、磷化物、氯化物、氧化物等以及硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸均不与Al2O3作用。因此Al2O3可以制成坩埚、人体关节、人工骨、羟基磷灰石涂层多晶氧化铝陶瓷人工牙齿等。 (6)光学特性。可以制成透光材料（透光Al2O3瓷），用以制造钠蒸汽灯管、微波整流罩、红外窗口、激光振荡元件等。 (7)离子导电性。用作太阳能电池材料和蓄电池材料。