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纳米氧化铝陶瓷低温烧结等性能的研究
《纳米陶瓷材料应用技术》 05月第08期 王航

由于氧化铝陶瓷坯体熔点高, 烧结温度高达1800℃, 较难烧结, 大大消耗了能源, 因此, 实现氧化铝快速低温烧结是降低氧化铝陶瓷能耗和生产成本的关键。一般情况下, 加入某种添加剂, 则能够改进烧结性能, 促进烧结。

预烧氧化铝结构陶瓷时, 一般要加入适量的添加物, 如硼酸盐, 氟化物、 高纯纳米Al2O3( VK-L30) 等, 这些添加物能够降低预烧温度、 促进晶型转化、 排除Na2O等杂质。硼酸盐除碱效果好, 可是耐高温性能、 绝缘性能、 机械强度下降; 氟化物可促进晶型转变, 且收缩大、 活性好, 由于是外来杂质, 引入杂质离子, 降低了陶瓷质量; 高纯纳米氧化铝( VK-L30) 降低烧结温度、 白度好、 纯度高、 抗摔性强。

结构陶瓷件中, 对高纯纳米Al2O3的要求也很高, 以醇盐法生产的高纯纳米Al2O3( VK-L30) 效果最佳, 其中纯度4N-5N, 粒度小于50nm, 比表10-20。

氧化铝陶瓷的烧结是经过表面张力来使物质迁移而得到实现。高温氧化物较难烧结, 主要是它们有较大的晶格能和较稳定的结构状态。质点迁移需要较高的活化能, 即活性较低。采用纯度高, 粒径小, 比表面积大, 表面活性高的单分散超细Al2O3粉料, 由于颗粒间扩算距离短, 只需要较低的烧结温度和烧结活化能。可经过换算知, 如果氧化铝尺寸能降低到30nm 以下, 则烧结温度能降低到1000 度以下。另外, 氧化铝颗粒粒度的分布范围要尽可能的窄, 颗粒均匀, 如果极细的颗粒中间夹杂着个别大颗粒, 烧结得到的产品性能很差。

案例一: 广东某陶瓷厂, 烧结氧化铝陶瓷过程中, 能耗高一直非常头疼, 用普通的氧化铝一直不能降低烧结温度和降低能耗。加入1-5%的高纯纳米氧化铝( VK-L30) , 能够使Al2O3瓷的烧结温度降低50-150℃ , 增加韧性、 白度、 纯度, 不易碎瓷, 而且大大节约能源, 大大提高了产品质量。
从下图的实验对比能够看出, 添加高纯纳米氧化铝( VK-L30) 5%后, 收缩率达到19%, 对氧化铝陶瓷的烧结有较好的的作用, 促进氧化铝陶瓷的致密化。

案例二: 江苏某精细陶瓷厂, 一直做高质量结构陶瓷对原料筛选极其严格, 试用了国内外各种氧化铝粉, 只有纳米氧化铝( VK-L30) 符合要求。纳米氧化铝( VK-L30) 呈球形, 颗粒间团聚度小, 能显著促进氧化铝陶瓷的烧结, 有利于改进氧化铝陶瓷的成型工艺, 降低原料成本和烧成温度。

图为 胆碱水解法做的氧化铝电镜图

图为 硫酸铝铵热解法做的氧化铝电镜图

图为醇盐法做的纳米氧化铝( VK-L30) 电镜图

从以上图中能够看出, 醇盐法做的纳米氧化铝( VK-L30) 粒径细, 均匀分布, 呈球形, 颗粒间团聚小、 易分散, 具有很好的烧结活性。

案例三: 山东某精细瓷件厂做出来的氧化铝陶瓷的机械强度不好, 后来经过重复实验发现, 纳米Al2O3纯度越高, 强度愈高。添加了纳米氧化铝( VK-L30) 做出来的陶瓷件强度在高温下可维持到900℃。而且使用纳米氧化铝( VK-L30) 后陶瓷件的白度好、 纯度高、 抗摔性强。