氧化铝陶瓷综述(原版)

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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)

5.1.3液相烧结法 (6)

5.1.4其它烧结方法 (7)

5.2影响氧化铝陶瓷烧结的因素 (7)

5.2.1成型方法的影响 (7)

5.2.2烧结制度的影响 (7)

5.2.3烧结气氛的影响 (7)

5.2.4辅助剂的影响 (7)

5.2.5烧结方法的影响 (8)

6氧化铝陶瓷的后加工处理 (8)

7氧化铝陶瓷的应用和发展现状 (8)

7.1机械方面 (8)

7.2电子、电力方面 (8)

7.3化工方面 (8)

7.4医学方面 (9)

7.5建筑卫生陶瓷方面 (9)

7.6其它方面 (9)

参考文献 (9)

氧化铝陶瓷综述

摘 要

本文简述了氧化铝陶瓷的功能及在各行业的应用,详细论述了氧化铝陶瓷的加工、成型及制备和制备过程中各工序对制品可能产生的影响以及通常会出现的问题与相应的解决方法。

关键词 氧化铝陶瓷;预烧;粉磨;成型;烧结;后加工处理;应用

正文:

以氧化铝(32O Al )为主要成分的陶瓷称为氧化铝陶瓷(alumina-ceramic)。它属无机非金属材料之一,具有特殊用途,新的性能,故也称特种陶瓷、高性能陶瓷。氧化铝陶瓷是氧化物陶瓷中应用最广、用途最宽、产销量最大的陶瓷新材料。

1氧化铝的同质多晶变体及其性能简介

根据研究报道,32O Al 有12种同质多晶变体[1],但应用较多的主要有3种,即

α-32O Al 、β-32O Al 和γ-32O Al ,这3种晶体的结构不同,故它们的性质具有很大的差

异[2]。

1.1α-32O Al

α-32O Al 是三方晶系,单位晶包是一个尖的菱面体,密度为3.96~4.01g/cm3,其

结构最紧密、化学活性低、高温稳定性好、电学性能优良并且机械性能也最佳,在一定条件下可以由其它的两种晶体转换而来。

1.2β-32O Al

β-32O Al 是一种32O Al 含量很高的多铝酸盐矿物,密度为3.30~3.63g/cm3,它的化

学组成中含有一定量的碱土金属氧化物和碱金属氧化物,并且还可以呈现离子型导电。

1.3γ-32O Al

γ-32O Al 是尖晶石型立方结构,在950~1200℃范围内转化为α-32O Al ,密度为

3.42~3.47g/3cm 。它的氧原子呈立方紧密堆积,铝原子填充在间隙中,这就决定了它在高温下不稳定、力学和电学性能差的缺陷,在科学应用中很少单独制成材料使用。但它有较高的比表面积和较强的化学活性,经过技术改进可以作为吸附材料使用。

由于β-32O Al 和γ-32O Al 在高温(950~1200℃)下易转化为α-32O Al ,而陶瓷的制备又须经高温烧结,所以氧化铝陶瓷是一种以α-32O Al 为主晶相的陶瓷材料。

2氧化铝陶瓷的分类及功能简介

2.1分类

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。

高纯型氧化铝陶瓷系32O Al 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1~6m μ,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32O Al 含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种,有时32O Al 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粉,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。

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。

以α-32O Al 为主晶相的氧化铝陶瓷称为刚玉瓷(corundum),属三方晶系,其密度为3.96g/3cm ,熔点为2053℃。以α-32O Al 和332O Al ·22SiO 为主晶相的氧化铝陶瓷称为刚玉一莫来石瓷(corundum-mullite),以332O Al ·22SiO 为主晶相的氧化铝陶瓷称为莫来石瓷(mullite)。

氧化铝陶瓷根据其主要的成型工艺不同可分为玻璃渗透氧化铝陶瓷、多孔氧化铝陶瓷等,根据其成型方法的不同又可分为压制成型氧化铝陶瓷、热压成型氧化铝陶瓷和注射成型氧化铝陶瓷等。

2.2功能

氧化铝陶瓷具有热稳定和化学稳定性,电绝缘性、压电性、耐腐蚀性、化学吸附性、生物适应性、吸声性和透光性等多种有实用价值的性能和功能,见表1。

功 能

应 用

{

集成电路芯片、封装、火花塞 Na-S 电池固体电解质、氧气传感器

光学功能 高压钠蒸汽灯发光管,激光器材料

化学功能

控制化学反应、净化排出气体、催化剂载体、

耐腐蚀材料、固酶载体

生物体功能 人工骨、人工牙根 吸声功能 吸声板

热学功能 耐热、隔热结构材料

力学功能

研磨材料、切削材料、轴承、机械精密零部件

3氧化铝陶瓷的原料及其加工

3.1原料及其制备

氧化铝陶瓷最重要的原料是32O Al 粉末,其性能好坏以及含量多少对氧化铝陶瓷有很大影响。α-32O Al 的晶体结构最紧密,其硬度大、耐磨损、高温稳定,是三种形态(α-32O Al 、β-32O Al 、γ-32O Al )中最稳定的晶态,具有良好的机械和电学性能。故

α-32O Al 通常是制造氧化铝陶瓷最主要、最常用的原料。α-32O Al 含量高的陶瓷制品强

度高、密度高、耐磨性能好。在生产32O Al 含量99.5%以上高纯氧化铝陶瓷或透明陶瓷时,要求32O Al 原料纯度≥99.9%,还需超细粉碎且粒径分布均匀。

在制备32O Al 原料方面,如果对于纯度要求不高的32O Al ,一般是通过化学方法来制备。以铝土矿为原料,通过烧结、溶出、脱硅、分解、煅烧等步骤,把铝土矿中的32O Al 成分溶解于氢氧化钠(NaOH )溶液中,将得到的偏铝酸钠(2NaAlO )溶液,冷却至过饱和态,加水分解就会析出氢氧化铝(3)(OH Al )沉淀,再将它煅烧即可得到32O Al 。但在制备高纯度32O Al 原料时一般采用有机铝盐加水热分解法、铝的水中放电氧化法、铝的硫酸盐和氨碳酸盐热分解法、铵明矾热分解法等[6]。目前国内外大多数学者都采用铵明矾热分解法,因为此方法制备的Al2O3纯度高、细度小(约1m μ以下),且颗粒分布范围窄、团聚程度轻。

电学功能

绝缘性 离子导电性

表1 氧化铝陶瓷的功能

3.232O Al 的预烧

预烧是氧化铝陶瓷生产中重要环节之一。由于工业32O Al 中含有γ-32O Al ,它在1200℃以上将不可逆地转变为α-32O Al ,伴有14%左右的体积收缩。为消除这种收缩,在制坯前应对工业32O Al 进行预烧,O Na 2、CaO 等会影响α-32O Al 的转化率,使其含量达不到要求。预烧也可以除去O Na 2等物质,提高原料的纯度。

