纳米氧化铝陶瓷低温烧结等性能的研究.doc

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

因为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, 所以, 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关键。通常情况下, 加入某种添加剂, 则能够改善烧结性能, 促进烧结。

预烧氧化铝结构陶瓷时, 通常要加入适量添加物, 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, 不过耐高温性能、 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, 因为是外来杂质, 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要求也很高, 以醇盐法生产高纯纳米Al2O3（VK-L30）效果最好, 其中纯度4N-5N, 粒度小于50nm, 比表10-20。

氧化铝陶瓷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, 关键是它们有较大晶格能和较稳定结构状态。质点迁移需要较高活化能, 即活性较低。采取纯度高, 粒径小, 比表面积大, 表面活性高单分散超细Al2O3粉料, 因为颗粒间扩算距离短, 只需要较低烧结温度和烧结活化能。可经过换算知, 假如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, 氧化铝颗粒粒度分布范围要尽可能窄, 颗粒均匀, 假如极细颗粒中间夹杂着部分大颗粒, 烧结得到产品性能很差。

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, 用一般氧化铝一直不能降低烧结温度和降低能耗。加入1-5%高纯纳米氧化铝（VK-L30） , 能够使Al2O3瓷烧结温度降低50-150℃ , 增加韧性、 白度、 纯度, 不易碎瓷, 而且大大节省能源, 大大提升了产品质量。
从下图试验对比能够看出, 添加高纯纳米氧化铝（VK-L30）5%后, 收缩率达成19%, 对氧化铝陶瓷烧结有很好作用, 促进氧化铝陶瓷致密化。

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, 试用了中国外多种氧化铝粉, 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烧结, 有利于改善氧化铝陶瓷成型工艺, 降低原料成本和烧成温度。

图为 胆碱水解法做氧化铝电镜图

图为 硫酸铝铵热解法做氧化铝电镜图

图为醇盐法做纳米氧化铝（VK-L30）电镜图

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

案例三: 山东某精细瓷件厂做出来氧化铝陶瓷机械强度不好, 以后经过反复试验发觉, 纳米Al2O3纯度越高, 强度愈高。添加了纳米氧化铝（VK-L30）做出来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）后陶瓷件白度好、 纯度高、 抗摔性强。