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92黄色氧化铝陶瓷的研制及其显微结构分析1 引言
近年来, 黄色氧化铝陶瓷由于具有热品质、电气绝缘性和耐磨性等优点, 在航空航天、机械制造和其它领域中得到广泛的应用。
因此, 黄色氧化铝陶瓷的研究成为当前研究的热点。
本文主要介绍了黄色氧化铝陶瓷的研制以及显微结构分析。
2 研制
黄色氧化铝陶瓷的研制主要采用低温气相法和电解法。
低温气相法可以在atmosphere下获得较高纯度的黄色氧化铝陶瓷，但生产成本较高。
而电解法则是一种以水热法制备黄色氧化铝陶瓷的一种方法。
电解法所得黄色氧化铝陶瓷的不良微粒控制能力更强，生产成本也较低。
3 显微结构分析
采用电子扫描显微镜对黄色氧化铝陶瓷进行了显微结构分析。
结果表明黄色氧化铝陶瓷具有均匀的结晶体结构，晶粒形状细小，分布均匀，没有明显的脱粒现象。
同时，微观参数测试显示，在适宜的烧成条件下，以及加入适量的MgO作为稳定剂，具有优良的抗拉强度和韧性，尤其是黄色氧化铝陶瓷的绝缘性能显著提高。
4 结论
本文研究了黄色氧化铝陶瓷的研制以及显微结构分析。
结果表明，黄色氧化铝陶瓷具有均匀的结晶体结构，晶粒形状细小，分布均匀，
而且具有优良的抗拉强度、热导率和绝缘性能。
本文的研究可以为黄
色氧化铝陶瓷的应用提供参考，在实际应用中可以更好地满足需求。
谈陶瓷显微组织与材料性能之间的关系陶瓷材料的物理性能在很大程度上取决于其显微结构，在某些情况下甚至是决定性的，掌握它们之间的内在关系可以有针对性地优化制备工艺，从而提高陶瓷的物理性能。
陶瓷是多晶多相的材料，其显微组织包括：多晶相的种类，晶粒的大小、形态、取向和分布，位错、晶界的状况，玻璃相的形态和分布，气孔的形态、大小、数量和分布，各种杂质、缺陷、裂纹存在的开式、大小、数量和分布，畴结构的状态和分布等。
在显微镜下研究陶瓷材料的显微组织，找出其物相组成、组织、性能之间的联系和规律是发展新型陶瓷材料的基础。
陶瓷材料主要组成相为晶体相、玻璃相和气相。
研究陶瓷显微组织与性能之间的关系，就是要研究晶体相、玻璃相和气相分别对材料性能的影响。
研究这个问题有着重要的意义，主要有以下几点：（1）当我们了解了陶瓷显微组织与材料性能之间的关系后，我们就可以通过研究陶瓷的显微组织结构而对材料的性能做出评价。
（2）通过对陶瓷的结构缺陷的检测分析，从显微组织上找出其缺陷原因，我们可以提出改善或防止结构缺陷的措施。
（3）通过材料的显微组织研究，从材料物理化学的基本原理出发，为新材料的设计或材料改性提供依据或参考。
（4）研究工艺条件对显微组织的影响，通过优化生产工艺，提高材料的性能。
一、晶体相对材料性能的影响晶相是由原子、离子、分子在空间有规律排列成的结晶相。
晶相是决定陶瓷材料性能呢个的主导物相。
由于陶瓷是多晶材料，故晶相又可分为主晶相、次晶相、析出相和夹杂相。
此时主晶相就成为主导陶瓷性能的主导晶相。
主晶相是材料的主要组成部分，材料的性能主要取决于主晶的性质。
次晶相是材料的次要组成部分。
例如Si3N4材料中的颗粒状的六方结构的相β-Si3N4为主晶相；针状的菱方结构的α-Si3N4为次晶相，含量较少。
析出相，由粘土、长石、石英烧成的陶瓷的析出相大多数是莫来石，一次析出的莫来石为颗粒状，二次析出的莫来石为针状，可提高陶瓷材料的强度。
99氧化铝陶瓷是一种高纯度、高硬度的材料，具有高熔点、高沸点、化学稳定性好等特点。
其参数主要包括以下几项：1. 化学成分：氧化铝陶瓷的主要成分是α-Al2O3，此外，还含有少量的硅酸盐、氯离子等杂质。
2. 密度：氧化铝陶瓷的密度约为3.9-4.0g/cm3，不同生产工艺下密度会有所不同。
3. 莫氏硬度：氧化铝陶瓷的莫氏硬度约为9，仅次于金刚石，具有很高的耐磨性。
4. 显微结构：氧化铝陶瓷的显微结构可以分为隐晶质和微晶结构，其中微晶结构又可以分为等轴状和板状。
5. 机械强度：氧化铝陶瓷的机械强度很高，可以高达300MPa以上。
6. 热学性能：氧化铝陶瓷的热导率较低，约为5.8W/(m·K)，但在高温下热导率会有所增加。
氧化铝陶瓷的线膨胀系数较小，约为4×10^-6/℃，在高温下也很稳定。
7. 使用温度：氧化铝陶瓷可以在高达1600℃的高温下使用，具有良好的耐高温性能。
在制备过程中，制备工艺和配方对氧化铝陶瓷的性能影响很大。
其中，烧结工艺包括一次高温烧结和二次烧结。
