氧化铝陶瓷致密化的关键点(下)
混料的均匀性
为了降低氧化铝陶瓷的烧结温度,粉料在烧结前要添加适当的添加剂,于是,混料的水平也是影响陶瓷烧结体的重要因素。混料的目的是使粉体成分均匀。如果成分分布不均匀,局部成分就会偏离整体配比,出现局部添加剂较少,氧化铝在低温难以烧结,而添加剂多的地方熔点较低,易出现液相,晶粒急速生长,最终导致制品的显微结构不均匀,致密度不高。
合理的成型方式
1、干法成型
在干法成型中,我们会首先想到冷等静压成型,等静压成型法就是将氧化铝粉料装进弹性的模具内密封,然后将模具放入由高压气体或液体的容器内。封闭后利用三维受力均等的特点使粉料被压成具有较高密度的生坯。国内生产高压钠灯灯管的成型方法主要就是等静压成型。
为了进一步提高成型体的致密度,人们在普通等静压成型的基础上又发展出了高压成型和超高压成型,利用这两种成型方法已制备出了致密性相对较高的陶瓷坯体。
2、湿法成型
对于湿法成型,近些年来因其能够控制坯体中颗粒的团聚及杂质含量,减少坯体缺陷并可成型复杂形状的陶瓷部件而发展的很快。如离心注浆成型,是通过调节pH值等手段使粉体在液体中均匀分散,而后高速离心使颗粒沉降获得素坯。还有使粉体制备与成型过程一气呵成的凝胶直接成型,以及靠有机单体聚合来完成坯体固化的凝胶浇注成型和靠化学势成型的渗透固化法等,这些方法已经在某些纳米材料的合成中得到了很好的应用。
烧结方式要给力
烧结质量直接影响到陶瓷的显微结构和一系列的力学性能。而采用传统的烧结方法,很难抑制住晶粒的长大,而晶粒尺寸的过分长大有可能对陶瓷的性能产生负面的影响。因此,必须采用一些特殊的烧结方式,如无压烧结和压力烧结。无压烧结又分为反应烧结和气氛烧结,压力烧结又分为热压、热等静压烧结、超高压烧结等等。
1、热压烧结
2、真空烧结
3、热等静压烧结(HIP)
4、气氛烧结法
5、微波烧结
6、放电等离子体烧结
添加烧结助剂——简单有效
在原料中有意的引入适量的添加剂,是有效的降低陶瓷的烧结温度、改善样品的显微结构,从而实现陶瓷材料致密化的重要方式。迄今为止,添加剂法仍然是目前陶瓷领域研究最为活跃,也是降低烧结温度、提升致密化最简洁可行的方法之一。
1、添加剂的种类
一类添加剂可以引入晶格空位,易于扩散,降低烧结活化能,形成固溶体,常用的添加剂主要是CuO、TiO2、MnO2等变价金属氧化物;
第二类添加剂是生成液相,使传质机理由固相扩散转变为液相扩散,通常以SiO2、CaO、MgO等为添加剂可以形成玻璃相降低烧结温度。
一般而言,少量添加剂即可对Al2O3陶瓷的致密化及其显微结构产生一定的影响,尤其是以一定比例复合形式引入时效果更加明显。
例如:二元复合添加剂CuO–TiO2,当CuO与TiO2的质量比为1:2时可使Al2O3相对密度达到99%。
2、添加剂的预烧结
张静等分别以CaO、MgO、SiO2简单氧化物和它们的预烧结体作为添加剂加入到质量分数为95%氧化铝中,并于1600℃烧结。结果表明:与加入简单氧化物助剂的氧化铝陶瓷相比,加入预烧结助剂的氧化铝陶瓷可以实现更充分的液相烧结,烧成时间明显缩短,陶瓷相对密度可达到98%以上,晶粒尺寸为5µm左右,抗弯强度大于300MPa。