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氧化铝陶瓷收缩率的影响因素研究

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０℃ ｈ称 ０ ． ０ Ｍ ａ下 压 成 直 常 重 要 的 指 标 ，直 接 关 系 到 陶 瓷 制 件 的 尺 寸 公 差 和 成 品 在 １５ 下 烘 干 ４ 。 取 样 品 １ｇ 在 １０ Ｐ ２ｍ 率 ， 其是如 电子基板 之类 的产品 ， 寸稍有偏 差就 会导 径 为 ２ ｍ 的 圆 柱 状 。每 种 样 品 制 备 ３个 标 本 ，然 后 在 尤 尺 ５０ ｈ烧结 。所采 用的 仪 Ａ ３ 一 Ｉ 物理化 学指标 如 Ｏ 致 产 品 报 废 。 而 各 陶 瓷 生 产 企 业 的工 艺 、 料 、 形 设 备 １ ８ ￣保温 ２ 配 成 和模 具 尺 寸 等 存 在 差 异 ，同 一 氧 化 铝 原 料 在 不 同 企 业 存 表 １所 示
箱式 电阻炉 ： ２１ １１ ， 市前锦炉业设 备有限公司 。 Ｓ －２ —６宜兴 Ｘ
温、 耐腐蚀 、 高绝缘等 特点。 氧化铝 陶瓷 在烧结 成瓷 的过程 中 ．收缩率 是一 个非
２３ 试 样制备 与测试 ．
将 待测 一 １ 粉样 品 由快速 研磨 机研 磨２ ｒ ｎ Ａ 粗 Ｏ ０ ｉ， ａ
氧 化 铝 陶 瓷 是 以 Ａ１ 主 要 原 料 （ 量 在 ４ ％ 以 为 Ｏ 含 ５
Ｘ 射 线 衍 射 仪 ： Ｐ ｒＰ ｏ ， 一 Ｘ’ｅｔ ｒ 型 飞利 浦 公 司 ；
扫 描 电子 显 微 镜 ：Ｓ ６ ６ Ｖ 型 ， Ｊ Ｍ一 ３ ０ 日本 电 子公 司 ； 快 速研磨机 ： ＫＹＭ— ． 阳 金 宏 通 用 机 械 有 限公 司 ； Ｓ咸
在不 同的收缩率 ， 用有所 不 同。因此 。 究氧 化铝 收缩 应 研
率 的影 响 因素 ， 对不 同应用 领域 和工艺开发 不 同的氧化铝 原 针 料 ， 性化 的客户 提供 个性 化 的产 品具 有重 要 的实 际意 义。 对个 本 文 从 氧 化 铝 形 貌 、 一 转 化 率 、 度 分 布 等 方 面 进 仅相 粒 行 试 验 研 究 ， 讨 上 述 因素 影 响 收 缩 率 的规 律 ， 形 成 科 探 并 学 的收缩率检测方 法 。
表 １ 试 验用 一 ＡＩ Ｏ 的 物 理 化 学 指 标
２ 实 验
２１ 原材料 ．
—
Ａ ２３９ ． ， 中 国 铝 业 郑 州 研 究 院 提 供 。 Ｉ ：９ ％ 由 Ｏ ７
采 用 激 光 粒 度 仪 测 定 研 磨 后 的 一 １ 。 Ａ 的粒 度 分 布 。 大 ， 体 的 压 实 密 度 越 来 越 大 ， 烧 结 密 度 越 来 越 小 ． ０ 坯 而 收 烧 结 后 样 品 的 径 向收 缩 率 为 ：坯 体 直 径 一 结 后 直 径 ） （ 烧 ／ 坯 缩 率 越 来 越 小 。上 述 结 果 反 映 出 ， 方 面 ， 着 原 晶 的 增 一 随 体 直 径 ；轴 向 收 缩 率 为 ：坯 体 高 度一 结 后 高 度 ） 体 高 大 ， 化 铝 粉 体 堆 积 密 度 增 大 ； 一 方 面 。 着 原 晶 的 增 （ 烧 ／ 坯 氧 另 随
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ＆ Ｄｉｃ ｓ ｉｎ ｓ ａｃ ｓ ｕ ｓｏ
研 究 与 探 讨
氧化铝 陶瓷 收缩率 的影 响 因素研究
李 建 忠 ， 勇 ， 大 余 张 徐
（ 国铝 业 股 份 有 限公 司郑 、 究 院 ， Ｉ ５ ０ １ 中 Ｉ Ｉ 研 郑 、 ０ ４ ） Ｉ ４
摘
要 ： 文 研 究 了氧 化 铝 粉 体 的 转 化率 、 径 和 晶体 形 貌 对 烧 结体 的 收 缩 性 能 的影 响 ， 果 表 明 ，ｌ相 含 本 粒 结 ｏ 一
量越高 ， 瓷收缩率越小 ； 度越 细 ， 陶 粒 陶瓷 收 缩 率 越 大 ； 体 形 貌 越 趋 于 球 形 化 ， 瓷 的 轴 向收 缩 率 和 径 向 晶 陶 收缩率越接近。
关 键词 ： 缩 率 ； 瓷 ； 化 铝 收 陶 氧
２ 仪 器与设备 ． ２
激 光 粒 度 仪 ：ｅ ｓ Ｆ型 ， 国 Ｓ ＭＰ Ｔ Ｃ公 司 ； ｈｌ ／ ｏＢ 德 Ｙ Ａ Ｅ
上 ） 配 以 成 瓷 的其 它 成 分 ， 过 高 温 烧 结 的 陶 瓷 材 料 。 ， 经 氧
化 铝 陶 瓷 尤 其 是 氧 化 铝 含 量 超 过 ９ ％ 的 陶 瓷 （ 称 ９ ５ 俗 ５
瓷 ）产 品性 能 优 异 ， 有 高 强 度 、 硬 度 、 耐 磨 、 高 ， 具 高 高 耐
但 通 过矿 化剂 和烧 成制 度控 制 不 同 一 相转 化 率 的氧化
铝 样 品 （ 化 率 由 Ｘ Ｒ ｙ衍 射 仪 测 定 ）按 ２３ 备 样 品 结 收缩 率 ， 果 如表 ２ 示 。 ５０ 结 所
由 表 ２可 知 ． １ Ａ一 Ａ一 Ａ一 、 ２、 ３三 个 样 品 的结 晶 大 小 相
粉体越粗 ， 度 越低 ， 缩率 就越小 。 密 收
３ 结果 与讨 论
３１ 一 ． 相转 化率对收缩 率的影 响
选 取 三 种 结 晶粒 度 相 近 （ 晶 在 ２５ ３ ｍ 之 间 ） 结 ．～ ． ５ ，
３３ 结晶形貌对 收缩率 的影 响 －
选 取 不 同 结 晶 形 貌 的 氧 化 铝 样 品 ，样 品 的 电镜 照 片 如 图 １ 示 ， 品 收 缩 率 测 试 结 果 如 表 ４所 示 。样 品 Ａ ７ 所 样 一
度； 压实密度 为 ： 坯体质量／ 坯体体 积 ： 烧结密度 为 ： 烧结后 大 ， 化 铝 粉 体 的 活 性 变 差 。而 氧 化 铝 陶 瓷 致 密 化 的推 动 氧
质 量／ 结 后 体 积 。 烧
力 是颗粒 的表面能¨， 以粉体越细 ， 面能就越 大 ， ２所 ］ 表 烧结 速度也越 快 ， 陶瓷就越致 密 ， 相应 的收缩率就 越大 ． 反之 ．

