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氧(yang)化鋁(lv)陶(tao)(tao)瓷(ci)由于其具有(you)高強(qiang)度(du)、高硬(ying)度(du)、耐高溫(wen)、耐腐(fu)蝕、化學(xue)穩定性良好等(deng)優(you)異的(de)(de)性能，而且原料來源廣泛、價格低廉，在(zai)電子、航空、機械、紡織、化工、建筑等(deng)領域得到了非常廣泛的(de)(de)應(ying)用。然而，由于Al2O3的(de)(de)熔點高達2050℃，氧(yang)化鋁(lv)陶(tao)(tao)瓷(ci)的(de)(de)燒結溫(wen)度(du)也較(jiao)高，這(zhe)就(jiu)需要消耗大量的(de)(de)能源，而且對設備的(de)(de)要求也較(jiao)高。所(suo)以，降低氧(yang)化鋁(lv)陶(tao)(tao)瓷(ci)的(de)(de)燒結溫(wen)度(du)非常重(zhong)要。

目前降低氧(yang)化(hua)鋁陶(tao)瓷(ci)燒結溫(wen)度的方法很多，比如(ru)降低氧(yang)化(hua)鋁粉的粒度、采用燒結工(gong)藝、添(tian)加燒結助劑等。

由于降低(di)原料粉體粒度(du)需(xu)要采用不同的預處理工藝,原料成本(ben)高(gao)、工藝復雜(za)(za)，而燒(shao)結(jie)技術(shu)往(wang)往(wang)要消(xiao)耗能源，同時部分(fen)燒(shao)結(jie)方式難以(yi)控制(zhi)燒(shao)結(jie)體形狀,在不添加(jia)任何助劑的情(qing)況下(xia)制(zhi)得(de)的氧化(hua)鋁(lv)陶瓷(ci)性(xing)能較差;因此(ci)，與其他方法(fa)相比，燒(shao)結(jie)助劑法(fa)具有成本(ben)低(di)、效果好(hao)、工藝簡便的優點，而且通過摻雜(za)(za)改性(xing)技術(shu)可以(yi)大幅提高(gao)氧化(hua)鋁(lv)陶瓷(ci)的機(ji)電性(xing)能，是(shi)目前-種低(di)溫燒(shao)結(jie)方法(fa)。

燒結助劑的作用機理

燒結(jie)(jie)是通過加熱使(shi)原(yuan)料(liao)粉(fen)體產(chan)生顆(ke)粒粘(zhan)結(jie)(jie)、經(jing)過物(wu)質遷移使(shi)粉(fen)末體產(chan)生強度并導致致密(mi)化和再結(jie)(jie)晶(jing)(jing)的(de)過程。普(pu)通陶瓷粉(fen)體之(zhi)所(suo)以難于燒結(jie)(jie)，原(yuan)因就在于其晶(jing)(jing)格能(neng)較高(gao)、晶(jing)(jing)體結(jie)(jie)構穩(wen)定，質點(dian)擴散需(xu)要較高(gao)的(de)活性(xing)，即燒結(jie)(jie)激活能(neng)大，因此(ci)需(xu)要較高(gao)的(de)溫度。

為(wei)了(le)達(da)到(dao)促進(jin)燒(shao)(shao)(shao)結的目的，一方面可(ke)考慮活化晶(jing)(jing)格(ge)，降低中(zhong)國(guo)粉體網，編輯整理(li)燒(shao)(shao)(shao)結激活能，主要(yao)(yao)通(tong)過(guo)(guo)摻雜(za)破(po)壞穩定的晶(jing)(jing)格(ge)結構(gou)使得晶(jing)(jing)體Cnpowder. cam. .cn.中(zhong)產生缺(que)陷或者引起晶(jing)(jing)格(ge)畸變來實現(xian);另一方面可(ke)考慮加速擴散過(guo)(guo)程，主要(yao)(yao)通(tong)過(guo)(guo)在體系(xi)中(zhong)產生液(ye)相，液(ye)相通(tong)過(guo)(guo)表(biao)面張力作用(yong)(yong)產生顆粒粘結并填充氣孔，同時(shi)利用(yong)(yong)“溶解-沉淀(dian)”機理(li)，通(tong)過(guo)(guo)液(ye)相傳質作用(yong)(yong)使溶解的小(xiao)晶(jing)(jing)粒逐漸在大晶(jing)(jing)粒表(biao)面沉積，達(da)到(dao)促進(jin)燒(shao)(shao)(shao)結的效果(guo)。

常用燒結助劑體系

在實(shi)際生產中，單(dan)(dan)一(yi)助(zhu)劑(ji)往往不能(neng)同(tong)時滿足(zu)其燒結(jie)和機(ji)電性能(neng)的(de)要求，一(yi)般情況下(xia)單(dan)(dan)一(yi)助(zhu)劑(ji)在降(jiang)低燒結(jie)溫度的(de)同(tong)時會導致陶瓷性能(neng)的(de)降(jiang)低，因此，采(cai)用多種不同(tong)助(zhu)劑(ji)組成的(de)復合添加劑(ji)要比(bi)單(dan)(dan)獨使用其中一(yi)種助(zhu)劑(ji)更為常見。

