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纳米氧化铝陶瓷低温烧结等性能的研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-03-31   浏览次数:1268
 

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》  2013年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,则可以改善烧结性能,促进烧结。

预烧氧化铝结构陶瓷时,通常要加入适量的添加物,如硼酸盐,氟化物、高纯纳米Al2O3(VK-L30)等,这些添加物可以降低预烧温度、促进晶型转化、排除Na2O等杂质。硼酸盐除碱效果好,但是耐高温性能、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通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。可通过换算知, 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) ,可以使Al2O3瓷的烧结温度降低50-150 ,增加韧性、白度、纯度,不易碎瓷,并且大大节约能源,大大提高了产品质量。

从下图的实验对比可以看出,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,有利于改善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

从以上图中可以看出,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,后来经过反复实验发现,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℃。并且使用纳米氧化铝(VK-L30)后陶瓷件的白度好、纯度高、抗摔性强。


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