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氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷

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。

胶冻成型法中影响氧化铝陶瓷性能的主要因素

胶冻成型法中影响氧化铝陶瓷性能的主要因素

２００５年第８期（第１０４期）佛山陶瓷１引言本世纪８０年代以来，陶瓷成型工艺受到了人们的高度重视，相继产生了一系列新颖的成型技术。

不同的成型技术有各自不同的优点，但同时也都有一定的局限性。

总的来说，以下几方面将成为陶瓷成型工艺发展的主流。

１．１低粘度高固含量粉体浆料的制备低粘度使浆料浇注顺利进行，而且低粘度还是成型复杂形状陶瓷部件的要求；高固含量是提高素坯密度和强度的基础，高密度的坯体可降低烧结温度、减小收缩率，避免坯体在烧结过程可能产生的变形、开裂等缺陷。

实现低粘度高固含量粉体浆料的制备要综合考虑多种因素的作用，例如对原料粉体进行适当的表面改性，降低高价反离子杂质浓度，引入高效的分散剂等。

１．２脱脂问题由于成型工艺大多需要加入不同量的粘接剂、分散剂等有机添加剂，因而在烧结之前常需脱脂，而脱脂过程将会引起坯体开裂等缺陷，因此要尽量避免脱脂过程。

目前解决这一问题的有效途径是在满足坯体强度和密度的前提下，不用或尽量少用有机添加剂。

１．３净尺寸原位凝固技术高性能陶瓷是一种脆性的难加工材料，净尺寸成型可以减少烧结体的机加工量，而原位凝固技术使得坯体在固化过程中避免收缩，这就避免了浆料在固化过程中可能引起的浓度、梯度等缺陷，从而为成型坯体的均匀性和可靠性提供保证。