预烧方法不同、添加物不同、气氛不同,预烧质量也不一样。工业中预烧氧化铝时,通常要加入适量添加物,如43BO H 、F NH 4、3AlF 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O Na 2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[7]。还原气氛也有利于排除O Na 2等杂质。

预烧质量还与预烧温度有关:预烧温度偏低,则不能完全转变成α-32O Al ,且电性能降低;若温度过高,粉料烧结,α-32O Al 晶粒异常长大、硬度高,不易粉碎,且烧结活性低[8],制品难以烧结,不利于形成均匀的结构。一般情况下,32O Al 粉体煅烧温度控制在1400~1450℃[9]。

3.332O Al 粉体的制备

由于颗粒细度对制品性能影响很大,预烧过的32O Al 需要粉碎磨细。超细、活性高的32O Al 粉体制备是获得细晶而高强氧化铝陶瓷的首要条件。32O Al 粉体颗粒越细,活性越大,可促进烧结,制成的陶瓷强度也越高。小颗粒还可以分散由于刚玉和玻璃相线膨胀系数不同在晶界处造成的应力集中,减少开裂的危险性;细的晶粒还能妨碍微裂纹的发展[4],不易造成穿晶断裂,有利于提高断裂韧性,还可提高耐磨性。所以。降低32O Al 粉体粒度,有利于制备高性能的32O Al 制品。制作氧化铝陶瓷的微粉最佳粒度为0.1~1m μ,我国目前一般在7m μ左右,这是国内氧化铝陶瓷质量不如国外产品质量的主要原因。

粉磨后粉体间由于重力、粘附力和颗粒间作用力的作用使粉体团聚。团聚会影响烧结质量,通常加入适当的分散剂,增加粉体均匀性,选择适当粉体加工方法,以减弱或消除颗粒间的作用力,从而减弱或消除团聚体[10]。

细颗粒含量在一定范围内有利于提高氧化铝陶瓷性能,但是当<1m μ颗粒含量大于40%时易造成重结晶,晶体发育过大,气孔易封闭在晶粒内,使性能变坏。而颗粒粗又易造成难以烧结,当>5m μ颗粒含量大于10%~15%时,对烧结有明显的妨碍作用[8],因此,大小颗粒应合理级配。

4氧化铝陶瓷的成型工艺

4.1成型辅助剂

由于氧化铝陶瓷成形料是以瘠性料为主,常需要加入聚乙烯醇(PVA);聚乙烯醇缩丁醛(PVB);聚乙二醇(PEG);甲基纤维素(MC);羟甲基纤维素(CMC);乙基纤维素(EC);羟丙基纤维素(HPC)等粘合剂。除了粘合剂外,还有润滑剂、增塑剂、抗絮凝剂、湿润剂、抗静电剂、消泡剂,鳌合剂、杀菌剂等等。成型前将这些辅助剂与原料混合均化,以提高粉料的成形性能和坯体强度。

4.2成型方法

4.2.1模压成型

模压成型是利用压力将干粉在模型中压成致密坯体的一种成型方法。模压成型过程简单、缺陷少。由于压力作用,坯体晶粒接触面大,有利于晶界移动,故烧结致密度高,但致密度不均匀。模压成型有时会出现粉体与模壁粘结的现象,可加入1%~2%硬脂酸等润滑剂。此法适合批量生产薄板制品。 4.2.2等静压成型

该成型方法所得坯体干燥时收缩均匀,不易开裂、分层,解决了模压成型中的不足。

故等静压成型可生产形状复杂、较大的制品。 4.2.3注浆成型

该法的关键是制得性能良好的32O Al 浆料。为减少坯体收缩,应尽量使用高密度浆料;浆料要有良好的悬浮性、流动性、稳定性,通常要加入适当的添加剂来改善浆料的性能。此法可以用于复杂形状制品的成型,但不适于成型壁厚悬殊、厚大截面制品,且坯体密度不高,石膏模使用时间长,其尺寸精度会下降,同时制品收缩难以控制。 4.2.4凝胶注模成型

凝胶注模成型是将含有有机单体的低粘度、高固相含量的陶瓷料浆浇注到不吸水的模型中,然后在引发剂和催化剂的作用下,使料浆中的有机单体交链聚合成三维网状结构,从而使浓悬浮体原位固化。它可以使固相体积分数达50%~60%。一般情况下。为保证凝胶固体的性能。溶液中有机单体总含量不宜过多。应控制在15%~20%范围内交联单体/凝胶单体比例<1/10为宜。

凝胶注模成型坯体气孔分布窄、均匀,为单峰分布,可克服烧结时的不均匀收缩,提高氧化铝陶瓷制品的可靠性,制备的陶瓷生坯可以加工,使加工成本降低,工件烧结后就可以使用[16],且工艺过程短,所用设备低廉,制作成本低,加上模具多次重复使用仍能保持精度,这对要求密度均匀、精度好、形状复杂、尺寸大的陶瓷件的制作尤为有利。

4.2.5热压铸成型

此工艺适合制造形状较复杂,精度要求高的中小型产品该设备简单。操作方便,生产效率高,模具磨损少,寿命长。但工序复杂,耗能大,工期长,由于不易充满模腔,不宜制备壁薄的大而长的制品。

5烧结

烧结是氧化铝陶瓷生产中很重要的一环,它对氧化铝陶瓷的物理化学性能有很大的影响。

5.1烧结方法

5.1.1常压烧结法

即在大气条件下将坯体烧结的过程。此法烧结温度较高,对窑炉要求也较高,能源浪费大。

5.1.2热压烧结和热等静压烧结

热压烧结比常压烧结温度低得多,烧成的制品理论密度可达99%[19],热压烧结采用预成型或将粉料直接装入模内,工艺简单。但它不宜生产过高、过厚、形状复杂制品,生产规模小,成本高。热等静压可以避免热压烧结压力的不均匀,使制品的结构更加均匀,性能更加稳定,适用于形状复杂制品的生产。

5.1.3液相烧结法

该法用低熔助剂促进材料烧结,助剂的引入一般会产生良好效果。常加入CaO、MgO、

SiO、BaO等作为熔剂。液相烧结由化学反应产生液相促进扩散和粘滞流动的2

发生,及颗粒重排和传质过程,降低烧结温度,有效加速烧结。

(1)气氛烧结。即对于空气中很难烧结的制品。为了防止其氧化。在炉膛内通入一定气体。形成所要求的气氛,在此气氛下进行烧结。

(2)电场烧结。即陶瓷坯体在直流电场作用下的烧结。

(3)超高压烧结。即在几十万个大气压以上的压力下进行烧结。

5.2影响氧化铝陶瓷烧结的因素

5.2.1成型方法的影响

根据需要,选择合适的成型方法,可获得显微结构均匀、各相分布均匀的坯体,通过控制和消除成型过程中的缺陷,可有效降低烧结温度及坯体收缩率,加快致密化进程,减少烧结制品的机加工量。

