【原创】浅析低温烧结氧化铝陶瓷技术

中国粉体网讯  氧化铝陶瓷是一种以氧化铝为主要原料，以刚玉为主晶相的陶瓷材料。氧化铝陶瓷有较好的传导性、机械强度和耐高温性，它被广泛地应用于电子、电器、机械、纺织和航空航天等领域。这也奠定了它在陶瓷材料领域的高地位。由于氧化铝熔点高达两千多度，导致氧化铝陶瓷的烧结温度普遍较高，从而使得氧化铝陶瓷的制造需要使用高温发热体或高质量的燃料以及高级耐火材料作窑炉和窑具，这在一定程度上限制了它的生产和更广泛的应用。

因此，降低氧化铝陶瓷的烧结温度，降低能耗，缩短烧成周期，减少窑炉和窑具损耗，从而降低生产成本，一直是企业所关心和急需解决的重要课题。纵观当前各种氧化铝瓷的低温烧结技术，归纳起来，主要是从原料加工、配方设计和烧成工艺等三方面来采取措施。

一、通过提高氧化铝粉体的细度与活性降低瓷体烧结温度

与块状物相比，粉体具有很大的比表面积，这是外界对粉体做功的结果。利用机械作用或化学作用来制备粉体时所消耗的机械能或化学能，部分将作为表面能而贮存在粉体中，此外，在粉体的制备过程中，又会引起粉粒表面及其内部出现各种晶格缺陷，使晶格活化。

目前，制备超细活化易烧结氧化铝粉体的方法分为二大类，一类是机械法，另一类是化学法。机械法是用机械外力作用使氧化铝粉体颗粒细化，常用的粉碎工艺有球磨粉碎、振磨粉碎、砂磨粉碎、气流粉碎等等。通过机械粉碎方法来提高粉料的比表面积，尽管是有效的，但有一定限度，通常只能使粉料的平均粒径小至1μm左右或更细一点，而且有粒径分布范围较宽，容易带入杂质的缺点

目前化学法大致有以下3种工艺流程：

l  形成金属氧有机基络合物溶胶→水解并缩合成含羟基的三度空间高分子结构→溶胶蒸发脱水成凝胶→低温煅烧成活性氧化物粉料。

l  含有不同金属离子的酸盐溶液和有机胶混合成溶液→溶胶蒸发脱水成凝胶→低温煅烧成粉体

l  含有不同金属离子的溶胶直接淬火、沉积或加热成凝胶→低温煅烧成粉体。

二、通过瓷料配方设计掺杂降低瓷体烧结温度

氧化铝陶瓷的烧结温度主要由其化学组成中氧化铝的含量来决定，氧化铝含量越高，瓷料的烧结温度越高，除此之外，还与瓷料组成系统、各组成配比以及添加物种类有关。目前配方设计中所加入的各种添加剂，根据其促进氧化铝陶瓷烧结的作用机理不同，可以将它们分为形成新相或固溶体的添加剂和生成液相的添加剂二大类。

1、与氧化铝形成新相或固溶体的添加剂。

这类添加剂是一些与氧化铝晶格常数相接近的氧化物，如氧化钛、氧化铁、氧化锰等，在烧成中，这些添加物能与氧化铝生成固溶体，

这类添加剂促进氧化铝瓷烧结的作用具有一定的规律性：①能与氧化铝形成有限固溶体的添加剂较形成连续固溶体的添加剂的降温作用更大；②可变价离子一类添加剂比不变价的添加剂的作用大；

③阳离子电荷多的、电价高的添加剂的降温作用更大。

2、烧成中形成液相的添加剂。

这类添加剂的化学成分主要有氧化硅、氧化钙、氧化镁等，它们能与其它成分在烧成过程中形成二元、三元或多元低共熔物。由于液相的生成温度低，因而大大地降低了氧化铝瓷的烧结温度。

三、采用特殊烧成工艺降低瓷体烧结温度

采用热压烧结工艺，在对坯体加热的同时进行加压，那么烧结不仅是通过扩散传质来完成，此时塑性流动起了重要作用，坯体的烧结温度将比常压烧结低很多，因此热压烧结是降低氧化铝陶瓷烧结温度的重要技术之一。

在生产实践中，为获得最佳综合经济效益，上述低烧技术往往相互配合使用，其中加入助烧添加剂的方法相对其它方法而言，具有成本低、效果好、工艺简便实用的特点。另外，从材料角度来看，通过掺杂改性技术，大幅度提高氧化铝陶瓷的各项机电性能，用氧化铝含量低的瓷体代替氧化铝含量高的瓷体，也是企业常用的降低氧化铝陶瓷产品烧结温度的有效技术手段。

小结：氧化铝陶瓷作为先进陶瓷中应用最广的一种材料，伴随着整个行业的发展呈现技术装备水平将快速提高，产品质量水平不断提高，产业规模从小到大，产品质量从低到较高等趋势。从氧化铝陶瓷的应用情况看，应用范围越来越宽，用量越来越大，特别是在防磨工程和建筑陶瓷生产方面的用量增加将更为显着。