一次高温烧结是通过一定的保温时间来促进晶粒生长，二次烧结是对已生成相进行优化处理，以提高材料的致密度和减小气孔率。
通过这些工艺，可以制备出性能优良的氧化铝陶瓷材料。
在应用方面，氧化铝陶瓷具有高硬度、高强度、耐腐蚀、抗氧化等特点，被广泛应用于机械、电子、通信、医疗等领域。
特别是在电子领域，氧化铝陶瓷作为电子基材，可以制作出高频、高温、高压、高绝缘等特殊电子元件，是制作高频绝缘电阻器、微波绝缘材料、半导体器件的外壳、谐振器、滤波器等不可缺少的材料。
同时，氧化铝陶瓷也广泛应用于军工、航天航空等领域。
需要注意的是，氧化铝陶瓷是一种脆性材料，在应用时需要注意避免过度冲击和弯曲。
此外，氧化铝陶瓷的生产和应用过程中要注意环保和安全问题，遵守相关规定和标准。
总之，99氧化铝陶瓷是一种具有优良性能的材料，其参数和制备工艺都很重要，需要综合考虑才能获得性能优良的产品。
第42卷第9期2023年9月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.9September,2023细晶氧化铝陶瓷基板的流延成型和显微结构控制研究邓佳威1,熊新锐1,徐协文1,刘㊀鹏1,杨现锋1,谢志鹏2(1.长沙理工大学材料科学与工程学院,长沙㊀410004;2.清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京㊀100083)摘要:采用砂磨工艺获得了亚微米氧化铝复合粉体,用于制备微晶氧化铝陶瓷基板,研究了浆料组成对浆料流变学性质㊁生坯密度㊁生坯应力-应变行为的影响,以及烧结制度对平均晶粒尺寸和基板抗弯强度的影响㊂结果表明,固相含量㊁R 值(增塑剂和黏结剂的质量比)和分散剂用量等关键因素决定了流延浆料的流变学性质㊂R 值增大导致生坯强度和密度降低,提高固相含量有利于增加最大可流延厚度,优化工艺条件下可制备0.16~1.20mm 的坯片㊂当烧结温度为1550ħ㊁升温速率为2.5ħ/min㊁保温时间为60min 时,制备的陶瓷基板平均晶粒尺寸为1.1μm 左右,晶粒尺寸分布均匀,抗弯强度达到(440ʃ25)MPa㊂关键词:氧化铝;陶瓷基板;流延成型;晶粒尺寸;烧结制度中图分类号:TQ174㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)09-3306-09Tape Casting and Microstructure Controlling of Fine Grained Al 2O 3Ceramic SubstrateDENG Jiawei 1,XIONG Xinrui 1,XU Xiewen 1,LIU Peng 1,YANG Xianfeng 1,XIE Zhipeng 2(1.School of Materials Science and Engineering,Changsha University of Science &Technology,Changsha 410004,China;2.State Key Laboratory of New Ceramic and Fine Processing,School of Materials Science and Engineering,Tsinghua University,Beijing 100083,China)Abstract :The submicron Al 2O 3composite powder was obtained by sand milling process,which was used to prepare fine grained Al 2O 3ceramic substrates.The effect of slurry composition on rheological properties of slurry,bulk density and stress-strain behavior of green tape was investigated,and the influence of sintering schedule on average grain size and flexural strength of ceramic substrate was also studied.The results show that key factors such as solid content,R value (mass ratio of plasticizer