中國粉體網(wǎng)訊  說到二氧化硅在陶瓷方面的應(yīng)用，首先想到的便是石英陶瓷。由于具有諸多優(yōu)良性能，石英陶瓷自問世以來迅速在冶金、電工、玻璃、航空、耐腐蝕件、光伏等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。在制備石英陶瓷時，往往會添加一些添加劑改善性能，但“SiO₂”這一成分始終是絕對的主角。 

其實，作為配角，SiO₂還常常以輔料的方式被添加到其它陶瓷材料中，會顯著提升陶瓷材料的各方面性能。

對氧化鋁陶瓷性能的影響

國內(nèi)外對各種添加劑摻雜氧化鋁陶瓷以提高其力學性能展開了深入的研究，其中SiO₂是一種常用的燒結(jié)助劑成分。陳禧等研究了添加MgO-SiO₂對高純Al₂O₃陶瓷燒結(jié)性能的影響，SiO₂在高溫下能夠得到穩(wěn)定的硅酸鹽液相，它們是二元或三元的低熔點化合物，液相能促進燒結(jié)，降低燒結(jié)溫度，細化晶粒，使氧化鋁陶瓷的力學性能得到改善。

此外，如果用納米SiO₂代替納米Al₂O₃添加到95陶瓷中，不僅可以起到納米顆粒細化的作用，同時也可提高陶瓷材料的強度、韌性及硬度和彈性模量等性能，其效果比添加Al₂O₃更為理想。姬軍成等通過向95氧化鋁陶瓷中添加不同量的納米SiO₂，采用干壓成形工藝制備樣品，探究了不同燒結(jié)溫度和納米SiO₂添加量對95氧化鋁陶瓷燒結(jié)性能和力學性能的影響，結(jié)果表明：當納米SiO₂添加量為2％，燒結(jié)溫度為1600℃時，樣品的晶粒尺寸均一，體積密度最高為3.70g/cm³，抗彎強度和斷裂韌性分別達到最大值342.89MPa和5.34MPa·m^1/2。相比未添加納米SiO₂樣品的抗彎強度和斷裂韌性分別提高了34.28％和4.5％。

對鈦酸鋁陶瓷性能的影響 

鈦酸鋁（Al₂TiO₅，簡稱AT）是一種具有高熔點、低膨脹特性的陶瓷材料，在汽車引擎構(gòu)件、有色金屬鑄造和電子陶瓷等行業(yè)有著廣泛地應(yīng)用。但鈦酸鋁材料在800～1280℃會分解為剛玉和金紅石，從而喪失其低膨脹的特性。因此，探索鈦酸鋁的穩(wěn)定方法與穩(wěn)定機理是鈦酸鋁材料研究中的關(guān)鍵。陸洪彬等利用二次燒成工藝研究添加劑MgO、SiO₂對抑制鈦酸鋁熱分解的作用及其機理。研究結(jié)果表明，MgO和SiO₂復(fù)合添加劑可以顯著提高鈦酸鋁的熱穩(wěn)定性和抗彎強度。

包覆對BaTiO3陶瓷性能的影響

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，SiO₂包覆的BaTiO₃粉體材料經(jīng)過1225℃燒結(jié)成陶瓷，可獲得鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的介質(zhì)陶瓷，SiO₂的引入生成了第二相Ba₂TiSi₂O₈。燒結(jié)后陶瓷介質(zhì)材料漏電流較大，耐電壓特性沒能呈現(xiàn)一定的規(guī)律，但材料的耐電壓性能及儲能密度有所提高。

摻雜對BeO陶瓷的影響

氧化鈹陶瓷因具有高導(dǎo)熱率、高熔點、高強度、高絕緣、高的化學和熱穩(wěn)定性、低介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗以及良好的工藝適應(yīng)性等特點，已在真空電子技術(shù)、核技術(shù)、微電子與光電子技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并已成為軍用電子信息技術(shù)以及航天航空應(yīng)用領(lǐng)域不可或缺的基礎(chǔ)電子功能材料。

