氧化铝陶瓷烧结的过程有哪些?氧化铝陶瓷烧结是将氧化铝陶瓷坯体在高温下进行处理,使其颗粒间的孔隙消除、气体和杂质排出,颗粒相互结合并形成新的物质,最终获得具有一定性能和结构的氧化铝陶瓷制品的过程。以下是关于氧化铝陶瓷烧结的详细介绍:
1. 烧结温度:
纯氧化铝陶瓷的烧结温度较高,一般在1700℃以上。但这样高的烧结温度在工业上较难普遍实现,且不利于降低成本,还可能导致陶瓷结构存在较多缺陷,对材料力学性能不利。
通过添加烧结助剂,如MgO、Cr₂O₃、SiO₂等,可以降低氧化铝陶瓷的烧结温度。例如,氧化铬的添加能使氧化铝陶瓷的烧结温度降至1520℃左右,比单独烧结氧化铝的温度低近200℃。
2. 烧结方法:
常压烧结法:这是最普遍的烧结方式,在大气条件下将坯体烧结。该方法对窑炉要求较高,能源浪费大,但设备和工艺相对简单,适用于对烧结温度和性能要求不是特别高的氧化铝陶瓷制品。
热压烧结法:将粉料装入模内,在加热的同时施加压力进行烧结。热压烧结温度比常压烧结低,烧成的制品理论密度高,且工艺简单。不过,它不太适合生产过高、过厚、形状复杂的制品,生产规模也较小,成本较高。
热等静压烧结法:使用高温高压气体作压力传递介质,在高温高压下使坯体烧结。这种方法可以避免热压烧结压力的不均匀,使制品的结构更加均匀,性能更加稳定,适用于形状复杂制品的生产。
液相烧结法:加入CaO、MgO、BaO等低熔助剂促进材料烧结。助剂的引入会产生液相,通过化学反应产生的液相促进扩散和粘滞流动的发生,以及颗粒重排和传质过程,从而降低烧结温度,有效加速烧结。
气氛烧结法:对于在空气中很难烧结的制品,为防止其氧化,在炉膛内通入一定气体,形成所要求的气氛后进行烧结。例如,在氮气气氛下烧结氧化铝陶瓷,可以避免氧化铝在高温下被氧化。
电场烧结法:陶瓷坯体在直流电场作用下进行烧结。这种方法可以使材料中的某些成分在电场作用下发生变化,从而获得具有特殊性能的氧化铝陶瓷件,如具有压电性的氧化铝陶瓷件。
3. 烧结过程中的变化:
物理变化:坯体的体积收缩,密度增加,孔隙率降低。随着烧结的进行,颗粒之间的接触面积增大,相互之间的结合力增强。
化学变化:可能会发生一些固相反应,添加剂与氧化铝之间可能会形成新的化合物或固溶体,从而改善陶瓷的性能。
4. 烧结的影响因素:
粉体特性:包括粉体的粒度分布、形状、纯度等。粒度分布均匀、形状规则、纯度高的粉体有利于烧结的进行,能够降低烧结温度,提高烧结体的性能。
烧结气氛:不同的烧结气氛对氧化铝陶瓷的烧结过程和性能有很大的影响。例如,在氧化气氛下,可能会导致氧化铝陶瓷中的某些成分被氧化;在还原气氛下,可能会使某些氧化物还原。
升温速率和保温时间:升温速率过快可能会导致坯体内部产生应力,影响烧结体的性能;保温时间过短,烧结反应不完全,孔隙率较高;保温时间过长,可能会导致晶粒过度生长,也会影响陶瓷的性能。