to binder)and dispersant dosage determine the rheological properties of slurry.The increase of R value leads to the reduction of tensile strength and density of green tape,and the increase of solid content is beneficial to increase the possible maximum casting thickness.Under the optimized process conditions,0.16~1.20mm green sheets can be prepared.At a sintering temperature of 1550ħ,a heating rate of 2.5ħ/min and a holding time of 60min,the average grain size of the prepared ceramic substrate is about 1.1μm,the grain size distribution is uniform,and the flexural strengthreaches (440ʃ25)MPa.Key words :Al 2O 3;ceramic substrate;tape casting;grain size;sintering schedule 收稿日期:2023-05-11;修订日期:2023-05-29基金项目:国家自然科学基金(52172063);江西省重点研发计划(20232BBE50029)作者简介:邓佳威(1994 ),男,硕士研究生㊂主要从事工程陶瓷材料方面的研究㊂E-mail:180****6393@通信作者:杨现锋,博士,教授㊂E-mail:yangxfcsut@0㊀引㊀言氧化铝陶瓷具有原料来源丰富㊁价格低廉㊁绝缘性高㊁耐热冲击㊁抗化学腐蚀及机械强度高等优点,是一种综合性能优异的陶瓷基片材料,占陶瓷基片材料总量的80%以上㊂国内电子封装领域的氧化铝基板年需求量超过100万平方米㊂在功率器件㊁5G 通信㊁压力传感器等领域,高性能96(Al 2O 3质量分数约为96%)和第9期邓佳威等:细晶氧化铝陶瓷基板的流延成型和显微结构控制研究3307㊀99(Al 2O 3质量分数达到99%)氧化铝陶瓷基板得到了广泛应用㊂为适应器件高功率㊁高密度封装和长寿命的要求,氧化铝基板需要具备更高的热导率㊁抗弯强度㊁介电常数㊁可靠性以及更低的介质损耗[1-2]㊂陶瓷基板的流延成型主要采用有机流延浆料或水系流延浆料体系㊂有机流延浆料采用二元或三元共沸溶剂体系,具有挥发速度快㊁浆料稳定㊁坯体缺陷尺寸小以及与其他有机添加剂相容性好等优点,在氧化铝基板的工业化生产中得到广泛应用㊂但有机流延体系所用的有机溶剂对人体和环境有害,对尾气处理要求高,限制了其进一步应用㊂水系流延体系使用水代替有机溶剂,虽然克服了有机流延体系的环境危害问题,但是存在水与有机添加剂相容性较差的问题,流延浆料极易发生沉降,并且由于水中羟基含量较高,粉体团聚现象明显㊂此外,由于水的挥发速度较慢,干燥过程中容易发生干裂和翘曲现象[3-4]㊂细晶化是提高氧化铝基板性能的主要途径,细晶氧化铝陶瓷的显微结构更均匀,机械性能和可靠性显著提升[5-6]㊂氧化铝粉体的颗粒大小和粒度分布是影响氧化铝陶瓷显微结构的首要因素,粒度分布窄的亚微米氧化铝粉体有利于制备细晶氧化铝陶瓷[7-8]㊂此外,采用纳米级的烧结助剂或者采用新型的烧结助剂也是降低烧结温度和控制氧化铝晶粒尺寸的主要途径[9-10]㊂影响氧化铝陶瓷晶粒大小的另外一个决定性因素是烧结制度,研究者一般采用低温烧结或者二步烧结㊁放电等离子体烧结㊁震荡压力烧结等特种烧结技术来抑制氧化铝晶粒长大,从而获得细晶结构[11-15]㊂然而,这些研究主要关注单一影响因素对氧化铝陶瓷显微结构的影响,而高性能细晶氧化铝陶瓷基板的制备需要建立粉体特征㊁浆料流变学性质㊁烧结制度和力学性能之间的关联㊂本文采用砂磨+喷雾干燥工艺,获得粒度分布集中的亚微米氧化铝粉体并使助烧剂均匀分散,然后研究了有机溶剂组成对浆料流变学性质和成型性能的影响;重点通过优化烧结制度获得微晶化显微结构并分析了烧结制度对基片抗弯强度的影响,采用透射电子显微镜分析了烧结助剂的分布与存在形式,旨在为高性能氧化铝陶瓷基板的材料设计和工艺优化提供参考㊂1㊀实㊀验1.1㊀原㊀料采用Alteo 