目前氧化鈹陶瓷正向高純度高性能方向發(fā)展，一般都要求使用含BeO在99%以上的產(chǎn)品，但純度越高，材料就越難燒結(jié)致密。唐海燕等通過研究發(fā)現(xiàn)，SiO₂摻雜對99BeO高導(dǎo)熱陶瓷微觀結(jié)構(gòu)及性能有顯著影響，隨著SiO₂摻雜量的增加，99BeO陶瓷的抗折強度、密度、導(dǎo)熱率以及電學性能均呈較明顯的單峰分布。當SiO₂摻雜量為0.8%（w）時，可獲得性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)致密的高導(dǎo)熱陶瓷，其抗折強度為248MPa，密度為2.957g/cm³，導(dǎo)熱率為303W/（m·K）。

對PMSZT壓電陶瓷的影響

壓電陶瓷的應(yīng)用遍及社會生活的各個角落。但在實用化壓電陶瓷材料中含鉛系的壓電陶瓷占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)壓電陶瓷的燒結(jié)溫度一般約在1200～1300℃。材料中含有的PbO熔點很低在高溫燒結(jié)時揮發(fā)嚴重。由于PbO的揮發(fā)導(dǎo)致材料的化學計量比偏離設(shè)計的配方‚使其性能下降。若能在PbO明顯揮發(fā)前進行燒結(jié)則可以較好地解決這個問題，因此抑制PbO揮發(fā)積極而有效的方法是實現(xiàn)壓電陶瓷的低溫燒結(jié)。

何杰等探討了低溫燒結(jié)時SiO₂摻雜對銻錳鋯鈦酸鉛Pb（Mn_1/3Sb_2/3）_0.05Zr_0.47Ti_0.48O₃（PMSZT）壓電陶瓷性能的影響。結(jié)果表明合成溫度900℃時可得到鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，w（SiO₂）不同時PMSZT試樣均為四方相和三方相共存，隨著w（SiO₂）的增加三方相在準同型相界中的比例略有增加。當w（SiO₂）＝0.10％時得到電性能優(yōu)良的壓電陶瓷，tanδ＝0.4％，壓電常數(shù)d33＝264pC/N，機電耦合系數(shù)kp＝0.59，機械品質(zhì)因數(shù)Qm＝3113。SiO₂的加入使PMSZT陶瓷的居里溫度降低，諧振頻率隨溫度的變化幾乎都是正。

對YSZ陶瓷的影響

王子媛等研究了SiO₂含量對YSZ陶瓷在不同溫度下時效后的燒結(jié)速率影響，同時研究了其對YSZ時效過程中的結(jié)構(gòu)形貌和性能變化的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加SiO₂將會加速YSZ陶瓷塊體二次燒結(jié)后的力學及熱學性能的改變。在1300℃的熱處理溫度下，添加了0.3%SiO₂的樣品氣孔率下降率為48%，硬度增長率為14%，楊氏模量增長率為15%，熱導(dǎo)率增長率為25%，均高于未添加SiO₂的樣品。因此，SiO₂的引入將會加速YSZ在高溫下的燒結(jié)。

對激光熔覆CaP生物陶瓷涂層的影響

劉均環(huán)等采用激光熔覆方法制備出不同含硅量的CaP生物陶瓷涂層。研究發(fā)現(xiàn)，隨著SiO₂含量的增大，涂層表面腐蝕電流密度逐漸減小，同時可以加快涂層表面類骨磷灰石的形成，其中，添加SiO₂為1wt.%時涂層表面類骨磷灰石呈均勻分布。因此，低含量SiO₂可以提高生物陶瓷涂層的耐腐蝕性和生物活性。

