中國粉體網訊 Al2O3陶瓷是目前世界上生產量最大、應用面最廣的陶瓷材料之一，廣泛應用在機械、電子、化工、航天等領域。但是，由于立方晶結構的氧化鋁的離子鍵性，使之熔點達2050℃，導致氧化鋁陶瓷的燒結溫度普遍較高。
一方面，適當的提高燒結溫度對氧化鋁陶瓷的各方面性能會有一定的提升作用。
另一方面，高溫燒結勢必要消耗大量的能源，而且對燒結設備的要求也較高。如常見的95瓷燒結溫度大于1600℃，所需的窯具比低溫陶瓷貴，且窯具在使用中損耗較大、維修較復雜。因此，降低Al2O3陶瓷的燒結溫度，不僅降低生產成本、節(jié)約能源，更有利在其他領域的進一步應用。
燒結溫度對氧化鋁陶瓷性能的影響
曹宇等以煅燒氧化鋁粉末為主要原料，然后分別于1500℃、1550℃、1600℃的溫度下制備氧化鋁陶瓷，結果表明：
（1）燒結溫度對氧化鋁陶瓷的體積收縮率有很大的影響，溫度越高，體積收縮率越大。
（2）燒結溫度對氧化鋁陶瓷的體積密度、吸水率和氣孔率均有很大影響，溫度越高，體積密度越大，吸水率和氣孔率越小。
（3）燒結溫度越高，抗彎強度和維氏硬度也越大。
楊爾慧等用苧麻纖維織物作為生物模板，聚合氯化鋁作浸漬液，經過浸漬和干燥制備氧化鋁陶瓷預制體，將氧化鋁陶瓷預制體分別在1350℃、1400℃、1450℃、1500℃、1550℃下進行有氧煅燒制備出氧化鋁陶瓷。結果表明：
（1）氣孔率減小，真實密度增大。這是因為隨著燒結溫度的升高，試樣的晶粒長大的越多，使得試樣中間的空隙越小，所以氣孔率減小，真實密度增大。
（2）XＲD分析結果表明，燒結溫度越高，衍射峰變得越尖銳，非晶態(tài)組織慢慢變成晶態(tài)，說明Al2O3的結晶程度比較好。當燒結溫度超過某個臨界值時，晶粒的平均粒徑反而減小。
（3）在不同的燒結溫度下，試樣中的氧化鋁晶粒的形貌有所不同，說明燒結溫度對所制備試樣的成形有很大的影響。
王旭東采用上海超威氧化鋁納米粉作為原料，添加不同量的ZrO2在不同燒結溫度燒結3h制備出ZTA復相陶瓷。結果表明：
（1）對于未添加ZrO2的純Al2O3燒結試樣，隨燒結溫度的升高，試樣的相對密度由1500℃時的81.73%增加到1600℃時的97.48%，有較為明顯的提升。
（2）ZrO2添加劑的加入和燒結溫度的提高，均能有效提高試樣的抗彎強度。
此外，燒結溫度對氧化鋁陶瓷機電性能也有顯著影響，李宏杰研究了燒結溫度對氧化鋁基板性能的影響，結果表明：隨著燒結溫度的提高，瓷片的體積電阻率、體積密度、擊穿強度升高，抗折強度呈先上升后下降趨勢，而介電常數、介質損耗角正切則是先降低后升高。
溫度對體積密度的影響
綜上，適當的提高燒結溫度對氧化鋁陶瓷的致密度、抗彎強度、硬度、吸水率、氣孔率及機電性能均有一定的影響。
如何讓氧化鋁陶瓷的燒結溫度降下來？
前面我們講到，由于燒結溫度高，需要消耗大量的能源，對熱工設備的要求也高，因而在一定程度上限制了它的使用范圍。從節(jié)約能源、降低排放量、保護環(huán)境的角度出發(fā)，氧化鋁陶瓷的低溫燒結技術成為了重要的研究方向。
目前，對于降低氧化鋁陶瓷燒結溫度方面的研究較多，歸納起來主要有3個方面：提高原料粉體的細度和活性；采用特殊燒結工藝；添加燒結助劑。
1、提高原料粉體的細度和活性
對原料進行制備時，最重要的是控制所制得的粉末原料的粒徑。粒徑應該微細，因為燒結是通過表面張力來使物質遷移而得到實現。高溫氧化物較難燒結，原因之一是它們有較大的晶格能和較穩(wěn)定的結構狀態(tài)。質點遷移需要較高的活化能，即活性較低。采用晶粒小，比表面積大，表面活性高的單分散超細Al2O3粉料，由于顆粒間擴散距離短，只需要較低的燒結溫度和燒結活化能。
粉體顆粒尺寸與燒結溫度的關系(燒結擴散活化能Q=418KJ/mol)
目前，制備超細活化易燒結Al2O3粉體的方法分為兩大類，一類是機械法，另一類是化學法。機械法是用機械外力作用使Al2O3粉料顆粒細化，常用的粉碎工藝有球磨粉碎、振磨粉碎、砂磨粉碎、氣流粉碎等，其中砂磨是制備超細陶瓷粉體的有效途徑之一。