5.2.2烧结制度的影响

适当提高烧结温度,有利于扩散和烧结的进行,使烧结速度加快,促进致密化。

升温速度的控制对氧化铝陶瓷烧结是很重要的,通常在600℃以下应缓慢;在1000~1500℃中温阶段要严格控制并尽量慢一些;在1500℃以上升温速度可以加快,防止粗晶出现[8]。

压力也促进粉粒间的间隙减少,扩散距离缩小。

5.2.3烧结气氛的影响

气氛对氧化铝陶瓷烧结影响很大,合适的气氛有助于致密化。一般来说,气氛中的氧离子分压越低,越有利于氧化铝的烧结[20]。在氢气气氛下烧结,由于氢原子半径很小、易于扩散而有利于消除闭气孔,可得到近于理论密度的烧结体。CO-

H气氛可以使氧化

2

铝晶格中的氧离子较易失去,形成空位,加速阳离子扩散,从而有效地促进烧结,并获得很好的致密度,比氢气气氛更容易烧结。

5.2.4辅助剂的影响

由于氧化铝陶瓷坯料熔点很高,较难烧结,若加入某种辅助剂,则可改善烧结性能,促进烧结。

正确选择烧结方法,是使氧化铝陶瓷具有理想的结构及预定性能的关键。合适的烧结方法可有效降低烧结温度。32O Al 陶瓷常压烧结在1800℃以上,热压(20Mpa )烧结在1500℃左右就能获得接近于理论密度的制品,而高温等静压烧结(400Mpa )在1000℃左右就已达到致密化[21]。

6氧化铝陶瓷的后加工处理

在烧结冷却后,有些产品还达不到应用的要求,所以要进行必要的加工处理,如修正尺寸、抛光等。为了增加氧化铝陶瓷产品表面的致密性,一般用比氧化铝还要硬的金刚石、SiC 、C B 4等由粗到细逐级进行研磨,最终使氧化铝陶瓷表面抛光,使陶瓷表面更加致密、光滑,可大大提高氧化铝陶瓷使用性能。还常采用32O Al 微粉或金刚石磨膏进行研磨抛光。此外,激光加工以及超声波加工研磨及抛光的方法也有采用[26]。当需要特别光滑的表面时,需要用施釉的方法。

还有人用离子注入法对材料表面进行加工,离子注入陶瓷是对现有增韧机理的补充,是对制备好的陶瓷产品的深加工。例如:用镍离子对陶瓷产品进行镍粒子注入处理后,机械强度、韧性会大大增强。现在32O Al 陶瓷的金属化也得到了迅速发展,它使陶瓷和金属粘结在一起,便于陶瓷与金属或陶瓷与陶瓷间的钎焊封接。

7氧化铝陶瓷的应用和发展现状

7.1机械方面

32O Al 瓷烧结产品的抗弯强度可达

250Mpa ,热压产品可达500Mpa 。32O Al 陶瓷的

莫氏硬度可达到9,加上具有优良的抗磨损性能等,所以广泛地用于制造刀具、球阀、磨轮、陶瓷钉、轴承等,其中以32O Al 陶瓷刀具和工业用阀应用最广。

7.2电子、电力方面

在电子、电力方面,有各种32O Al 陶瓷底板、基片、陶瓷膜、透明陶瓷以及各种3

2O Al 陶瓷电绝缘瓷件、电子材料、磁性材料等,其中以32O Al 透明陶瓷和基片应用最广。

7.3化工方面

在化工应用方面,32O Al 陶瓷也有较广泛的用途,如32O Al 陶瓷化工填料球、无机微滤膜、耐腐蚀涂层等,其中以32O Al 陶瓷膜和涂层的研究和应用最多。

7.4医学方面

在医学方面,32O Al 更多的是用于制造人工骨、人工关节、人工牙齿等。32O Al 陶瓷具有优良的生物相容性、生物惰性、理化稳定性及高硬度、高耐磨性,是制备人造骨和人造关节的理想材料[27]。但它具有和其他陶瓷材料一样的缺点如脆性大、断裂韧性低、机加工技术难度高、工艺复杂等,因此需要进一步研究应用。

7.5建筑卫生陶瓷方面

在建筑卫生陶瓷方面,32O Al 产品随处可见,如32O Al 陶瓷衬砖、研磨介质、辊棒、陶瓷保护管以及32O Al 质耐火材料等。其中以32O Al 球磨介质应用最广。

过去,建筑卫生陶瓷用球磨介质基本上都是燧石、鹅卵石等天然球石,随着这些优质的天然球石资源的减少,以及它们磨损率高、效率低等缺点,32O Al 球磨介质被越来越多的陶瓷厂家所使用。目前球磨介质主要包括32O Al 、2ZrO 、SiC 、43N Si 等。32O Al 球磨介质具有合适的硬度、适中的密度、耐磨、耐腐蚀且价格低廉等特点,因此大部分的建筑卫生陶瓷方面的原材料都用Al2O3球磨介质加工[28]。

7.6其它方面

32O Al 陶瓷是目前新材料中研究最多、应用最广的材料之一,除了以上的几种应用

外,它还广泛应用于其它一些高科技领域,如航空航天、高温工业炉、复合增强等领域

[29]

参考文献

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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。