對氧化鋁泡沫陶瓷中的影響

氧化鋁泡沫陶瓷主要是由氧化鋁細粉、高嶺土、鉀長石、硅微粉等原料制作而成，隨著氧化鋁泡沫陶瓷使用越來越廣泛，人們對其研究也越來越多。

硅微粉對制品性能的影響有三點：

一是通過填隙減少氣孔；

二是在較低溫度下與氧化鋁微粉結(jié)合較好，封閉部分貫通氣孔，從而使制品致密化；

三是在高溫過程中產(chǎn)生莫來石晶相，彌散到制品中，從而改善制品性能。

對ZnO壓敏陶瓷的影響

ZnO壓敏陶瓷可以有效地吸收電路中的過電壓和過電流，對電力、電子系統(tǒng)進行實時保護，是組成浪涌吸收器和避雷器的核心元件。陳永佳等研究了SiO₂的摻雜對ZnO壓敏電阻陶瓷微觀結(jié)構(gòu)和電學性能的影響。在燒結(jié)過程中，SiO₂可以與ZnO形成液相，促進尖晶石相的形成，有利于晶界的均勻分布。隨著SiO₂摻雜濃度的增大，ZnO壓敏陶瓷的三個強衍射峰逐漸向低角度方向偏移，平均晶粒尺寸先減小后增大。當摻雜濃度為1.6%時，平均晶粒尺寸達到最小值（1.5μm），擊穿場強E1mA達到最大值（385.6V/mm），非線性系數(shù)α達到最大值（84.2），漏電流IL達到最小值（1.1μA）。

對鈦酸鍶鋇陶瓷的影響

歐陽林虹等采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法制備二氧化硅（SiO₂）摻雜鈦酸鍶鋇（Ba_0.65Sr_0.35TiO₃，BST）陶瓷（BST+x%SiO₂），研究了摻雜二氧化硅對BST陶瓷的物相、微觀形貌、介電性能及電卡效應(yīng)的影響。結(jié)果表明：摻雜SiO₂并未改變BST陶瓷的晶型結(jié)構(gòu)，但有助于提升晶粒的均勻性和材料介電性能頻率的穩(wěn)定性。隨著SiO₂摻雜量增加，BST陶瓷的介電常數(shù)呈現(xiàn)單調(diào)遞減趨勢，介電彌散特性逐漸增強。

對石榴石體系透明陶瓷中的影響

在制備石榴石體系透明陶瓷時，通常采用燒結(jié)助劑來提升陶瓷的光學質(zhì)量。在石榴石體系陶瓷燒結(jié)過程中，加入SiO₂可以生成液相，加快氣孔沿晶界排出，是一種有效的燒結(jié)助劑。另外值得注意的是，SiO₂可以在退火過程中起到抑制Pr離子變價的作用，因此，添加微量SiO₂結(jié)合熱等靜壓燒結(jié)是制備Pr摻雜石榴石閃爍陶瓷的有效途徑。

對氧化鋯陶瓷韌性的影響

氧化鋯主要有三種晶型：m-ZrO₂、t-ZrO₂、和c-ZrO₂，研究已經(jīng)證實，t-ZrO₂為常溫穩(wěn)定相，具有特殊的相變增韌機制。穩(wěn)定性好、硬度高、熔沸點高是納米SiO₂的巨大優(yōu)勢，向陶瓷中摻加微量的SiO₂對燒結(jié)溫度的降低起促進作用，利于陶瓷的燒結(jié)，使燒結(jié)后陶瓷顆粒均勻緊密排列。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)摻雜少量的SiO₂能夠使四方相ZrO₂穩(wěn)定存在。

參考來源：

[1]陸洪彬等.MgO/SiO₂添加劑對鈦酸鋁陶瓷性能的影響

[2]張益鳴.SiO₂包覆BaTiO₃粉體及其對陶瓷材料儲能特性的影響

[3]陳禧等.MgO-SiO₂微量添加劑對高純Al₂O₃陶瓷性能的影響

[4]唐海燕等.SiO₂摻雜99BeO陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)與性能

[5]王子媛等.SiO₂含量對YSZ陶瓷在高溫時效中燒結(jié)性的影響

[6]劉均環(huán)等.摻雜低含量SiO₂對激光熔覆CaP生物陶瓷涂層性能的影響

[7]歐陽林虹等.二氧化硅摻雜鈦酸鍶鋇陶瓷的介電性能與電卡效應(yīng)

[8]陳永佳等.SiO₂摻雜濃度對ZnO壓敏陶瓷結(jié)構(gòu)與性能的影響

[9]胡澤望等.微量SiO₂添加對Pr:Lu₃Al₅O₁₂陶瓷光學及閃爍性能的影響

[10]劉秀菊.氧化鑭協(xié)同納米二氧化硅增韌氧化鋯陶瓷及相關(guān)機械性能的研究

[11] 姬軍成等.納米SiO₂添加量對95氧化鋁陶瓷力學性能的影響

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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