結(jié)構(gòu)陶瓷材料03

1、 第三章 氧化鋁陶瓷 第一節(jié) 氧化物陶瓷概述 一種或兩種以上的氧化物 原子結(jié)合主要以離子鍵為主，存在部分共 價(jià)鍵。 高熔點(diǎn)，良好的電絕緣性能，優(yōu)異的化學(xué) 穩(wěn)定性和抗氧化性。 第二節(jié) 氧化鋁陶瓷概述 一、氧化鋁陶瓷組成 又稱剛玉瓷，以aAl2O3為主晶相的陶瓷材料。 根據(jù)Al2O3含量：75瓷、85瓷、95瓷和99瓷。 主晶相：莫來(lái)石瓷、剛玉莫來(lái)石瓷和剛玉瓷 添加劑：鉻剛玉、鈦剛玉。 1912年 氧化鋁陶瓷刀具 1931年德國(guó)Siemens Halske公司將氧化鋁陶瓷應(yīng) 用于火花塞材料，并獲得“Sinter Korund”專利。 熱震性能差 1970s Al2O3+TiO2復(fù)合陶瓷刀具 二、分

2、類： （1）高純Al2O3陶瓷 99.9，Tm=20500C 燒結(jié)溫度：16500C1950 0C 化學(xué)穩(wěn)定性好， 代替Pt坩鍋 導(dǎo)熱性好，集成電路基板 絕緣性好， 高頻絕緣材料 透光性、耐Na蒸氣輔燭，鈉燈管 （2）99瓷 99 ， 燒結(jié)溫度：17000C 坩鍋、耐火爐管、耐磨材料（水閥、密封件） 3）95瓷 95 ， 燒結(jié)溫度：16500C 中等耐腐燭材料、耐磨材料 （4）85瓷 85， 燒結(jié)溫度：14000C1600 0C 致密的細(xì)晶結(jié)構(gòu)，電真空裝置 （5）75瓷 75 電阻瓷、集成電路封裝管 Al2O3化工、耐磨陶化工、耐磨陶 瓷配件瓷配件 Al2O3密封、氣動(dòng)密封、氣動(dòng) 陶瓷配件陶瓷

3、配件 95瓷紡織件瓷紡織件 99瓷紡織件瓷紡織件 氧化鋁耐氧化鋁耐 高溫噴嘴高溫噴嘴 氧化鋁陶瓷轉(zhuǎn)心球閥氧化鋁陶瓷轉(zhuǎn)心球閥 氧化鋁陶瓷密封環(huán)氧化鋁陶瓷密封環(huán) 氧化鋁陶瓷坩堝氧化鋁陶瓷坩堝 第三節(jié) 氧化鋁的結(jié)構(gòu) 12種同質(zhì)異晶體，1300度高溫幾乎完全轉(zhuǎn) 化為Al2O3 主要有三種： Al2O3，Al2O3，Al2O3 一、Al2O3 水鋁礦及氫氧化鋁礦等氧化鋁水化物的脫水過(guò)程 中生成的過(guò)渡氧化鋁。 六方晶系，尖晶石結(jié)構(gòu)。 晶格常數(shù)較大，密度低，結(jié)構(gòu)松散，良好吸附力。 高溫不穩(wěn)定 1200度轉(zhuǎn)化為Al2O3 多孔材料，吸附劑 二、Al2O3 三方晶系， 三、 Al2O3 多鋁酸鹽礦物，RO.6A

4、l2O3、R2O.11Al2O3 NaO-1層和Al11O12類型尖晶石單元交疊 堆積而成。 材料強(qiáng)度低、不能用于結(jié)構(gòu)材料，介電損耗大， 不能用于機(jī)電材料。 Na完全包含在垂直于c軸的松散堆積平面內(nèi)，在 這個(gè)平面內(nèi)可快速擴(kuò)散，呈現(xiàn)離子型導(dǎo)電離子型導(dǎo)電。如： 300度，鈉離子擴(kuò)散系數(shù)達(dá)110-5cm2/s導(dǎo)電率達(dá) 310-3s/m 鈉硫電池和鈉溴電池的隔膜材料，廣泛的應(yīng)用于 電子手表、電子照相機(jī)、聽診器和心臟起搏器。 粉體的制備粉體的制備 成型成型 燒結(jié)燒結(jié) 第四節(jié) 氧化鋁陶瓷的制備工藝 一、原料的制備 1 工業(yè)原料的制備 A：拜耳法（18891892年發(fā)明） 鋁土礦：鋁土礦： 主要成分為主要成