多孔氧化铝陶瓷的研究进展

多孔氧化铝陶瓷的研究进展 李环亭1 孙晓红1 陈志伟1,2 (1国家陶瓷与耐火材料产品质量监督检验国家质检中心 山东淄博 255063) (2山东理工大学分析测试中心 山东淄博 255049) 摘 要 综合论述了国内外多孔氧化铝陶瓷的制备方法及性能的研究进展,并对目前存在的问题及将来的研究方向进行了展望。 关键词 多孔氧化铝陶瓷 制备方法 性能 Research Progress of Porous A lumina Ceramics Li Huanting1,Sun Xiaohon g1,Chen Zhiwei1,2(1National Quality Supervision and Inspection Center for Ceramics and Refractories,Shan dong,Zibo,255063)(2Analysis and Testing Center of Shandong Uni versity of Technology,Shandong,Zibo,255049) Abstract:The paper reviewed the research progress of porous alumina ceramics home and broad.The preparation methods and the proer ties were summaried.Finally,the research direction in the future is given on the porous alumina ceramics. Key words:Porous alu mina ceramics;Preparation methods;Properties 前言 多孔氧化铝陶瓷是指以氧化铝为骨料,通过在材料成形与高温烧结过程中,内部形成大量彼此相通或闭合的微孔或孔洞。较高的孔隙率的特性,使其对液体和气体介质具有有选择的透过性,较低的热传导性能,再加上陶瓷材料固有的耐高温、抗腐蚀、高的化学稳定性的特点,使其在气体和液体过滤、净化分离、化工催化载体、生物植入材料、吸声减震和传感器材料等众多领域有着广泛的应用前景。多孔氧化铝陶瓷上述优异的性能和低廉的制造成本,引起了科学界的高度关注。笔者就目前国内外多孔氧化铝陶瓷的制备方法、性能的研究进展进行综述。 1 多孔氧化铝陶瓷的制备方法 多孔氧化铝陶瓷的制备工艺主要包括孔结构的形成,坯体的成形和坯体的烧结3个方面。关于孔结构形成的方法既有传统的通过机械挤出成孔法、颗粒堆积形成气孔法、添加造孔剂成孔法、发泡工艺成孔法、有机泡沫浸渍成孔法[1],也有新型的铝板阳极氧化法、溶胶-凝胶法等。关于坯体成形工艺主要有模压成形法[2]、凝胶注模成形法[3]、固体粒子烧结法[4]、挤压成形法[5]等。如何得到高的气孔率,且能较好地控制孔径及其分布、形状、三维排列等,则需要选择合适的方法和工艺。下面介绍几种氧化铝多孔陶瓷常用的制备方法。 1.1 造孔剂成孔+凝胶注模法+高温烧结法 造孔剂成孔法是将一定量的造孔剂添加到陶瓷坯料中,造孔剂在坯体中会占据一定的空间,经过低温烧结后,造孔剂离开基体形成气孔得到多孔陶瓷。造孔剂的种类分为有无机和有机两大类。无机造孔剂有碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵等高温可分解的盐类,以及煤粉、碳粉等;有机造孔剂主要是天然纤维、高分子聚合物[6]和有机酸等,如淀粉、尼龙纤维等。目前应用较多的是加入有机造孔剂,且效果较好。由于造孔剂颗粒的大小及形状决定最终成孔的大小和形状,且造孔剂 基金项目:山东省科技攻关项目(耐火材料快速分析方法研究及应用,项目编号:2006GG1108097-06;陶瓷原料综合评价方法建立及应用研究,项目编号2007GG10003047)

氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷的制备.性能.用途及发展材料科学与技术是当代文明的三大支柱之一和全球新技术革命的三个标志之一,在当今高科技的发展中起着基础和先导作用。对新材料的研究是社会发展的需要。 随着陶瓷制造工艺的不断进步,特别是对陶瓷烧结过程、显微结构的深入研究,人们已制造出玻璃相含量非常低甚至几乎不含玻璃相而由许多微小晶粒结合成的结晶态陶瓷。由于微晶氧化铝陶瓷具有稳定的理化性能和十分优异的电性能,近年来在各个领域得到了较为广泛的应用,成为先进陶瓷材料中异军突起的一种重要陶瓷材料。 在陶瓷材料中,氧化铝陶瓷是使用最为广泛的材料之一。氧化铝陶瓷具有机械强度高,绝缘电阻大,硬度高,耐磨、耐腐蚀及耐高温等一系列优良性能,其广泛应用于陶瓷、纺织、石油、化工、建筑及电子等各个行业,是目前氧化物陶瓷中用途最广、产销量最大的陶瓷新材料。 通常氧化铝陶瓷分为2大类,一类是高铝瓷,另一类是刚玉瓷. 氧化铝陶瓷的制备.性能.用途及发展如下: 一、材料制备 氧化铝陶瓷制品成型方法常采用的有:干压、注浆、挤出、等静压(干法、湿法)、注凝、流延、热压铸、离心注浆等。不同的产品,因其形状、尺寸、造型复杂与精度各异,需要采用合理的成型方法。1.原料来源: 氧化铝在地壳中含量非常丰富,在岩石中平均含量为15.34%,是自然

界中仅次于SiO2存量的氧化物。一般应用于陶瓷工业的氧化铝主要有2大类,一类是工业氧化铝,另一类是电熔刚玉。 2.制备工艺: 原料配料→研磨加工→制粉(制浆、制泥)→成型(半干压、滚制、等静压、注浆、离心注浆、热压铸、挤出)干燥→制粉→热压烧结→烧成→检选(冷加工)→包装入库→出厂 3.工艺条件对氧化铝烧结性能 氧化铝陶瓷制备环节中的各工艺条件都对它的烧结和显微结构有极大影响。这些制备环节包括:粉体的制备过程、粒径与粒度分布、成型方法、生坯密度、烧结温度、升温速率、保温时间、烧成气氛等。 4.氧化铝陶瓷工业 (1).工业氧化铝 工业氧化铝一般是以含铝量高的天然矿物铝土矿(主要矿物组成为铝的氢氧化物,如一水硬铝石(xAl2O3·H2O)、一水软铝石、三水铝石等氧化铝的水化物组成)和高岭土为原料,通过化学法(主要是碱法,多采用拜尔法——碱石灰法)处理,除去硅、铁、钛等杂质制备出氢氧化铝,再经煅烧而制得,其矿物成分绝大部分是x-Ai2O3。工业氧化铝是白色松散的结晶粉末,颗粒是由许多粒径<0.1μm的x-Ai2O3晶体组成的多孔球形聚集体,其孔隙率约为30%,平均粒径40~70μm。 工业氧化铝的3项主要杂质成分中,Na2O及Fe2O3将降低氧化铝瓷件的电性能,Na2O的含量应<0.5%~0.6%,Fe2O3含量应<0.04%。另外,在电真空瓷件中,工业氧化铝不得含有氯化物、氟化物等,因为它们能

