纳米氧化铝陶瓷低温烧结等性能的研究—徐玉芝

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。