公司的氧化铝粉体(P662LSB),D 50为3.4μm㊂流延成型采用有机溶剂体系,包括无水乙醇(国药集团药业股份有限公司)㊁乙酸乙酯(国药集团药业股份有限公司)和乙酸丁酯(国药集团药业股份有限公司)㊂有机黏结剂采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB,国药集团药业股份有限公司)㊂增塑剂采用邻苯二甲酸二丁酯(DBP,国药集团药业股份有限公司)㊂烧结助剂为CaCO 3(上海亮江钛白化工制品有限公司,D 50为300nm)㊁纳米SiO 2(江苏天行新材料有限公司,D 50为60nm)㊁纳米MgO(宣城晶瑞新材料有限公司,D 50为100nm)㊂分散剂为蓖麻油(CHO)和三油酸甘油酯(GTO)㊂按照Al 2O 396%+CaO 1%+MgO 1%+SiO 22%的质量比在砂磨机(长沙西丽纳米研磨科技有限公司,XL-1L,0.8mm 锆球,转速1200r /min)中研磨40min,得到的浆料通过喷雾干燥制得原料粉体㊂氧化铝粉体和砂磨后粉体的粒度分布㊁颗粒形貌分别如图1㊁2所示㊂砂磨后,原料粉体的D 50为0.8μm㊂图1㊀砂磨处理前后粉体的粒度分布曲线Fig.1㊀Particle size distribution of powder before and after sand milling3308㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图2㊀砂磨处理前后粉体的SEM照片Fig.2㊀SEM images of powder before and after sand milling1.2㊀试验过程将原料粉体和溶剂在行星球磨机中混合120min,转速为600r/min,然后加入黏结剂和增塑剂继续混合120min,转速为600r/min,最后将转速降至300r/min混合30min得到流延成型用的浆料㊂得到的浆料在真空除泡机(TPJ,北京东方泰阳科技有限公司)上除泡,除泡后在流延成型机(LYJ-253-3,北京东方泰阳科技有限公司)上流延得到生坯片㊂将生坯片裁剪后放入排胶炉中排胶,然后在马弗炉中进行常压烧结㊂排胶制度为:在0~200ħ以0.5ħ/min的速率升温,在200~600ħ以1ħ/min的速率升温,达到600ħ后保温120min㊂1.3㊀测试与表征采用排水法测试材料的体积密度㊂采用电脑式伺服拉压力试验机(PT-1176,东莞市宝大仪器有限公司)测试流延生坯片(13mmˑ1.4mmˑ2.0mm)的拉伸强度和应力-应变曲线㊂切割烧结后的基片,得到13mmˑ1.0mmˑ2.0mm的样品,测试基片材料的三点抗弯强度㊂采用旋转流变仪(DHR-2,TA,美国)测试浆料的流变学性质㊂对陶瓷基本表面进行抛光研磨后,在马弗炉中进行热腐蚀处理(1200ħˑ0.5h),然后使用场发射扫描电子显微镜(Hitachi,S4800,日本)观察晶粒形貌并采用ImageproPlus软件统计测量晶粒平均尺寸㊂采用透射电子显微镜(Tecnai,F30,日本)分析表征晶界结构和助烧剂元素的分布状况㊂2㊀结果与讨论2.1㊀浆料组成对浆料流变学性质的影响浆料黏度是陶瓷粉体-液相分散体系内部复杂相互作用的综合反映,是影响流延坯片质量的重要参数㊂本文研究了固相含量㊁R值和分散剂含量对浆料黏度的影响,剪切黏度随剪切速率的变化曲线如图3所示㊂流延成型过程中,剪切速率可以通过膜带速率和刀口高度之比进行估算㊂对于本研究制备的浆料,当剪切速率在1~3s-1时,表观黏度-剪切速率曲线陡峭,剪切速率轻微变化就会导致黏度剧烈变化,对流延过程产生不利影响㊂固相含量是影响流延浆料黏度的首要因素㊂由图3(a)可知,当固相含量由26%(体积分数)增大到28%时,浆料黏度显著增大㊂图3(b)为不同R值时剪切黏度随剪切速率的变化㊂由图可知,随着R值增大,浆料黏度显著降低㊂这是因为增塑剂小分子插入黏结剂聚乙烯醇缩丁醛(PVB)高分子链之间,增加了长链的距离,起到了润滑作用从而降低了黏度㊂图3(c)分别采用了蓖麻油(CHO)㊁三油酸甘油酯(GTO)和CHO与GTO的混合分散剂(质量比1ʒ1),考察了不同分散剂对浆料流变学性质的影响,可以发现GTO的引入可以显著降低浆料的黏度㊂但当单独采用GTO时,由于GTO的引入量较高,GTO在润湿粉体表面的同时,显著减弱了粉体颗粒之间的粘合力,导致生坯容易出现开裂缺陷㊂因此本研究采用GTO和CHO复合分散剂[16]㊂2.2㊀坯片流延成型本研究接着探讨了R值对流延生坯拉伸强度㊁体积密度和应力-应变行为的影响,结果如图4所示㊂由图4(a)可知,随着R值增大,生坯片的拉伸强度呈下降趋势,这是由于在黏结剂和增塑剂总量不变的情况第9期邓佳威等:细晶氧化铝陶瓷基板的流延成型和显微结构控制研究3309㊀下,R 