氧化铝陶瓷低温常压烧结(2)

(1)机械法解团聚，主要是依靠机械外力将原料粉体进行研磨，从而将粉体中的团聚体破碎，以达到解团聚的目的。此方法的解团聚效率较低且易混入杂质。

(2)超声波法解团聚，是指适当调节超声波频率使团聚体发生共振，从而将粉体中的团聚体破碎，以达到解团聚的目的。此方法一般在粉体悬浮液中进行，往往加入分散剂以防止粉体干燥时再发生团聚。’

(3)物理化学法解团聚，一般是在粉体悬浮液中加入化学试剂，利用化学力从微观的角度对团聚体进行分散，此方法解团聚效率较高，且工艺简单，获得的分散体颗粒尺寸较为均匀。本课题中所使用的粉体顶处理工艺便是基于这种解团聚方法和理论进行设计的。

(4)沉积或沉降法解团聚，是利用粉体颗粒尺寸不同在溶液中的沉积层不同，从而不同的沉积层可以获得尺寸分靠较为集中的粉体颗粒。此方法仅是对原料粉进行颗粒的分级，对于软团聚和硬团聚的颗粒并不能分散。

(5)高负压法解团聚又叫爆炸法，是指将粉体环境压力突然降低，从而使粉料团聚体内压增大，达到团聚体破碎解团聚的目的。但是，炸药爆炸时压力和温度都很高，过程很快，因此很难控制。

6 高纯氧化铝陶瓷烧结助剂研究

烧结助剂的添加工艺，高纯氧化铝陶瓷添加烧结助剂的作用有如下几方面I①直接影响A1203陶瓷的晶界显微结构，导致晶界处的化学键状态及点缺陷浓度的改变，从而改变某种离子的扩散系数，在较低的温度下，实现致密化烧结；②降低固相扩散过程的晶界能，为原子扩散提供快速途径，从而缩短烧结体在保温阶段的时间，防止晶枝异常长大；③第二相在晶界的钉扎作用，阻碍晶界迁移，抑制晶粒异常长大，使材料显微结构均匀。高纯氧化铝陶瓷的制备中烧结助剂一般通过盐类形式进行添加，其目的是便于均匀的混合在氧化铝粉料中．助烧剂的盐易溶于助混液中，如去离子水、酒精、丙酮等．通过与氧化铝粉料湿混可使烧结助剂阳离子均匀分布，之后饶结助剂的盐可在烧结过程中转变为相应的氧化物，从而实现烧结助剂对氧化铝基体的作用。通常在高纯氧化铝陶瓷中引入少量的MgO、La203、Y203、Nd203、Cr203、MnO2、Ti02、Zr02、Ta203等氧化物能改善烧结体的显微组织结构和烧结性能。此外，最新研究发现1291001：纳米A1203的添加对于烧结体的制备和性能也会产生一定的影响。在

烧结助剂的作用原理对于高纯氧化铝陶瓷，通常都选用MgO作为基本的烧结助剂进行添加，虽然对于MgO的作用机理目前观点不一，但是一般认为少量MgO(加入量为0．05---0．25wt％)对抑制A1203晶粒生长，保证A1203陶瓷具有微晶结构都呈现明显的效果。Belmison和