5、分為Al2O3還有少量的還有少量的Fe2O3 等雜質(zhì)等雜質(zhì) 溶解溶解 鋁土礦鋁土礦 NaOH溶液溶液 過(guò)濾過(guò)濾 殘?jiān)鼩堅(jiān)?二氧化碳二氧化碳 酸化酸化過(guò)濾過(guò)濾 濾液濾液 灼燒灼燒 NaAlO2 Al(OH)3 Al2O3 殘?jiān)衡c長(zhǎng)石及殘?jiān)衡c長(zhǎng)石及Fe和和Ti雜質(zhì)雜質(zhì) 11501200 溶解溶解 鋁土礦鋁土礦 NaOH溶液溶液 過(guò)濾過(guò)濾 殘?jiān)鼩堅(jiān)?二氧化碳二氧化碳 酸化酸化過(guò)濾過(guò)濾 濾液濾液 灼燒灼燒 NaAlO2 Al(OH)3 Al2O3 11501200 B：貧礦石 酸化酸化 H2SO4 C：高純度AL2O3 熔融熔融 鋁土礦鋁土礦 Al2O3 20002400 電弧爐電弧爐 人造剛玉、

6、電熔剛玉人造剛玉、電熔剛玉 2、原料的要求 化學(xué)組成精確 純度高適當(dāng)小的顆粒尺寸 顆粒分布范圍窄 分散性好、無(wú)團(tuán)聚 3、原料處理 （1）：預(yù)燒 使Al2O3轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的Al2O3，避免氧化鋁陶瓷 在燒結(jié)過(guò)程中因晶型轉(zhuǎn)變產(chǎn)生裂紋。 利用晶型轉(zhuǎn)變產(chǎn)生熱應(yīng)力，Al2O3原料脆性提高， 易于原料進(jìn)一步細(xì)化 可以排除原料中的Na2O，提高原料純度 關(guān)鍵指標(biāo)：預(yù)燒溫度（13001400） 預(yù)燒溫度過(guò)低，晶型不能完全轉(zhuǎn)變 預(yù)燒溫度過(guò)高，粉體發(fā)生燒結(jié)，不易粉碎且活性 降低。 添加劑：H3BO3、AlF3、NH4F等。 （2）原料粉碎 粉料微細(xì)化，表面原子數(shù)目增多，粉體具有較高 的化學(xué)表面能表面能，利于粉體參與

7、物理或化學(xué)發(fā)應(yīng) 粉體在粉碎過(guò)程中，受到熱作用或機(jī)械力的撞擊、熱作用或機(jī)械力的撞擊、 碾壓、剪切碾壓、剪切，使原來(lái)完整晶格結(jié)構(gòu)受到不同程度 的破壞，在顆粒內(nèi)部出現(xiàn)裂紋、位錯(cuò)，表面原子 會(huì)出現(xiàn)不同程度的偏離，甚至?xí)尸F(xiàn)無(wú)定形狀態(tài)。 即增加了顆粒的缺陷能缺陷能，質(zhì)點(diǎn)更容易脫離原有位 置的束縛，便于材料在燒結(jié)過(guò)程中的物質(zhì)的傳遞 或轉(zhuǎn)移。 總之，粉末微細(xì)化，能加速粉料在燒結(jié)過(guò)程中動(dòng) 力學(xué)過(guò)程、降低燒結(jié)溫度和縮短燒結(jié)時(shí)間、改善 和提高陶瓷的各項(xiàng)性能。 小于1m占1530，若大于40，燒結(jié)時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán) 重晶粒長(zhǎng)大。 5m的顆粒大于1015會(huì)明顯妨礙燒結(jié)。 成型方式不同： 注漿成型小于2m的粉體應(yīng)達(dá)到70%85