值增大意味着黏结剂PVB 降低,而黏结剂PVB 是生坯强度的主要决定因素㊂此外,R 值增大,生坯片的密度也明显下降,这是因为增塑剂DBP 的密度低于黏结剂PVB,添加总质量不变的情况下,R 值增大,增塑剂和黏结剂的体积增加,生坯片的密度下降㊂图4(b)为各R 值下坯片的应力-应变曲线㊂结果表明R 值为60时,生坯片可以承受更大的应变而不断裂,展现了更好的柔韧性㊂图3㊀浆料组成对流变学行为的影响Fig.3㊀Influence of suspension composition on rheologybehavior 图4㊀R 值对生坯性能的影响Fig.4㊀Influence of R value on properties of greentape 图5㊀不同固相含量浆料的最大流延厚度及干燥收缩Fig.5㊀Maximum tape thickness and drying shrinkage of suspension with different solid content 在基片的流延成型中,一般通过调节浆料的黏度来满足不同厚度基片的制备㊂本文对比研究了不同固相含量能够流延成型的最大基片厚度及其对应的干燥收缩,结果如图5所示㊂随着固相含量的增加,浆料黏度增加,可以成型的基片最大厚度变大㊂当固相含量为22%时,最大厚度约为0.6mm,对应收缩率接近75%;固相含量为28%时,可以制备得到完好的基片生坯,其厚度约为1.4mm,对应收缩率约为55%㊂以流延刀口高度2.5mm 为例,不同固相含量流片坯片外观如图6所示㊂当固相含量较低(22%和24%)时,由于浆料黏度较低,无法保持较厚液膜的稳定摊平,液膜厚度不一致㊂另外溶剂含量高,干燥收缩大,会导致干燥后的坯片出现开裂㊂当固相含量为30%时,浆料黏度过高,无法完成流延㊂对于固相含量3310㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷26%和28%的浆料,黏度适中,可以得到外观质量好㊁无明显缺陷的坯片㊂但是,高黏度浆料中容易裹挟气泡,干燥过程中可能导致坯片表面出现针孔,需要通过添加消泡剂或者改善球磨和除泡工艺以消除此类缺陷㊂图7所示为优化工艺条件下得到的0.16~1.20mm 生坯片㊂图6㊀不同固相含量浆料的坯片照片(刀口厚度2.5mm)Fig.6㊀Green blank made from suspension with different solid content (blade height:2.5mm)图7㊀不同厚度的生坯片Fig.7㊀Green blank with different thickness 2.3㊀烧结制度对基板显微结构和抗弯强度的影响氧化铝陶瓷基板的致密度㊁晶粒尺寸及均匀性直接影响基板的强度㊁韧性和可靠性㊂烧结过程中氧化铝晶粒的生长对温度非常敏感,易快速生长或各向异性生长㊂本文研究了烧结温度㊁保温时间和升温速率三个关键因素对氧化铝陶瓷基板显微结构的影响㊂图8为不同烧结温度下的基板的断片显微结构及晶粒尺寸分布统计㊂当烧结温度为1530和1550ħ㊁保温时间为60min㊁升温速率为2ħ/min 时,平均晶粒尺寸约1.1μm,晶粒尺寸分布均匀㊂当烧结温度为1570ħ时,出现了明显的异常长大,平均晶粒尺寸超过3.4μm㊂烧结基板的体积密度测试结果表明,当烧结温度为1530ħ时,基片的密度为95%,烧结温度为1550ħ时,相对密度达到98%㊂因此,选择烧结温度为1550ħ,分别研究保温时间和升温速率对基片显微结构的影响㊂图9为不同保温时间和升温速率下的断面SEM 照片及晶粒尺寸分布㊂由图9(a)㊁(b)可知,延长保温时间会明显导致晶粒长大和晶粒尺寸分布不均匀㊂当保温时间为120min 时,平均晶粒尺寸超过3μm㊂由图9(c)可知,当升温速率降低至1ħ/min 时,平均晶粒尺寸增大到3.39μm㊂因此,降低升温速率也不利于抑制氧化铝晶粒的长大㊂助烧剂在氧化铝陶瓷的烧结过程中扮演着重要角色,本文采用透射电子显微镜表征了晶界结构和助烧剂元素的分布状态,如图10所示㊂由图10(a)可知,两个氧化铝晶粒之间的相邻晶界和三角晶界处存在非结晶的玻璃相区域㊂图10(b)所示区域的元素分布如图10(c)~(f)所示㊂对比发现,Ca 