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CaO-MgO-SiO2體系

采(cai)用(yong)(yong)這(zhe)(zhe)一(yi)體系的(de)燒(shao)結助劑(ji)，可在(zai)1500～1550℃左右合成氧化(hua)鋁(lv)(lv)基陶(tao)瓷。MgO對氧化(hua)鋁(lv)(lv)陶(tao)瓷的(de)細晶(jing)顯(xian)微結構起了重要作(zuo)用(yong)(yong)，MgO在(zai)燒(shao)結中(zhong)能(neng)維持(chi)CaO/SiO2比，即維持(chi)燒(shao)結系統中(zhong)的(de)液相量(liang)，并有(you)尖晶(jing)石(shi)、鎂鋁(lv)(lv)硅(gui)酸鹽、鋁(lv)(lv)硅(gui)酸鹽、鋁(lv)(lv)酸鹽等(deng)多(duo)種第二相晶(jing)體生成，對晶(jing)界移動具有(you)釘扎作(zuo)用(yong)(yong)；同時(shi)引入了少(shao)量(liang)的(de)La2O3、Sm2O3等(deng)稀土氧化(hua)物，使(shi)Al2O3陶(tao)瓷的(de)燒(shao)結溫度(du)下降大約30℃，其表(biao)面(mian)顯(xian)微結構也有(you)所改善，這(zhe)(zhe)主要是由于La2O3和Sm2O3為網(wang)絡(luo)變性離子，能(neng)夠分解熔體網(wang)絡(luo)而促進燒(shao)結。

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MnO2-TiO2-MgO體(ti)系

通過加入MnO2-TiO2-MgO復相(xiang)添加劑，在1300℃下可以獲(huo)得(de)相(xiang)對密度為95%的(de)氧化鋁(lv)陶瓷，其中MnO2可以促進(jin)燒結(jie)，而(er)MgO起到了顯(xian)微(wei)結(jie)構穩定劑的(de)作用，在MnO2和MgO含量(liang)一定的(de)情(qing)況(kuang)下，加入少量(liang)TiO2可使氧化鋁(lv)燒結(jie)獲(huo)得(de)良好的(de)力學性能，再加入過量(liang)的(de)TiO2反而(er)使強度降低(di)。

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CuO-TiO2體系

這一體系助劑(ji)具有良(liang)好的(de)低(di)溫燒(shao)結(jie)特性。經研究發(fa)現，當摻入CuO-TiO2時(shi)，添加劑(ji)系統以形(xing)成(cheng)液相的(de)形(xing)式促進氧(yang)(yang)化鋁燒(shao)結(jie)，添加劑(ji)含量(liang)的(de)增(zeng)加有助于(yu)氧(yang)(yang)化鋁陶(tao)瓷(ci)的(de)致密(mi)化，當CuO∶TiO2為1∶2、添加量(liang)為2wt%的(de)時(shi)侯，在1300℃就能(neng)在無壓燒(shao)結(jie)情(qing)況下達到99%的(de)相對密(mi)度，并(bing)通過燒(shao)結(jie)動(dong)力(li)學(xue)研究得到氧(yang)(yang)化鋁樣(yang)品的(de)激活能(neng)為25.2kJ/mol，表明可(ke)(ke)能(neng)是(shi)鋁離子和氧(yang)(yang)離子的(de)擴散(san)過程控制了(le)氧(yang)(yang)化鋁陶(tao)瓷(ci)的(de)燒(shao)結(jie)。在此添加劑(ji)中繼(ji)續摻入SiO2后，在1400℃時(shi)生(sheng)成(cheng)了(le)各向異性晶粒(li)，可(ke)(ke)以改善其斷裂(lie)韌性。

總結

近年來學者們針對燒(shao)(shao)結(jie)助(zhu)(zhu)(zhu)劑(ji)的(de)研(yan)究已經做(zuo)了大量工作，在(zai)(zai)滿足低溫燒(shao)(shao)成(cheng)Al2O3陶瓷的(de)同時，也在(zai)(zai)不斷(duan)提高其(qi)機(ji)械性能和電性能。但目前(qian)的(de)研(yan)究成(cheng)果大部分主(zhu)要還(huan)集(ji)中在(zai)(zai)實驗室階段，與實際生產(chan)聯系(xi)得(de)不夠緊(jin)密。降低復(fu)合燒(shao)(shao)結(jie)助(zhu)(zhu)(zhu)劑(ji)的(de)制造成(cheng)本，不同成(cheng)形(xing)工藝對燒(shao)(shao)結(jie)助(zhu)(zhu)(zhu)劑(ji)的(de)不同要求(qiu)，低熔(rong)點燒(shao)(shao)結(jie)助(zhu)(zhu)(zhu)劑(ji)氧(yang)化(hua)物之間(jian)的(de)作用(yong)機(ji)理(li)，燒(shao)(shao)結(jie)助(zhu)(zhu)(zhu)劑(ji)在(zai)(zai)不同溫度段的(de)基(ji)礎理(li)論等方面還(huan)有待進一步(bu)研(yan)究。