氧化铝陶瓷的制备与显微结构

氧化铝陶瓷的制备与显微结构 张全贺 051002131 摘要:a—A1:O3中加入复合添加剂,在1 500℃,2 h条件下无压烧结,制备出原位生长片状晶增韧的氧化铝陶瓷。烧结行为和显微结构研究表明:在1 500℃下烧结时,获得板片状晶粒。加入CaF2和CaF2复合添加剂时,生长的晶粒呈现片状,大小均匀,断裂韧性达到4.3 M Pa/m ;加入CaF2和高岭土复合添加剂时,由片状晶粒形成Al203陶瓷基体中,弥散分布着粗大的板块状晶粒,有效的提高了Al2 03陶瓷的致密度,相对密度达到96.8 g/cm 。 关键词:氧化铝;片状晶;原位生长;添加剂 1 引言 氧化铝陶瓷具有硬度高、耐高温、耐磨、电绝缘、抗氧化、力学性能良好、原料蕴藏丰富、价格低廉等许多优点,是应用最早、最广泛的精细陶瓷。氧化铝显微组织通常为等轴状晶粒,断裂韧性较低,通常只有3 M Pa/m 。材料的显徽结构和性能之间具有内在联系,如果把显微结构控制在理想的状态,就能使材料具备所希望的性能,Evans预言,如果A12O3,基体中按体积含有大于lO%的柱状晶或含有2O%的板状晶,陶瓷材料的韧性将得到大大的提高. 2 试验方法 2.1 试验材料:将工业A12O3粉经过预烧转变为A12O3后,放人玛瑙罐内进行球磨,玛瑙球、氧化铝和无水乙醇的体积比为3:1:8,球磨时间为48 h,然后在8o℃下于燥。将A12O3和高岭土分别湿磨,放人100 ml烧杯,进行低温干燥后,过200目筛待用。按照配料表1,将物料配好后倒人塑料瓶内,按玛瑙球、氧化铝和无水乙醇的体积比为2:1:4进行湿混后,取出干燥。采用120 M Pa于压成型后放人高温梯度炉内,烧结温度为1 500℃,保温2h。

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

七个方面让你全面了解氧化铝陶瓷基板的优势和应用

七个方面让你全面了解氧化铝陶瓷基板的优势和应用 氧化铝陶瓷基板在消费电子、汽车电子、LED照明等行业已经应用非常广泛,那么氧化铝陶瓷基板在行业应用科研创新方面起到了非常很重要的作用。今天我们就来全面分析一下氧化铝陶瓷基板。 首先了解什么是氧化铝陶瓷基板? 氧化铝陶瓷是一种以氧化铝(Al2O3)为主体的陶瓷材料,用于厚膜集成电路。氧化铝陶瓷有较好的传导性、机械强度和耐高温性。需要注意的是需用超声波进行洗涤。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。 其次:氧化铝陶瓷基板的结构和分类 氧化铝陶瓷基板的结构构成主要是:氧化铝(Al2O3)。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。 再次:氧化铝陶瓷基板的优缺点 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 其密度为3.5g/cm3,仅为钢铁的一半,可大大减轻设备负荷。 氧化铝陶瓷主要技术指标 氧化铝陶瓷含量≥92% 密度≥3.6g/cm3 洛氏硬度≥80HRA 抗压强度≥850Mpa 断裂韧性KΙC≥4.8MPa·m1/2 抗弯强度≥290MPa 导热系数30~50W/m.K 热膨胀系数:7.2×10-6m/m.K 4,缺点: 比较易碎:相对与氮化铝陶瓷基板来说,更容易碎 导热没有氮化铝更好:氮化铝陶瓷基板导热可以到190~260W,氧化铝一般是25W~50W 五,氧化铝陶瓷基板导热 氧化铝陶瓷基板有较好的传导性、机械强度和耐高温性。氧化铝陶瓷基板的导热率差不多在45W/(m·K)左右。一般看到的就是这基板的覆铜对导热率也会有一定的影响,陶瓷板覆铜工艺也分很多种,有高温熔合陶瓷基板(HTFC)、低温共烧陶瓷基板

氧化铝陶瓷与金属连接的研究现状

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周健等Ⅲo对A1203一A1203以及A1203和HAP(羟基磷灰石)生物陶瓷进行了焊接,并借助电镜、电子探针分析了界面结合情况。前者在2MPa、1300℃、保温15min时结合强度达到基体强度。后者在2.5MPa、1200℃、保温15min左右将两类材料焊接在一起。. 蔡杰等¨引采用1’E103型谐振腔分别在1300和1400℃对A1203一A1203进行焊接,认为在1300℃焊接时,虽经长时间保温,焊接效果不理想,在1400℃、保温20min,焊缝消失。如上所述,氧化铝陶瓷一般采用直接焊接,对于高纯度氧化铝陶瓷一般采用低纯氧化铝或玻璃做中间层,目前也有人用溶胶凝胶方法制备的氧化铝做中间层。 目前微波焊接腔体的微波场的均匀区域还不大,改进微波场的分布,提高加热均匀区域,可以提高材料的焊接尺寸。同时增加焊接材料的种类。 7激光焊接 激光焊接陶瓷是近年来发展的新技术,Mittweida公司开发了双束激光焊接陶瓷方法,其原理见图9。 图9双束激光焊接示意图¨引 Fig.9Skd【chofdoublelaserweldiIlg 采用高能束激光焊方法,可快速加热和冷却,配以氮气筛的冷却和温度场调节,诱导和改善复合材料增强相和基体界面反应,而提高接头强度。采用脉冲输入方式,可抑制界面反应,细化组织,减少缺陷,获得良好接头,在操作时对激光功率控制非常重要啪J。用该法焊接的Al:O,陶瓷试样,激光焊接区细晶粒均匀,在电子显微镜下,可以看到晶粒呈片瓦结构,防止了裂纹的产生和扩展。经100次反复加热和冷却后,试样的弯曲强度无明显下降。 8结语 随着Al,O,陶瓷的广泛应用,其连接技术已成为世界各国集中研究的重点,其中钎焊与扩散连接是最常用的连接方法,但都有其局限性。例如:用钎焊方法形成的陶瓷接头的高温性能和抗氧化性能较差;钎焊的界面反应机理现在还处于试验阶段,缺乏系统性和理论性。扩散连接虽然可以减小界面缺陷,并适合大尺寸构件的接合,但易发生试件的变形和损伤等。近来新发展的微波连接能很好地实现接头处均匀连接,避免了开裂的发生,而且由于升温速度极快,陶瓷内部的晶粒不会剧烈长大。而sHs焊接和激光焊接还处于起步阶段,有待于发展。 参考文献 1王颖.AJ:0,陶瓷与Kover合金钎焊工艺研究.哈尔滨工业大学硕士论文,2006:l一50 2Ham咖dJP,DB“dSA,SameUaMLB阳zingo既帅icox-id船tom吨IlsatlowteⅡ聊舶hlr酷.WeldJ,1992;(5):145—1493赵永清.利用化学镀实现A120,陶瓷与金属的连接.焊接技术,1999;(2):16—17 4顾小龙,王大勇,王颖.Al:0,陶瓷/AgCuT∥可伐合金钎焊接头力学性能.材料科学与艺,2007;15(3):366—3695吴铭方.反应层厚度对他03/AgCu7n/n一6m一4V接头强度的影响.稀有金属材料与工程,2000;19(26):419—4226王洪潇.氧化铝陶瓷与金属活性封接技术研究.大连交通大学硕士论文,2006:1—50 7刘军红.复相Al:0,基陶瓷/钢大气中直接钎焊连接界面的微观组织结构.焊接学报,2003;24(6):26—28 8张玮.镍离子注入灿203/1crl8Ni9Ti的钎焊界面成分分析.包头钢铁学院学报,2000;19(3):219—22l 9王大勇,冯吉才,刘会杰.灿:O,/Cu/Al扩散连接工艺参数的优化.材料科学与工艺,2003;11(1):73~76 10陈铮,赵其章,方芳等.陶瓷/陶瓷(金属)部分瞬间液相连接.硅酸盐学报,1999;27(2):186~188 1lMerzh锄ovAG.InterSymposium∞coIIIbus阴dpl嬲一眦syn.ofhigll—te呷.Mater.s明Fr锄cisco,cA,988 12余圣甫等.Al:0,陶瓷/不锈钢自蔓延高温原位合成连接.焊接学报,2004;25(2)119一122 13周健,章桥新,刘桂珍等.微波焊接陶瓷辊棒.武汉工业大学学报,1999;21(3):1~2 14MeekTT,BlalceRD.Ceramic?ce硼icsealsbymicro-w盯ehe砒ing.J.Mat.Sci.L肚.,1986;(5):270~274 15Fukushi眦H。YamanakaT,Ma协uiM.Micmwaveheat—ingof ce姗icsandi协applic砒i叩tojoining.JMat.R∞.,1990;5(2):397—405 16Bi衄erJGP,F唧ieJA,WhitakerPAeta1.Thee妇fect0fcompositi∞ontlIeIIlicn)wavebondirIg0falulIli啪ce捌【nics.JMat.sci.,1998;33(12):3017~3029 17zlI伽Ji蛐,Zh衄gQia喇n,MEIBingchueta1.Mic胁wavejoiIlingof aluIIli腿c廿枷candh”Iroxyl印atitebioce枷c.JWuh粕Univ.ofTech.Mater.Sci.,1999;14(2):46~4918ChenXinm伽,ⅡuW嘶.HigllFrequencyHeatillgDie.1ectricTechnology.BeijiIlg:scie眦ePr鹤s,1979:l一30 19C蛐G,K0caI【M.h咿ssinjoiniIlgofadv锄cedmate—rials.htematioIlalMaterialsRevie啪,1998;43(1):卜4420广赖明夫.金属基复合材料。结合.溶接会志,1996;65(4):l692一l698 (编辑吴坚) 宇航材料工艺2008年第4期 万方数据