8、% 半干壓成型小于2m的粉體應(yīng)達(dá)到50%70% 球磨、振動(dòng)磨、攪拌磨、氣流磨 干磨和濕磨 球磨：外加13的助磨劑，如：油酸 吸附于Al2O3粉體表面，形成具有一定離子場(chǎng) 分布的新表面 A：分散效應(yīng)： 減弱粉體間相互作用力，提高分散性，強(qiáng)化研 磨效果 B：潤(rùn)滑效應(yīng)：粉料間相互作用力減弱，摩擦 力減小，流動(dòng)性增加，利于粗顆粒暴露而永受 研磨作用，提高研磨效率 C：劈裂效應(yīng)：粉料受撞擊與碾壓作用時(shí)，會(huì) 出現(xiàn)裂紋，當(dāng)應(yīng)力去除時(shí)，裂紋會(huì)彌合，而助 磨劑會(huì)填塞于裂紋處，使之不彌合 4、高純Al2O3粉體制備方法 A：銨明礬熱分解法 純度99.9%以上，燒成品半透明，常制備高壓 鈉燈燈管。 B、碳酸鋁銨熱分

9、解法 C： 有機(jī)鋁鹽熱分解法（solgel法） 烷基鋁和鋁醇鹽加水分解而制得氫氧化鋁， 在進(jìn)行熱分解 D：水熱法、共沉淀法 二、 成型 干壓法成型、注漿成型、擠壓成型、冷等靜 壓成型、熱等靜壓成型、熱壓成型、注射成 型、流延成型等等。 產(chǎn)品的性狀、大小、復(fù)雜性與精度要求。 成型時(shí)的缺陷，很難在燒成過(guò)程中消除成型時(shí)的缺陷，很難在燒成過(guò)程中消除 注漿成型：注漿成型： 2629水10阿拉伯樹膠水溶液（濃度 10）少量的苯AL2O3 干壓法成型：干壓法成型：成型壓力60100MPa 78羧甲基纖維素（濃度2）或0.8糊 精2.4水AL2O3 擠壓成型：擠壓成型：糊精、工業(yè)糖漿、聚醋酸乙烯醇、 羧甲基纖

10、維素、聚乙烯醇 熱壓成型：熱壓成型： 0.30.7油酸1618石蠟AL2O3 三、 燒結(jié) 1、燒結(jié)：、燒結(jié)：陶瓷生坯在高溫下致密化過(guò)程和 現(xiàn)象的總稱，主要發(fā)生發(fā)生晶粒和氣孔尺 寸及其性狀的變化。 2、燒結(jié)體變化、燒結(jié)體變化 隨溫度上升和時(shí)間延長(zhǎng)，固體顆粒相互鍵 連，晶粒長(zhǎng)大，空隙和晶界減小，通過(guò)物 質(zhì)傳遞，總體積收縮，密度增加，最后成 為堅(jiān)硬的具有一定顯維結(jié)構(gòu)的多晶燒結(jié)體 坯體中晶粒配位性狀的變化，如圓形晶粒 變成六角形密堆積，球形晶粒變成十四面 體密堆積 3、化學(xué)驅(qū)動(dòng)力、化學(xué)驅(qū)動(dòng)力 燒結(jié)過(guò)程，陶瓷致密化，依靠物質(zhì)傳遞和遷 移來(lái)實(shí)現(xiàn)。必須存在每個(gè)化學(xué)位梯度推動(dòng) 粉體具有很大表面積，儲(chǔ)藏大量的表

11、面能 （幾千J/mol) 粉體制備過(guò)程中，粉體出現(xiàn)各種晶格缺陷， 具有大量的缺陷能（幾千J/mol) 但于活化能（幾十萬(wàn)J/mol)相比過(guò)低，因此陶 瓷燒結(jié)需要高溫高溫來(lái)降低活化能勢(shì)壘。 金屬粉末0.30.4Tm，無(wú)機(jī)鹽類0.57Tm，硅 酸鹽0.80.9Tm 4、燒結(jié)過(guò)程中的物質(zhì)傳遞、燒結(jié)過(guò)程中的物質(zhì)傳遞 （1）、蒸發(fā)和凝聚）、蒸發(fā)和凝聚 顆粒曲率半徑很小時(shí)， 蒸氣壓發(fā)生變化，凸面 上蒸氣壓增高而凹面上 蒸氣壓降低。因此，凸 面上物料蒸發(fā)后，通過(guò) 氣相傳遞，在凹面上 （頸部）凝聚。 陶瓷材料的揮發(fā)性小， 蒸氣壓很低，一般在陶 瓷燒結(jié)過(guò)程中不常見(jiàn)。 （2）、擴(kuò)散）、擴(kuò)散 晶粒各部分存在缺陷濃度時(shí)，質(zhì)點(diǎn)（或空 位）借助濃度梯度推倒而遷移的