和Mg 元素主要富集在三角晶界处形成玻璃相㊂Mg 元素均匀分布在样品中,没有参与玻璃相的形成㊂图10(f)中显示的ZrO 2颗粒由砂磨介质磨损引入,ZrO 2颗粒的引入能够起到应力诱导相变增韧的效果㊂图11所示为烧结制度对基板抗弯强度的影响㊂对比分析可知,抗弯强度的变化与晶粒平均尺寸的变化规律呈明显的相关性,平均晶粒细小的基板对应较高的抗弯强度㊂在烧结温度为1550ħ㊁升温速率为第9期邓佳威等:细晶氧化铝陶瓷基板的流延成型和显微结构控制研究3311㊀2ħ/min㊁保温时间为60min 时,抗弯强度达到(440ʃ25)MPa,达到同类产品的先进水平㊂图12为该条件下制备的80mm ˑ80mm ˑ1.0mm 陶瓷基板,外观平整,无明显翘曲和变形㊂图8㊀不同温度下烧结基板的断面SEM 照片和晶粒尺寸分布Fig.8㊀SEM images and grain size distribution of fracture surface of substrate sintered at differenttemperatures3312㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图9㊀不同保温时间和升温速率下烧结基板的断面SEM 照片和晶粒尺寸分布Fig.9㊀SEM images and grain size distribution of fracture surface of substrate sintered at different holding time and heatingrate 图10㊀氧化铝基板晶界区域结构的TEM 照片和断面元素分布Fig.10㊀TEM images and element distribution of grain boundary structure in Al 2O 3substrate第9期邓佳威等:细晶氧化铝陶瓷基板的流延成型和显微结构控制研究3313㊀图11㊀烧结温度㊁保温时间和升温速率对陶瓷基板抗弯强度的影响Fig.11㊀Influences of sintering temperature,holding time and heating rate on flexural strength of ceramicsubstrate 图12㊀氧化铝陶瓷基板照片(80mm ˑ80mm ˑ1.0mm)Fig.12㊀Image of Al 2O 3ceramic substrate (80mm ˑ80mm ˑ1.0mm)3㊀结㊀论1)采用砂磨方法制备得到的亚微米复合粉体D 50为0.8μm,采用PVB 作为黏结剂,DBP 作为增塑剂,GTO 和CHO 作为复合分散剂,制备了最高固相体积分数为28%的适合流延成型的浆料,通过优化工艺制备了0.16~1.20mm 的坯片㊂R 值增大导致生坯强度和密度降低,合适的R 值为60㊂2)烧结基板的平均晶粒尺寸与烧结温度㊁保温时间和升温速率等参数紧密相关㊂在烧结温度为1550ħ㊁升温速率为2ħ/min㊁保温时间为60min 时,制备的陶瓷基板平均晶粒尺寸在1.1μm 左右,晶粒尺寸分布均匀,抗弯强度达到(440ʃ25)MPa㊂参考文献[1]㊀MA M,WANG Y,NAVARRO-CÍA M,et al.The dielectric properties of some ceramic substrate materials at terahertz frequencies[J].Journalof the European Ceramic Society,2019,39(14):4424-4428.[2]㊀VALDEZ-NAVA Z,KENFAUI D,LOCATELLI M L,et al.Ceramic substrates for high voltage power electronics:past,present and future[C]//2019IEEE International Workshop on Integrated Power Packaging (IWIPP),Toulouse,France,2019.[3]㊀KRISHNAN P P R,VIJAYAN S,WILSON P,et al.Aqueous tape casting of alumina using natural rubber latex binder [J ].CeramicsInternational,2019,45(15):18543-18550.