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。郑州玉发集团是中国最大的白刚玉生产商,和中科院上海硅酸盐研究所成立玉发新材料研究中心研究生产多品种α氧化铝。专注白刚玉和煅烧α氧化铝近30年,因为专注所以专业,联系QQ2596686490,电话156390七七八八一。 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。

氧化铝陶瓷基复合材料概述

概述了氧化铝陶瓷基复合材料,并且对其一般的生产工艺金属间、氧化铝陶瓷基复合材料以及其应用领域作了介绍, 前言 氧化铝(Al2O3) 陶瓷材料具有耐高温、硬度大、强度高、耐腐蚀、电绝缘、气密性好等优良性能, 是目前氧化物陶瓷中用途最广、产量最大的陶瓷新材料。但是与其他陶瓷材料一样,该陶瓷具有脆性这一固有的致命弱点,使得目前Al2O3 陶瓷材料的使用范围及其寿命受到了相当大的限制。近年来, 在氧化铝陶瓷中引入金属铝塑性相的Al/Al2O3 陶瓷基复合材料是一个非常活跃的研究领域。 概述 金属间化合物的结构与组成它的两组元不同, 具有序的超点阵结构, 各组元原子占据点阵的固定位置, 最大程度地形成异类原子之间结合。由于其原子的长程有序排列以及金属键和共价健的共存性, 有可能同时兼顾金属的较好塑性和陶瓷的高温强度。在力学性能上, 有序金属间化合物填补了陶瓷和金属之间的材料空白区域。有序金属间化合物中, Ti - Al、Ni - Al、Fe - Al 和Nb-Al系等几个系列的多种铝化物更是特别受到重视。这些铝化物具有优异的抗氧化性、抗硫化腐蚀性和较高的高温强度, 密度较小, 比强度较高。 由于在空气中铝粉极易氧化而在表面形成Al2O3 钝化膜,使Al 粉和Al2O3 颗粒之间表现出很差的润湿性,导致烧结法制备Al/Al2O3 陶瓷材料烧结困难, 影响复合材料的机械性能[5]。挤压铸造和气压浸渍工艺浸渍速度快, 但是预制体中的细小空隙很难进一步填充[ 6], 而后发展的无压渗透工艺操作复杂,助渗剂的选择随意, 且作用机理复杂, 反而增加了工艺控制难度[7]。20世纪80年代初, 美国Lanxide公司提出了一种制备陶瓷基复合材料的新工艺定向金属氧化技术( DirectedMetal Ox-idation, 简称DMOX)。该工艺是在高温下利用一定阻生剂限制金属熔体在其他5个方向的生长, 使金属熔体与氧化剂反应并只单向生长即定向氧化。采用该方法制备的Al/ Al2O3 陶瓷材料在显微结构上表现为由立体连通的-Al2O3 基体与三维网状连通的残余金属和不连续的金属组成, 由于Al2O3 晶间纯净, 骨架强度高于烧结、浸渍等工艺制得的同类材料的强度[ 9]同时, 三维连通的金属铝具有良好的塑性, 从而使该复合材料具有更为良好的综合机械性能。

