微晶氧化铝陶瓷材料的制备与应用

微晶氧化铝陶瓷材料的制备与应用

邓会

河南玄同新材料技术有限公司    河南郑州    450000

摘要：当代微晶氧化铝陶瓷材料的应用受到了越来越多的关注，为了促使其应用得到一步优化和发展，需要对其制备情况进行了解，明确其中的原料、粉料制备过程、成型过程以及烧成过程，并探究其在各个领域的应用情况，以供参考。

关键词：微晶氧化铝陶瓷材料；制备；应用

引言

微晶氧化铝陶瓷材料可以在多个行业中得到广泛应用，原因在于，其自身具有耐磨、耐腐蚀、熔点高、硬度高等多方面优势。一般可以将微晶氧化铝陶瓷材料划分成为两个类型，分别为普通型和高纯型，且两个类型的材料均能在实际应用中体现出较高的应用价值。所以，为了推动微晶氧化铝陶瓷材料的制备与应用得到进一步发展，有必要对相关工作环节进行深入分析。

1.微晶氧化铝陶瓷材料的制备

1.1原料

氧化铝是微晶氧化铝陶瓷中的主要原料，该项原材料在地壳之中的含量较大，可以在陶瓷工业中进行应用的，则主要包括两类，分别是“工业氧化铝”和“电熔刚玉”。

工业氧化铝之中主要包含天然矿物铝土矿，其由铝的氢氧化物以及水化物共同组成，通过碱石灰法等化学方法进行处理之后，可将铁、硅、钛等杂质有效去除，进而则可获得氢氧化铝，且其中的矿物成分多为γ-Al2O3在通常情况下，工业氧化铝外形为结晶粉末，颜色为白色，同时具有松散的特点，粉末粒径在0.1μm以下，属于多孔球形聚集体。对于电真空瓷件来说，工业氧化铝之中不可存在氟化物或是氯化物，以避免电真空装置受到侵蚀。电熔刚玉为工业氧化铝材料或是其他富含铝的材料通过电弧炉熔融、冷却促使晶体析出所获得，其中Al2O3的含量能够超过99%，Na2O含量则能够低至0.1-0.3%。电容刚玉通常为白色，也可称之为白刚玉，若在其中加入氧化铬，可制成铬刚玉，呈红色，若加入氧化锆，可制成锆刚玉，若其中含有TiO2，则可称其为钛钢玉。

1.2粉料制备

根据成型工艺的具体特点以及产品性能的各方面要求，将质量优良的高温氧化铝粉料置入研磨设备之中，直至研磨成为细度与相关要求相符合的粉料方可应用于胚体的制作。一般来说，应该采用全自动或者半自动形式的干压成型技术，但是在此过程中，针对粉体提出的工艺参数要求较高，所以需要注意对其中的参数进行合理控制，同时，应该借助喷雾造粒法处理粉体，以提升其整体的流动性，也就更有利于实现自动充模。另外，为了尽量控制粉料和模壁之间的摩擦，需要在其中填入硬质铝酸等润滑剂，润滑剂通常占比1—2%即可。整体上，要求经过喷雾造粒之后，粉体流动性良好，颗粒级配比状态良好。以提升素胚密度。在进行成型处理时，不论应用注射成型模式还是挤压成型模式，均需适量加入可塑剂和粘结剂，以提升粉料的成型效果。但是，如果采用热压助工艺成型，则不可同时应用粘结剂。

1.3成型

可以在氧化铝陶瓷制品中应用的成型方法主要包括挤出、注浆、干压、等静压、热压铸、离心注浆等，具体选用何种方法，则应根据产品的形状、尺寸以及精度要求进行合理确认。

1.4烧成

促使颗粒状的陶瓷胚体实现致密化，并转化成为固体材料，这一过程即为烧结。烧结操作可以将胚体中的空洞、气体、杂质有机物等有效排除，且在此过程中，颗粒间可以生成新物质。当前多数产品中应用的烧结技术均为普通常压烧结技术，热等静压烧成方法则主要应用于国防军工特殊零部件以及高附加值氧化铝陶瓷产品的生产之中，例如反射镜、陶瓷轴承、枪管、核燃料等。部分氧化铝陶瓷材料需要在经过烧结之后再进行冷加工，且若材料硬度较高，还需使用硬度更高的抛光砖材料开展精加工处理，以提升产品表面的平整、光滑程度。