近年來，采用濕化學法制備超細高純粉體技術得到較快發(fā)展，其中較為成熟的是溶膠-凝膠法，可以制備傳統(tǒng)方法無法制備的材料。溶膠高度穩(wěn)定，可將多種金屬離子均勻、穩(wěn)定地分布于膠體中，通過進一步脫水形成均勻的凝膠（無定形體），再經過合適的處理便可獲得活性極高的超微粉混合氧化物或均一的固溶體。
2、添加燒結助劑，優(yōu)化配方體系
燒結助劑可以形成晶間液相或與基體形成固溶。燒結助劑的作用機制是燒結助劑形成的晶間液相有利于晶界遷移，并且能夠加快燒結時物質的傳輸速率。而燒結助劑與基體形成的固溶，可以促進缺陷數量的增加，達到活化晶格促進致密化的目的。近來，有研究報道表明可通過在Al2O3引入添加劑，在Al2O3陶瓷中原位生成片晶，起到類似晶須對材料強韌化的作用，片晶分布均勻，與基體物理、化學相容性好，大大提高了材料的力學性能；另外，通過加入添加劑和預埋晶種可以獲得織構化的顯微結構。
就燒結助劑來說，歸納起來有兩類：
（1）與Al2O3低溫生成液相的添加劑
與Al2O3低溫生成液相的添加劑有SiO2、MgO、CaO、BaO、SrO等堿土金屬的氧化物，它們多為立方密堆積、NaCl型晶體結構。
（2）與Al2O3晶體生成固溶體的添加劑
可與Al2O3晶體生成固溶體的添加劑有：TiO2、Cr2O3、Fe2O3、MnO2等，它們的晶格常數與Al2O3相差不大，大多含變價元素，可與Al2O3形成不同類型的固溶體，且變價作用增強了晶格缺陷，活化了晶體，使該基體容易燒結。
3、采用特殊燒結工藝
（1）熱壓燒結
采用熱壓燒結工藝，在對坯體加熱的同時進行加壓，燒結不僅是通過擴散傳質來完成，此時塑性流動起了重要作用，坯體的燒結溫度將比常壓燒結低很多，因此熱壓燒結是降低陶瓷燒結溫度的重要技術之一。就氧化鋁瓷而言，常壓下普通燒結必須燒至1800℃以上，熱壓燒結則只需要燒至1500℃左右。
（2）熱等靜壓燒結
熱等靜壓也是一種成型和燒成同時進行的方法，它是對坯體加熱同時對其施加各向同性等靜壓的燒結，它的最大特點是能在較低的燒成溫度(僅為熔點的50%-60%)下，在較短的時間內得到各向完全同性，幾乎完全致密的細晶粒陶瓷制品，但是熱等靜壓燒結需要對素坯進行包封，設備和工藝控制都較復雜，產品成本高，生產效率低，所以也很難實現工業(yè)化生產，只是用來研究和生產傳統(tǒng)工藝無法解決的新材料。
（3）微波加熱燒結
它是利用微波與介質相互作用，因介電損耗而使陶瓷坯體表面和內部同時加熱而燒結。微波燒結不同于普通的燒結，氣熱流方向是由里向外的，有利于坯體內的氣體向表面擴散并溢出。同時微波使粒子的活性提高，易于遷移，從而促進致密化過程。與常規(guī)燒結方法相比，陶瓷微波燒結方法能加速加熱和燒結，因內外整體加熱，溫度場均勻，熱應力小，且具有能效高，無污染等優(yōu)點。
（4）微波等離子體燒結
微波等離子體燒結由于快速加熱，減小了由于表面擴散（主要發(fā)生在傳統(tǒng)燒結的低溫階段）而引起的晶粒粗化，為晶界擴散和體積擴散提供了較強的驅動力和較短的擴散途徑，從而導致了陶瓷顯微結構的細化。
總結
由于較強的離子鍵，導致氧化鋁陶瓷燒結溫度較高，適當的提高燒結溫度有利于陶瓷性能的提升。但是，過高的溫度反而會給產品的性能及生產過程帶來麻煩。因此，降低氧化鋁陶瓷的燒結溫度，降低能耗，縮短燒成周期，減少窯爐和窯具損耗，從而降低生產成本，一直是企業(yè)所關心和急需解決的重要課題。
參考來源：
[1]周新星.氧化鋁陶瓷燒結助劑研究概述
[2]單達文.關于降低氧化鋁陶瓷燒結溫度的研究
[3]王珍等.影響氧化鋁陶瓷低溫燒結的主要因素
[4]蔡曉峰.氧化鋁陶瓷的低溫燒結技術
[5]劉建紅等.氧化鋁陶瓷低溫燒結技術的探討
[6]曹宇等.成型壓力與燒結溫度對氧化鋁陶瓷力學性能及其顯微結構的影響
[7]王旭東.ZrO2添加量和燒結溫度對氧化鋁陶瓷性能的影響
[8]楊爾慧等.燒結溫度對氧化鋁陶瓷性能的影響
[9]李宏杰.燒結溫度對氧化鋁陶瓷機電性能的影響
（中國粉體網編輯整理/山川）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權告知刪除