本文在实验的基础上，获得了一些相关的数据，主要论述胶冻成型法中影响氧化铝陶瓷成型的关键因素。

２聚合反应的动力学影响因素陶瓷料浆的聚合速率与反应条件及料浆本身特性有关。

反应条件包括温度、引发剂和催化剂的用量等，料浆特性包括有机单体浓度、料浆ｐＨ值等，料浆聚合的速度对成型坯体的质量有很大影响。

聚合速度包括引发速度（υ０）和链增长速度（υｐ）。

当υ０／υｐ值较大时，自由基生成量相对较多，生成的聚合物分子量较小，链长较短。

实验结果表明：由此得到的坯体强度较低，破坏时呈颗粒状碎裂。

为使成型的坯体具有较好的性能，应对料浆制备和反应条件进行总和控制，使反应体系中自由基浓度保持在适当的水平，以获得适宜的引发和链增长反应速率。

助熔剂对氧化铝陶瓷结构及性能影响的研究

助熔剂对氧化铝陶瓷结构及性能影响的研究


（ ａ）
（ｂ）
图 ５ Ｎｏ．４ 试样的 Ｓ ＥＭ 图片 Ｆｉｇ． ５ Ｓ ＥＭ ｐｈｏｔｏ ｏｆ Ｎｏ．４ ｓ ａｍｐｌｅ
１１．３５％降至 ０．３２％， 气孔率从未添加滑石的 ２６．４４％ 降至 １．０１％， 这说明添加滑石能促进陶瓷的烧结； 而 后吸水率随着滑石含量的增加而变化不大， 在 ０．６５￣０．９８％之内波动 ， 气孔率在 ０．２１￣０．２７％之 内 波 动， 这说明当滑 石的含量超 过 ３％时， 瓷球在 １４１０℃ 烧结下都达到了较致密的烧结状态。从图 ３ 可以看 出添加滑石后， 陶瓷的体积密度提高十分明显。当添 加 ３．５％的滑石时， 体积密度达到 ３．１８０ ｇ／ｃｍ３， 比未添 加滑石的瓷球体积密度上升了 ３６．５％， 这可以说明， 在纯碳酸钡助熔剂中加入少量的滑石就能大大促进 烧结， 使陶瓷结构更致密， 碳酸钡和滑石的二元复合 添加剂比纯碳酸钡添加剂的助熔效果更好； 当滑石 含量 ３．５￣６％这一范围内时， 陶瓷的体积密度开始随 着滑石的含量的增加而缓慢下降至 ３．１０ ｇ／ｃｍ３， 而后 又略有上升至 ３．１４ ｇ／ｃｍ３； 当滑石的含量超过 ６％时， 其体积密度又开始呈下降趋势。因此从性能分析， 选 择滑石的含量为 ３．５％， 碳酸钡的含量为 ５．５％时， 试 样吸水率、气孔率和体积密度达到了极值， 此时吸水
２
４
６
８
１０
Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔａｌｃ／ ｗｔ％
图 ２ 不同试样气孔图
Ｆｉｇ．２ Ｐ ｏｒｏｓ ｉｔｙ ｖｓ ． ｔａｌｃ ｃｏｎｔｅｎｔ
Ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ（ｇ／ ｃｍ３）
３．２
３．０
２．８
２．６
２．４
２．２
０
２
４
６
氧化铝陶瓷烧结动力学

氧化铝陶瓷烧结动力学

图2固相烧结反应示意图
如图2所示，假定颗粒是圆的，温度升高，颗粒界面相互融合，形成勃颈并不断扩大，颗粒径距缩短，气孔变小并逐渐排除，晶粒长大，体积收缩，最后形成致密体。从以上的分析可以看出，固相反应的关键是迁移，提高质点的迁移速度和效率，就能有效地促进烧结和致密过程；反之，就起阻碍作用。
3.2
3.2.1
氧化铝陶瓷烧结动力学
学号：************姓名：赵现堂
1.
氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷。因为其三大优越的性能：第一，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；第二，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。根据某公司跟踪调查，在同等工况下，可至少延长设备使用寿命十倍以上；第三，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。所以，在现代社会氧化铝陶瓷的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。氧化铝陶瓷由于强度高、耐高温、绝缘性好、耐腐蚀,其中氧化铝陶瓷以其优良的特性如耐酸碱性、耐磨性、耐电性、机械强度高等,在工业化生产中得到了广泛的应用。
深入研究氧化铝陶瓷的生产技术及其发展,服务于生产和社会需要就显得相当重要。在氧化的。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。
2
注浆成型是氧化铝陶瓷使用最早的成型方法。由于采用石膏模、成本低且易于成型大尺寸、外形复杂的部件。注浆成型的关键是氧化铝浆料的制备。通常以水为熔剂介质，再加入解胶剂与粘结剂，充分研磨之后排气，然后倒注入石膏模内。由于石膏模毛细管对水分的吸附，浆料遂固化在模内。空心注浆时，在模壁吸附浆料达要求厚度时，还需将多余浆料倒出。为减少坯体收缩量、应尽量使用高浓度浆料。