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氧化鋁陶瓷是以α-Al2O3為主晶相的結(jié)構(gòu)陶瓷,由于其具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性良好等優(yōu)異的性能,而且原料來源廣泛、價格低廉,在電子、航空、機械、紡織、化工、建筑等領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用。然而,由于Al2O3的熔點高達(dá)2050℃,氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度也較高,這就需要消耗大量的能源,而且對設(shè)備的要求也較高。從節(jié)約資源、降低能耗、減少成本的角度考慮,氧化鋁陶瓷的低溫燒結(jié)技術(shù)成為了一項重要的研究課題。
目前,對于降低氧化鋁陶瓷燒結(jié)溫度方面的研究較多,歸納起來主要有以下幾個方面:
(1) 提高原料粉體的細(xì)度和活性?;诒砻鎻埩ψ饔迷?,采用粒度小、比表面積大、表面活性高的氧化鋁細(xì)晶為原料可以顯著降低氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度;
(2) 采用特殊燒結(jié)工藝。目前主要采用的低溫?zé)Y(jié)工藝包括熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、微波加熱燒結(jié)、微波等離子體燒結(jié)以及放電等離子體燒結(jié)等,可以起到降低燒結(jié)溫度的作用;
(3) 添加燒結(jié)助劑。采用不同的設(shè)計配方,在原料中引入添加劑,通過不同的作用機理實現(xiàn)氧化鋁陶瓷的低溫?zé)Y(jié)。
由于降低原料粉體粒度需要采用不同的預(yù)處理工藝,原料成本高、工藝復(fù)雜,而特殊燒結(jié)技術(shù)往往要消耗能源,同時部分燒結(jié)方式難以控制燒結(jié)體形狀,在不添加任何助劑的情況下制得的氧化鋁陶瓷性能較差;因此,與其他方法相比,燒結(jié)助劑法具有成本低、效果好、工藝簡便的優(yōu)點,而且通過摻雜改性技術(shù)可以大幅 提高氧化鋁陶瓷的機電性能,是目前最有效的一種低溫?zé)Y(jié)方法。
結(jié)論
在氧化鋁陶瓷的低溫?zé)Y(jié)技術(shù)中,采用添加劑的方法降低燒結(jié)溫度的效果是非常顯著的,同時,還可以 起到細(xì)化晶粒、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、改善材料力學(xué)性能等作用。不同添加劑的作用機理不同,實際生產(chǎn)中,往往采用多種助劑復(fù)合使用的方式,可以更好地促進(jìn)氧化鋁陶瓷的低溫?zé)Y(jié),氧化鋁陶瓷低溫?zé)Y(jié)助劑的研究仍然以復(fù)合助劑為主,其發(fā)展趨勢一方面是完善現(xiàn)有的復(fù)合助劑體系,尋求更優(yōu)的助劑組合方式及其用量關(guān)系; 另一方面是研究開發(fā)新的體系以期達(dá)到更好的效果,其中低熔點玻璃相的助劑以及稀土氧化物的研究報道還比 較少,但其具有添加量少、燒結(jié)性能好等優(yōu)勢,若加以深入研究有望在氧化鋁陶瓷的低溫?zé)Y(jié)技術(shù)領(lǐng)域得到 更好的應(yīng)用。目前,燒結(jié)助劑法在陶瓷低溫?zé)Y(jié)方面的應(yīng)用越來越廣泛,研究領(lǐng)域也取得了很多階段性的進(jìn)展,但仍存在很多不足。在實際應(yīng)用方面,至今尚未形成一個成熟的體系,在燒結(jié)助劑的選擇上大多以實驗 經(jīng)驗為主,缺乏相關(guān)的理論基礎(chǔ),而且材料的研究與工藝的選擇及器件的設(shè)計未能有效的結(jié)合。在理論研究方面,缺少低溫?zé)Y(jié)動力學(xué)分析,另外在微觀結(jié)構(gòu)與材料性能的內(nèi)在聯(lián)系方面的研究還不深入。因此,系統(tǒng)研究燒結(jié)助劑的相關(guān)理論,以達(dá)到通過不同的性能要求來設(shè)計和選擇燒結(jié)助劑的目的是今后助劑法低溫?zé)?結(jié)陶瓷材料的一個重要的研究方向。
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