[4]㊀吕子彬,海㊀韵,吕金玉,等.陶瓷基片流延成型用浆料研究进展[J].武汉理工大学学报,2021,43(6):7-14.LYU Z B,HAI Y,LYU J Y,et al.Research of slurry in ceramic substrate casting[J].Journal of Wuhan University of 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99氧化铝陶瓷介电强度
99氧化铝陶瓷的介电强度为1500～2500V/mm。
不过，该数据可能会因陶瓷材料和制造工艺的不同而有所差异。
99氧化铝陶瓷的介电强度受到多种因素的影响，包括：
1.氧化铝粉的纯度和粒度：高纯度、细粒度的氧化铝粉末有利于制
备高介电强度的陶瓷。
2.烧结工艺和致密化程度：烧结工艺和致密化程度对氧化铝陶瓷的
介电强度有显著影响。
高温烧结和良好的致密化可以提高陶瓷的介电强度。
3.杂质和缺陷：氧化铝陶瓷中的杂质和缺陷，如有机杂质、无机杂
质和微裂纹等，会对介电强度产生不利影响。
4.显微结构和相组成：氧化铝陶瓷的显微结构和相组成对介电强度
也有重要影响。
例如，结晶度、晶粒大小和晶界分布等会影响陶瓷的介电性能。
综上所述，为了提高99氧化铝陶瓷的介电强度，可以优化氧化铝粉的纯度和粒度、改进烧结工艺和致密化程度、减少杂质和缺陷、以及调整显微结构和相组成。
陶瓷材料的结构与性能关系研究1. 引言陶瓷材料是一类重要的结构材料，因其良好的耐热、耐腐蚀性以及高硬度等特性，在各个领域都有广泛的应用。
想要进一步提升陶瓷材料的性能，就需要深入研究其结构与性能之间的关系。
2. 表面形貌与力学性能陶瓷材料的表面形貌对其力学性能有着重要的影响。
通常，表面越光滑，材料的强度和韧性就越高。
光滑的表面能减少材料内部的裂纹和孔洞的存在，从而提高其强度。
同时，表面形貌也会影响材料的磨损和摩擦性能。
研究发现，通过调节陶瓷材料的表面形貌，可以有效地提高其力学性能。
3. 晶体结构与热性能陶瓷材料的晶体结构对其热性能有着重要的影响。
各种陶瓷材料的晶体结构不同，其热膨胀系数和导热系数也会不同。
例如，氧化铝的热膨胀系数较低，具有良好的热稳定性，适用于高温环境。
而氮化硅的导热系数很高，可以作为热散射材料使用。
因此，通过研究陶瓷材料的晶体结构，可以为其在不同温度和热环境下的应用提供参考。
4. 缺陷与导电性能陶瓷材料中的缺陷对其导电性能有着重要的影响。
通常，导电性能较好的陶瓷材料往往具有更多的缺陷，如空位、杂质等。
这些缺陷能够提供导电路径，从而增强材料的导电性能。
例如，氧化锌陶瓷中的氧空位可以提供电子迁移的通道，因此氧化锌陶瓷具有良好的导电性能。
研究陶瓷材料中缺陷与导电性能的关系，可以为设计和制备具有特定导电性能的陶瓷材料提供指导。
5. 成分与光学性能陶瓷材料的成分对其光学性能有着决定性的影响。
不同元素的添加和摩尔比例变化，会对陶瓷材料的吸收、透射和散射等光学性质产生显著影响。
例如，掺杂不同元素的陶瓷材料可以实现对特定波长的光的吸收和发射。
这一特性使得陶瓷材料在光学器件中有广泛应用，如激光器、光纤等。
因此，深入研究陶瓷材料的成分与光学性能的关系，可以为其在光学领域的应用提供理论基础。
6. 结论陶瓷材料的结构与性能之间存在着密切的关系。
不同的结构特点会导致陶瓷材料具有不同的力学性能、热性能、导电性能和光学性能等特性。
第1章复习题一、填空题1、根据光的传播特点，透明物质可以分为和。
前者中光的传播速度不因不同而发生改变，即在其中折射率相等。
光在后者中传播，其因不同而速度发生改变，任意方向振动的光波就变成，这种现象叫。
2、在双折射所产生的两束偏光光波中振动方向永远垂直光轴者叫（常光）其折射率（不变），用（No ）表示。
另一束光波折射率随（光的振动方向）的改变而变化，称为（非常光），其折射率用（N e ）表示。
3、同一介质的折射率视所用光波的波长而异，这种现象称为。
对于同一介质，光波的波长与折射率成。
同一介质在紫光测定的折射率，在红光中测定的折射。
4、光率体是表示光波在晶体中传播时之间关系的一种。
均质体的光率体为一个，一轴晶光率体为，并且有正负之分，正一轴晶光率体的特点是长轴为，又称，光沿此方向振动的折射率。
负一轴晶光率体的特点是短轴为，光沿此方向振动的折射率。