I-Iarmert321在采用很高纯度材料的一组实验中证实，MgO能使晶界移动的速率比原来降低50倍。中科院上海硅酸盐所的彭晓峰等1331认为，MgO对促进A1203烧结致密的作用非常明显，其所得不同成分材料均接近理论密度，但随MgO含量的增加，密度稍有下降。这与Peelen等t341135|所得结果相一致：MgO对晶粒细化与致密作用主要是MgO固溶在A1203晶格中，而且MgO含量对此有很大影响，MgO含量低于固溶罨极限时，可促进致密与抑制晶粒异常长大；而在超过固溶极限时，MgO极易与A120反应形成第二相，主要是抑制晶粒生长，而对致密的效果明显减弱。但是由于MgO的高温挥发性较明显，处于瓷体表面的MgO组分在烧成过程中易于挥发，使瓷体表面层中晶粒成长得较大。现在多采用MgO和La03或MgO和Y203等复合加入物进行制备。La203和Y203高温下不易挥发，而且L赴03或Y203的引入可降低烧结温度，拉宽烧结范围，晶界结合性能良好，使瓷体的致密度进一步提高131l。此外，稀土元素添加剂呵以在添加量极低的情况下(PPm数量级)很大程度的减小氧化铝的晶界长大速率136,-391。·目前研究最广泛的是Y203和La203。Mehmet丸Gulgun等学者[40-431对Y和a等晶粒尺寸比较大的过渡族的掺杂离子进行研究，发现它们对AJ203烧结也有直接的影响psi。Y和La等大尺寸离子在晶界处的偏析能显著地抑制晶粒的长大，改善晶界的蠕变使A1203在较高温度下烧结仍可获得较为致密微小的晶幸14211441。Fang等[421发现通过调节Y203添加量控制晶界扩散和致密动力学来改善高纯氧化铝陶瓷的机械性能。Voytovich等通过调节温度控制晶界扩散向晶格扩散的转变来实现Y203对高纯氧化铝陶瓷致密度的影响。有报道Ⅲ]1461显示Nd203对于控制氧化铝晶界扩散有很大的优势。例如在12000C时加入100ppm的Nd203对减小氧化铝晶界扩散速率的影响是MgO的两倍。通过二次离子质谱仪(sIMs)获得的图谱显示，即使Y203存在的情况下，N,1203对氧化铝晶界也起到了主要的阻隔作用。Chong-Min Wang等学者147]对Nd203在高纯氧化铝陶瓷中的作用规律进行了研究，他们认为适当控制Nd203含量可以在某些温度点获得较高的致密度和较小的晶粒尺寸。此外，由铝盐获得的具有高活性的纳米氧化铝与由镁盐、钇盐、镧盐、钕盐获得的同样具有高活性的MgO、Y203，、La203、Nd203可以在同一能量级上发生相互作用，此种铝盐获得的具有高活性的A1203可以均匀分散在氧化铝粉体颗粒的间隙，有助于MgO、Y203，、La203、Nd203作用的发挥，对于烧结体低温烧结以及致密化有一定影响。

7 高纯氧化铝陶瓷成型工艺研究

高纯氧化铝陶瓷成璀工艺主要有干法成型和湿法成型。干法成型包括干压和

等静压成型(CIP)，湿法成型包括注浆成型、注射成型、热压铸成型、凝胶浇注

成型等。近年来，凝胶浇注成型以其均匀成型优势在制各高性能的高纯氧化铝陶

瓷的研究中受到了广泛的重视。

7.1 凝胶固化成型机制

凝胶浇注(Gel Casting)成型是20世纪90年代初由美国橡树岭国家实验室Omatete等人发

明的一种新的陶瓷成型技术。分为水溶液凝胶注模成型和非水溶液凝胶注模成型。前者可适用于大多数陶瓷成型的场合，是一种可望普遍推广的成型方法，后者主要用于那些与水会发生化学反应的系统成型。凝胶引发剃催化剂目前，凝胶浇注成型工艺已经发展了多种凝胶体系。表2．2列出了一些对陶瓷凝胶浇注成型较有效的凝胶体系，包括了陶瓷凝胶浇注成型所用聚合物单体、交联剂、引发剂及催化剂，研究中使用的凝胶体系为丙稀酰胺，其聚合反应过程如下：首先引发剂分解，形成初级自由基，初级自由基与单体加成，生成单体自由基，单体自由基不断与单体分子结合，形成链自由基，上述反应不断进行，生成聚丙烯酰胺长链聚合物，最终完成单体的合反应。陶瓷浆料通过丙烯酰胺的聚合反应完成固化成型，成型的坯体以聚丙烯酰胺的网络结构为骨架，陶瓷颗粒固定其中，陶瓷颗粒与聚合物凝胶通过吸附作用，形成具有一定强度和柔韧性的坯体。

7.2 凝胶聚合反应的动力学影响因素

陶瓷浆料的聚合速率与反应条件及浆科本身特性有关，反应条件包括温度、引发剂和催化剂的用量等，浆料特性包括有机单体浓度、浆料PH值等。浆料聚合的速度对成型坯体的质量有很大影响152]15”．聚合速度包括引发速度(以vo表示)和链增长速度(以v。表示)，当vo／vp值较大时，自由基生成量相对较多，生成的聚合物分子量较小，链长较短。由此得到的坯体强度较低，破坏时呈颗粒状碎裂。为使成型的坯体具有较好的性能，应对浆料制各和反应条件进行综合控制，使反应体系中自由基浓度保持在适当的水平，以获得适宜的引发和链增长反应速率。在聚合速度很快的情况下，坯体内部常常留有气孔。原因是在聚合过程中会释放出气体，如果聚合的速度非常快，气体来不及排除，就会包裹在坯体中，形成气孔。气孔的存在会降低坯体的烧结强度， …… 此处隐藏：3262字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……