摘要：

　　氧化铝陶瓷作为重要的结构陶瓷材料，其制造工艺直接影响性能。本文系统阐述了粉体制备、成型和烧结三个关键工艺环节，重点分析了不同工艺参数对材料性能的影响机制，并提供了具体的工业应用案例和实验数据，为高性能氧化铝陶瓷的制备提供技术参考。

　　1. 实验过程与术语定义

　　1.1 关键术语定义

　　松装密度：粉末在规定条件下自由填充单位体积的质量，氧化铝喷雾造粒粉体标准为1.03-1.08 g/cm³

　　流动角（安息角）：粉末堆积层的自由斜面与水平面形成的大角度，反映流动性，要求＜30°

　　d50粒径：颗粒累积分布为50%时对应的粒径值，高纯氧化铝粉体d50＜0.5μm

　　1.2 实验表征方法

　　采用X射线衍射（XRD）分析相组成，扫描电镜（SEM）观察显微结构，阿基米德法测定密度，三点弯曲法测试抗弯强度。

　　2. 结构分析

　　2.1 粉体制备阶段

　　案例1：电子基板用氧化铝粉体日本住友化学开发的AES-11C型氧化铝粉体，纯度99.6%，d50=0.3μm，比表面积8.5 m²/g，用于制备96%氧化铝陶瓷基板，其热导率达24 W/(m·K)，比传统粉体提高15%。

　　添加剂配比优化实验表明，当PVA添加量为2 wt%、硬脂酸为1.5 wt%时，喷雾造粒粉体的松装密度达到优值1.06 g/cm³，流动角降至25°，压制后生坯强度达2.8 MPa。

　　2.2 成型工艺对比

　　干压成型案例德国ESK公司采用200 MPa双向加压工艺制备氧化铝密封环，尺寸精度达±0.02 mm，生坯密度2.25 g/cm³，烧结后密度3.85 g/cm³（相对密度98.7%）。

　　注浆成型参数优化研究表明，当浆料固含量为75 vol%、pH=9.5、分散剂（聚丙烯酸铵）添加量为0.8 wt%时，浆料粘度降至0.8 Pa·s，可制备壁厚3 mm、无缺陷的氧化铝管状制品。

　　2.3 烧结机制分析

　　添加剂作用机理

　　固溶型添加剂：TiO₂添加0.5 wt%时，与Al₂O₃形成有限固溶体，晶格常数变化率0.08%，烧结温度降低至1600°C，晶粒尺寸控制在3-5μm。

　　液相烧结添加剂：CaO-SiO₂系添加剂（CaO:SiO₂=1:1）添加2 wt%时，在1450°C形成液相，促进烧结致密化，但晶界玻璃相使高温强度降低20%。

　　烧结制度优化实验确定的典型烧结制度：升温速率5°C/min至1200°C，保温2 h排除添加剂；继续升温至1650°C，保温4 h；降温速率10°C/min至1000°C。该制度下制备的99%氧化铝陶瓷密度达3.92 g/cm³，抗弯强度400 MPa。

　　3. 结论

　　（1）粉体特性决定性能：高纯超细粉体（d50＜0.5μm）是制备高性能氧化铝陶瓷的基础，喷雾造粒工艺可获得流动性优、颗粒级配合理的成型粉体。

　　（2）成型缺陷难以后续消除：干压成型适合简单形状制品，可获得高精度和高生坯密度；注浆成型适合复杂形状，但需严格控制浆料性能和干燥制度。

　　（3）烧结添加剂具有双重作用：适量添加可显著降低烧结温度、促进致密化，但过量会恶化高温性能，需要根据应用要求优化添加剂种类和含量。

　　（4）工艺集成优化是关键：通过粉体-成型-烧结全流程工艺协同优化，可制备出密度＞98%、抗弯强度＞400 MPa的高性能氧化铝陶瓷材料，满足电子、机械、化工等领域的应用需求。（更多资讯请关注先进材料应用哦）