5、均质体矿物的光率体形态为（圆球体）；一轴晶矿物包括（三方）、（四方）、（六方）晶系，其光率体形态为（旋转椭球体）；二轴晶矿物包括（斜方）、（单斜）、（三斜）晶系，其光率体形态为（三轴椭球体），有（2 ）个圆切面。
二、名词解释1、光性均质体：光线入射后不发生双折射的介质。
2、光性非均质体：光线入射后发生双折射的介质。
2、双折射：一条光线分裂成传播速度不等、偏振面互相垂直的各自传播的两条平面偏光的现象。
3、光率体：是将折射率在光波的振动方向上的一定长度的线段表示出来的一种光性指示体。
3光性指示体：非均质介质双折射形成两偏光的振动方向与相应折射率值之间关系的立体几何图形。
4、光性方位：光率体在晶体中的位置。
5、显微结构：在光学——电子显微镜下分辨出的式样中所含相的种类及其数量、颗粒的形状、大小、分布取向和它们互相之间的综合特征。
三、判断题（正确者画∨，错误者画×，每题1分）1、偏光在传播过程中，其振动方向始终只有一个。
（）2、同一介质在紫光中测定的折射率最小，在红光中测定的折射率最大。
莫来石对氧化铝基复相陶瓷抗热震性及显微结构的影响
田嘉美;曹宇;王佳程;邹素琳;蒋俊超;胡继林
【期刊名称】《山东陶瓷》
【年(卷),期】2024(47)3
【摘要】氧化铝陶瓷是一种应用广泛的工程陶瓷材料,但存在断裂韧性低、抗热震性较差等缺点。
为改善氧化铝陶瓷的相关性能,本研究采用无压共烧法制备了氧化铝-莫来石-堇青石复相陶瓷,研究了莫来石添加量对氧化铝基复相陶瓷体积密度、抗热震性、显微结构等方面的影响。
结果表明,当添加的莫来石质量分数为20%时,在1500℃保温2 h制备的复相陶瓷具有较高的体积质量(3.838 g/cm^(3))、抗折强度(547.06 MPa)和较好的抗热震性能(800℃剩余应力为47.09 MPa,且表面无裂痕)。
由于莫来石在氧化铝基体中起到了桥接、挡裂和拉出等增韧作用,同时可降低复相陶瓷的热膨胀系数,因而赋予复相陶瓷较好的抗热震性能。
【总页数】6页(P34-39)
【作者】田嘉美;曹宇;王佳程;邹素琳;蒋俊超;胡继林
【作者单位】湖南人文科技学院材料与环境工程学院;湖南人文科技学院材料与环境工程学院、精细陶瓷与粉体材料湖南省重点实验室;湖南诚耐科服材料有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TQ1
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微观结构控制下的陶瓷强度提升一、微观结构与陶瓷强度的基本关系陶瓷材料在现代工业和科技领域中具有重要地位，其强度性能是关键指标之一。
微观结构在很大程度上决定了陶瓷的强度。
陶瓷的微观结构包括晶体结构、晶粒尺寸、晶界相以及孔隙等多个方面。
晶体结构对陶瓷强度有着基础性的影响。
不同的晶体结构具有不同的化学键合方式和原子排列规律。
例如，具有紧密堆积结构的陶瓷晶体往往具有较高的强度。
这是因为紧密堆积结构使得原子间的距离相对固定且键合较为稳定，能够更好地抵抗外力的作用。
而一些具有开放结构的晶体可能在受力时更容易发生原子的位移和键的断裂，从而导致强度降低。
晶粒尺寸也是影响陶瓷强度的重要因素。
一般来说，较小的晶粒尺寸有助于提高陶瓷的强度。
当晶粒尺寸较小时，晶界面积相对较大。
晶界在陶瓷中起到了阻碍位错运动的作用。
位错是晶体中原子排列的一种缺陷，当外力作用于陶瓷时，位错会在晶体中移动，从而导致材料的变形和最终的断裂。
较大的晶界面积可以更多地阻止位错的移动，使得陶瓷能够承受更大的外力而不发生断裂。
相反，如果晶粒尺寸较大，晶界面积相对较小，位错更容易在晶粒内部移动，降低了陶瓷的强度。
晶界相在陶瓷微观结构中同样不可忽视。
晶界相的性质和含量会影响晶界的强度和陶瓷整体的性能。
合适的晶界相可以改善晶界的结合力，增强陶瓷的强度。
例如，一些晶界相可以填充晶界处的空隙，使得晶界更加致密，从而提高陶瓷对裂纹扩展的抵抗能力。
然而，如果晶界相的含量过高或者其性质不佳，可能会导致晶界弱化，反而降低陶瓷的强度。
孔隙是陶瓷微观结构中常见的缺陷之一。
孔隙的存在会严重影响陶瓷的强度。
孔隙会在陶瓷内部形成应力集中点，当外力作用时，这些应力集中点会首先发生破坏，从而引发裂纹的产生和扩展。
即使是微小的孔隙，也可能对陶瓷的强度产生显著的影响。
因此，减少孔隙率是提高陶瓷强度的重要途径之一。
二、微观结构控制的方法为了提升陶瓷的强度，需要对其微观结构进行有效的控制。