2.工艺条件对氧化铝烧结性能和显微结构的影响

2.1原料粉体

原料粉体的影响，主要指的是粉体的粒径和粒度分布的影响，但同时涉及粉体的制备过程,所含的杂质以及处理过程中的团聚现象等。不同的粉体制备方法,由于自身的特点和采用原料的不同,可能导致粉体在杂质的种类和含量、粉体的粒径和粒度分布上有较大差异,从而对氧化铝陶瓷的烧结和显微结构产生不同程度的影响。例如溶胶-凝胶制备的氧化铝粉具有高度的化学均匀性、高纯度、超微尺寸颗粒,而传统的拜尔法生成的氧化铝粉则纯度较低,且存在严重的团聚现象。国外学者研究了在保持颗粒中位粒径不变的情况下,改变颗粒尺寸分布的标准偏差来考察这种影响。实验结果显示,宽颗粒分布使烧结中期致密化速率加快,窄分布延长烧结中期时间使烧结后期晶粒粗化现象减少最终导致密度较高。这是由于级配的存在,使得样品颗粒之间接触点增多,减小了扩散路径的原因。虽然初始致密化速率较高,但宽粒度分布同时强化了烧结中期晶粒的生长,由于晶粒生长与坯体致密化是两个相互竞争的反应,因而烧结中期致密化速率比近单一尺寸样品的致密化速率减小的快。另外,对于给定的粉料系统,存在一个最合适的粒度分布范围,使样品表现最好的烧结性。当粗晶粉体与相对少量的细晶粉体掺在一起的时候，对制品是有害的。

2.2生坯密度

生坯的影响包括氧化铝生坯成型方法和生坯密度的影响。氧化铝结构陶瓷的成型一般采用干压、等静压、热压和等静压热压法等。不同的方法具有不同特点,对氧化铝陶瓷烧结性能和显微结构的影响也会有所不同，致密化速率强烈依赖于生坯密度,而晶粒生长则与生坯密度没有关系。烧结体密度在相对密度0.80以下时,致密速率强烈依赖于生坯密度;当烧结体密度大于0.80时则没有明显的影响。热处理在所有工艺参数中,温度对氧化铝的烧结是最直接的影响因素。产品的致密化速率、最终结构往往也反映了它经历过什么样的热处理过程。在烧结早期,未经预热的样品致密化速率缓慢,预热后的样品致密速率随密度线性增加。烧结后期,经过预热的样品在相对密度97%后致密速率下降更快,最终致密度较低;未预热的样品最终致密度稍高。未预热的样品晶粒大,而预热则使晶粒尺寸更加均一,这是由于未经预热的样品早期致密化速率下降的时候,发生了晶粒的长大造成的。

3.微晶氧化铝陶瓷材料的应用

3.1建筑陶瓷行业

当前城市化发展速度飞快，微晶氧化铝陶瓷材料在建材市场中的发展空间越来越大。因为微晶氧化铝陶瓷研磨介质的耐磨性能较强，所以其日后必然能够逐渐替代其他各种类型的研磨介质。

3.2非金属矿深加工行业

矿产资源属于国家经济发展的重要基础之一，特别是非金属矿产，其实际应用效果几乎已经成为对国家工业化水平进行衡量的重要标准，原因在于，非金属矿深加工不仅能够大幅度提升非金属矿自身的附加值，还可促使诸多相关产品的用途、性能得到大幅度优化。并且，自建国之后，经过数年的勘测和开采，我国矿产资源逐渐呈现出匮乏的情况，为了尽可能提升不同类型矿源的应用价值，需在其中合理应用微晶氧化铝陶瓷材料，进一步优化物料研磨效果，并起到推动非金属矿深加工行业发展的作用。

3.3石化行业

当代燃料工业以及化学工业之中，催化环节已经占据重要地位，催化剂则能够对其中的化学反应效果产生重要影响。如果在其中将氧化铝作为催化剂、吸附剂或是催化剂载体，其不仅能够呈现出活性较高的特点，同时也能够体现出耐压能力强、耐腐蚀能力强、比表面积大、吸附能力强的优势。当前未经氧化铝陶瓷已经可以在石油化工、天然气、石油炼制、环保、化肥等多个行业中得到广泛应用。

3.4电子行业

在电子行业之中，氧化铝电子陶瓷基片可以作为多类电子器件的基础元件，其中一般包括聚焦电位器、网络电阻制冷器、厚膜集成电路等。当前我国电子工业得到了良好发展，特别是微电子工业受到广泛关注，对于氧化铝陶瓷材料的需求量也就越来越大，电子行业也就能够因此得到更加良好的发展。

结束语

根据上文，微晶氧化陶瓷材料自身性能良好，可以在建筑、非金属矿深加工、石化以及电子到等多个领域中体现出较高的应用价值，并且在当代科技不断发展基础之上，制造工艺对于微晶氧化铝陶瓷材料提出了越来越多、越来越高的要求，也就需要针对氧化铝陶瓷材料进行更加深入的研究，以促使其应用效果不断提升，进而能够为多项新材料、技术、产品的涌现和不断发展提供重要基础。

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