氧化铝陶瓷的发展与应用

氧化铝陶瓷的发展与应用 前言 氧化铝陶瓷具有机械强度高,绝缘电阻大,硬度高,耐磨、耐腐蚀及耐高温等一系列优良性能,其广泛应用于陶瓷、纺织、石油、化工、建筑及电子等各个行业,是目前氧化物陶瓷中用途最广、产销量最大的陶瓷新材料。 通常氧化铝陶瓷分为2 大类,一类是高铝瓷,另一类是刚玉瓷。高铝瓷是以Al2O3 和 SiO2 为主要成分的陶瓷,其中Al2O3 的含量在45 %以上,随着Al2O3 含量的增多,高铝瓷的各项性能指标都有所提高。由于瓷坯中主晶相的不同,又分为刚玉瓷、刚玉—莫来石瓷、莫来石瓷等。根据Al2O3 含量的不同,习惯上又称为75瓷、80 瓷、85 瓷、90 瓷、92 瓷、95 瓷、99 瓷等。高铝瓷的用途极为广泛,除了用作电真空器件和装置瓷外,还大量用来制造厚膜、薄膜电路基板,火花塞瓷体,纺织瓷件,晶须及纤维,磨料、磨具及陶瓷刀,高温结构材料等。目前市场上生产、销售和应用最为广泛的氧化铝陶瓷是Al2O3 含量在90 %以上的刚玉瓷。 1 原料 作为陶瓷原料主要成分之一的氧化铝在地壳中含量非常丰富,在岩石中平均含量为15. 34 % ,是自然界中仅次于SiO2 存量的氧化物。一般应用于陶瓷工业的氧化铝主要有2 大类,一类是工业氧化铝,另一类是电熔刚玉。 1. 1 工业氧化铝 工业氧化铝一般是以含铝量高的天然矿物铝土矿(主要矿物组成为铝的氢氧化物, 如一水硬铝石(xAl2O3·H2O> 、一水软铝石、三水铝石等氧化铝的水化物组成> 和高岭土为原料,通过化学法(主要是碱法,多采用拜尔法———碱石灰法> 处理,除去硅、铁、钛等杂质制备出氢氧化铝,再经煅烧而制得,其矿物成分绝大部分是γ- Al2O3 。 工业氧化铝是白色松散的结晶粉末,颗粒是由许多粒径< 0. 1μm 的γ- Al2O3 晶体组成的多孔球形聚集体,其孔隙率约为30 % ,平均粒径为40~70μm。工业氧化铝含量的质量标准见表1。 表1 工业氧化铝含量的质量标准(质量%> 1 级 2 级 3 级 4 级 5 级 Al2O3> 98. 60 ≮98. 50≮98. 40 ≮98. 30 ≮98. 20 SiO2 ≯0. 02 ≯0. 04 ≯0. 06 ≯0. 08 ≯0. 10 Fe2O3 < 0. 03 ≯0. 04 ≯0. 04 ≯0. 04 ≯0. 04 Na2O ≯0. 50 ≯0. 55 ≯0. 60 ≯0. 60 ≯0. 60 灼减< 0. 80 ≯0. 80 ≯0. 80 ≯0. 80 ≯1. 00 工业氧化铝的3 项主要杂质成分中,Na2O 及Fe2O3 将降低氧化铝瓷件的电性能,Na2O 的含量应<0. 5 %~0. 6 % ,Fe2O3 含量应< 0. 04 %。另外,在电真空瓷件中,工业氧化铝

氧化铝陶瓷综述

***********(所属单位)材料科学进展课程设计 学号:******** 专业:******** 学生姓名:*** 任课教师:*** 2011年10月

***********(所属单位)材料科学进展 (小论文) 学号:******* 专业:******* 学生姓名:*** 任课教师:*** 2011年10月

氧化铝陶瓷综述 ***(姓名) *********(所属单位) 摘要:本文简述了氧化铝陶瓷的功能及在各行业的应用,详细论述了氧化铝陶瓷的制备、成型及烧结方法。 关键词:氧化铝陶瓷制备成型烧结应用 以氧化铝(Al2O3)为主要成分的陶瓷称为氧化铝陶瓷。它属于无机非金属材料,具有特殊用途,新的性能,故也称特种陶瓷、高性能陶瓷。氧化铝陶瓷是氧化物陶瓷中应用最广、用途最宽、产销量最大的陶瓷新材料。 1氧化铝的同质多晶变体及其性能简介 根据研究报道,Al2O3有12种同质多晶变体[1],但应用较多的主要有3种,即α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3,这3种晶体的结构不同,故它们的性质具有 很大的差异[2]。 (1)α-Al2O3是三方晶系,单位晶包是一个尖的菱面体,密度为 3.96~4.01g/cm3,其结构最紧密、化学活性低、高温稳定性好、电学性能优良并且机械性能也最佳,在一定条件下可以由其它的两种晶体转换而来。 (2)β-Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物,密度为 3.30~3.63g/cm3,它的化学组成中含有一定量的碱土金属氧化物和碱金属氧化物,并且还可以呈现离子型导电。 (3)γ-Al2O3是尖晶石型立方结构,在950~1200℃范围内转化为α-Al2O3,密度为3.42~3.47g/cm3。它的氧原子呈立方紧密堆积,铝原子填充在间隙中,这就决定了它在高温下不稳定、力学和电学性能差的缺陷,在科学应用中很少单独制成材料使用。但它有较高的比表面积和较强的化学活性,经过技术改进可以作为吸附材料使用。 由于β-Al2O3和γ-Al2O3在高温(950~1200℃)下易转化为α-Al2O3,而陶瓷的制备又须经高温烧结,所以氧化铝陶瓷是一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料。 2氧化铝陶瓷的功能简介 氧化铝陶瓷具有热稳定和化学稳定性,电绝缘性、压电性、耐腐蚀性、化学吸附性、生物适应性、吸声性和透光性等多种有实用价值的性能和功能,见表1。

氧化铝陶瓷

关注氧化铝陶瓷 行业范围:以氧化铝为主要生产原料及氧化铝深加工企业 技术概况: 一、氧化铝陶瓷的技术指标 氧化铝陶瓷含量≥92% 密度≥3.6 g/cm3 洛氏硬度≥80 HRA 抗压强度≥850 Mpa 断裂韧性KΙ 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 二、氧化铝陶瓷的特点 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 其密度为3.5g/cm3,仅为钢铁的一半,可大大减轻设备负荷。 三、氧化铝陶瓷的应用前景 国外对氧化铝材料的研究起步较早,尤其是在科技含量高的领域如机械加工、医学、航空航天等。而国内对氧化铝材料研究相对较晚,技术相对落后,且制造业中生产工艺较落后、装备不精,所以产品质量跟西方发达国家相比还是存在一定的差距。因此,提高我国氧化铝材料的研究水平及大力推广氧化铝材料的应用已迫在眉睫。 预计受益和借鉴意义 氧化铝作为我集团的拳头产品和经济支柱,在目前的经济形势下仅仅作为电解铝企业的原材料其局限性已经逐渐显现。多渠道的扩展氧化铝的下游产品、提高氧化铝产品的附加值,将奠定信发百年老店的坚实基础。 如能创造条件对该行业进行了解研究,将进一步丰富我集团产业链条,并创造新的赢利点。 附: 氧化铝陶瓷部分企业 上海恒耐陶瓷技术有限公司、宜兴市丁蜀镇景宏陶瓷厂、宜兴九荣特种陶瓷有限公司、宜兴市金宇瓷业有限公司等。

