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    納米氧化鋁陶瓷低溫燒結等性能的研究

    放大字體  縮小字體 發布日期:2014-03-31   瀏覽次數:2059
     

    納米氧化鋁陶瓷低溫燒結等性能的研究

    《納米陶瓷材料應用技術》  2013年05月第08期    王航

    由于氧化鋁陶瓷坯體熔點高,燒結溫度高達1800℃,較難燒結,大大消耗了能源,因此,實現氧化鋁快速低溫燒結是降低氧化鋁陶瓷能耗和生產成本的關鍵。一般情況下,加入某種添加劑,則可以改善燒結性能,促進燒結。

    預燒氧化鋁結構陶瓷時,通常要加入適量的添加物,如硼酸鹽,氟化物、高純納米Al2O3(VK-L30)等,這些添加物可以降低預燒溫度、促進晶型轉化、排除Na2O等雜質。硼酸鹽除堿效果好,但是耐高溫性能、絕緣性能、機械強度下降;氟化物可促進晶型轉變,且收縮大、活性好,由于是外來雜質,引入雜質離子,降低了陶瓷質量;高純納米氧化鋁(VK-L30)降低燒結溫度、白度好、純度高、抗摔性強。

    結構陶瓷件中,對高純納米Al2O3的要求也很高,以醇鹽法生產的高純納米Al2O3(VK-L30)效果最佳,其中純度4N-5N,粒度小于50nm,比表10-20。

    氧化鋁陶瓷的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, 主要是它們有較大的晶格能和較穩定的結構狀態。質點遷移需要較高的活化能, 即活性較低。采用純度高,粒徑小, 比表面積大, 表面活性高的單分散超細Al2O3粉料, 由于顆粒間擴算距離短, 只需要較低的燒結溫度和燒結活化能。可通過換算知, 如果氧化鋁尺寸能降低到30nm 以下, 則燒結溫度能降低到1000 度以下。另外, 氧化鋁顆粒粒度的分布范圍要盡可能的窄, 顆粒均勻,如果極細的顆粒中間夾雜著個別大顆粒, 燒結得到的產品性能很差。

    案例一:廣東某陶瓷廠,燒結氧化鋁陶瓷過程中,能耗高一直非常頭疼,用普通的氧化鋁一直不能降低燒結溫度和降低能耗。加入1-5%的高純納米氧化鋁(VK-L30) ,可以使Al2O3瓷的燒結溫度降低50-150 ,增加韌性、白度、純度,不易碎瓷,并且大大節約能源,大大提高了產品質量。

    從下圖的實驗對比可以看出,添加高純納米氧化鋁(VK-L30)5%后,收縮率達到19%,對氧化鋁陶瓷的燒結有較好的的作用,促進氧化鋁陶瓷的致密化。

    案例二:江蘇某精細陶瓷廠,一直做高質量結構陶瓷對原料篩選極其嚴格,試用了國內外各種氧化鋁粉,只有納米氧化鋁(VK-L30)符合要求。納米氧化鋁(VK-L30)呈球形,顆粒間團聚度小,能顯著促進氧化鋁陶瓷的燒結,有利于改善氧化鋁陶瓷的成型工藝,降低原料成本和燒成溫度。

    圖為 膽堿水解法做的氧化鋁電鏡圖

    圖為 硫酸鋁銨熱解法做的氧化鋁電鏡圖

    圖為醇鹽法做的納米氧化鋁(VK-L30)電鏡圖

    從以上圖中可以看出,醇鹽法做的納米氧化鋁(VK-L30)粒徑細,均勻分布,呈球形,顆粒間團聚小、易分散,具有很好的燒結活性。

    案例三:山東某精細瓷件廠做出來的氧化鋁陶瓷的機械強度不好,后來經過反復實驗發現,納米Al2O3純度越高,強度愈高。添加了納米氧化鋁(VK-L30)做出來的陶瓷件強度在高溫下可維持到900℃。并且使用納米氧化鋁(VK-L30)后陶瓷件的白度好、純度高、抗摔性強。


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