浅谈添加剂在氧化铝陶瓷中的应用分析

浅谈添加剂在氧化铝陶瓷中的应用分析 2007-12-03 11:24:04| 分类:个人日记|举报|字号订阅 浅谈添加剂在氧化铝陶瓷中的应用分析 摘要:阐述了添加剂对A12O3陶瓷的性能影响的原理及机制,综述近年来A12O3陶瓷的添加剂应用研究现状。并详细论述了不同添加剂对A12O3晶粒异向生长及其性能的影响,分析了不同条件下A12O3晶粒的显微结构及其异向生长机理。最后对下一步的研究方向进行了展望。 关键词:添加剂氧化铝陶瓷进展 1,引言: 在工业日益发展的今天氧化铝陶瓷具有高硬度、耐高温、耐磨、抗氧化、强度良好等特点,已广泛应用于机械、冶金、化工、医疗等各个领域,是应用最广泛的结构陶瓷. 但因韧性差,强度有待提高,而影响了它的使用寿命和更广泛的应用,,然而由于Al2O3 自身阳离子电荷多, 半径小, 离子键强的特点,导致其晶格能较大, 扩散系数低, 烧结温度高. 一般纯氧化铝陶瓷的烧结温度在1 700 ℃以上, 这样高的烧结温度在工业上较难普遍实现, 而且不利于降低成本; 同时结构上也会存在较多的缺陷, 对材料力学性能不利. 为了促进氧化铝陶瓷致密化, 降低烧结 温度, 一般在原料里引入添加剂,从而添加剂对其性能的改善也日见重要!. 添加剂通过2 种作用方式促进氧化铝陶瓷的烧结: 1 与氧化铝基体形成固溶体,通过增加氧化铝的晶格畸变,使扩散速率变大,从而促进烧结; 2:添加剂本身或者添加剂与氧化铝基体之间形成液相。 氧化铝陶瓷常见种类有:刚玉瓷,高铝瓷,陶瓷刚玉磨料,氧化铝涂层,透明氧化铝陶瓷,多孔陶瓷等等.. .. 氧化铝瓷的常见晶型有a-Al2O3 β-Al2O3 γ-Al2O3等添加剂的引入可使其晶型转变从而提高其化学物理性能。 本文将从添加剂使氧化铝陶瓷晶型转变和烧结等方面的改变,进行阐述和分析。

氧化铝陶瓷材料力学性能的检测

实验二 氧化铝陶瓷材料力学性能的检测 为了有效而合理的利用材料,必须对材料的性能充分的了解。材料的性能包括物理性能、化学性能、机械性能和工艺性能等方面。物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、光学性能、磁性等。化学性能包括耐氧化性、耐磨蚀性、化学稳定性等。工艺性能指材料的加工性能,如成型性能、烧结性能、焊接性能、切削性能等。机械性能亦称为力学性能,主要包括强度、弹性模量、塑性、韧性和硬度等。而陶瓷材料通常来说在弹性变形后立即发生脆性断裂,不出现塑性变形或很难发生塑性变形,因此对陶瓷材料而言,人们对其力学性能的分析主要集中在弯曲强度、断裂韧性和硬度上,本文在此基础上对其力学性能检测方法做了简单介绍。 1.弯曲强度 弯曲实验一般分三点弯曲和四点弯曲两种,如图1-1所示。四点弯曲的试样中部受到的是纯弯曲,弯曲应力计算公式就是在这种条件下建立起来的,因此四点弯曲得到的结果比较精确。而三点弯曲时梁各个部位受到的横力弯曲,所以计算的结果是近似的。但是这种近似满足大多数工程要求,并且三点弯曲的夹具简单,测试方便,因而也得到广泛应用。 图1-1 三点弯曲和四点弯曲示意图 由材料力学得到,在纯弯曲且弹性变形范围内,如果指定截面的弯矩为M ,该截面对 中性轴的惯性矩为I z ,那么距中性轴距离为y 点的应力大小为: z I My =σ 在图1-1的四点弯曲中,最大应力出现在两加载点之间的截面上离中性轴最远的点,其大小为: =???? ???=z I y a P max max 21σ?????圆形截面 16矩形截面 332D Pa bh Pa π 其中P 为载荷的大小,a 为两个加载点中的任何一个距支点的距离,b 和h 分别为矩形截面试样的宽度和高度,而D 为圆形截面试样的直径。因此当材料断裂时所施加载荷所对应的应力就材料的抗弯强度。 而对于三点弯曲,最大应力出现在梁的中间,也就是与加载点重合的截面上离中性轴最远的点,其大小为:

氧化铝陶瓷综述(原版)[1]

目 录 摘 要 ................................................................................................................................ 0 正文: ................................................................................................................................ 0 1氧化铝的同质多晶变体及其性能简介 . 0 1.1α-32O Al 0 1.2β-32O Al 0 1.3γ-32O Al 0 2氧化铝陶瓷的分类及功能简介 (1) 2.1分类 (1) 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。 (1) 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。 (1) 2.2功能 (1) 3氧化铝陶瓷的原料及其加工 (2) 3.1原料及其制备 (2) 3.232O Al 的预烧 (3) 3.332O Al 粉体的制备 (3) 4氧化铝陶瓷的成型工艺 (4) 4.1成型辅助剂 (4) 4.2成型方法 (4) 4.2.1模压成型 (4) 4.2.2等静压成型 (4) 4.2.3注浆成型 (4) 4.2.4凝胶注模成型 (4) 4.2.5热压铸成型 (5) 5烧结 (5) 5.1烧结方法 (5) 5.1.1常压烧结法 (5) 5.1.2热压烧结和热等静压烧结 (5)

金属陶瓷复合材料

金属陶瓷复合材料 何洋 ( 材料科学与工程一班 200911102016 ) 摘要本文从复合材料入手介绍Al/Al2O3陶瓷基复合材料,定向金属氧化法制备Al/Al2O3陶瓷基复合材料,Al/Al2O3陶瓷基复合材料的低温烧结,金属陶瓷材料的应用以及研究现状、前景。 Abstract The article introduces composite material of Al/Al2O3 ceramic matrix composites, directional metal oxidation method for Al/Al2O3 ceramic matrix composites, Al/Al2O3ceramic matrix composites, low temperature sintering, metal,ceramic materials application and research status, prospects。 关键词复合材料;Al/Al2O3 ;定向金属氧化法;低温烧结;应用;前景 Key words composite materials; Al/Al2O3; directed metal oxidation; low temperature sintering; application; prospects 复合材料(Composite materials) 由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。 氧化铝(Al2O3 ) 陶瓷 先进陶瓷材料中应用最广泛的是素有“陶瓷王”之称的Al2O3陶瓷。氧化铝陶瓷原料分布广、产品性能优良、价格低。由于具有耐高温、硬度大、强度高、

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

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