氧化铝陶瓷添加烧结助剂有哪些好处？

　　添加剂就其作用来说， 归纳起来可以分为两大类： 一类是与Al 2O3 生成固溶体，一类是能生成液相。第一类添加剂为变价氧化物，有TiO 2、Cr2O3、Fe2O3 与MnO2 等。由于其晶体结构和晶格常数与Al 2O3 相接近，因此，通常能与Al 2O3 生成固溶Al 2O3 晶格产生缺陷，活化晶格，促进烧结。研究表明，这类添加剂促进烧结，具有如下的规律性：第一，凡是能与Al 2O3 形成有限固溶体的添加剂，比形成连续固溶体的作用大，这可能是形成有限固溶体的离子半径与Al 3+离子半径相差较大， 这样使晶格更易变形，从而促进烧结；

　　第二，具有可变电价的添加剂，比不能变价的添加剂的作用大； 第三，凡是阳离子的电子层结构为非惰性气体型， 即阳离子电价高的添加剂作用较大。第二类添加剂其作用是由于生成液相，降低烧成温度而促进Al 2O3 的烧结。这一类添加剂有高岭土、SiO2、CaO、MgO 等。氧化铝原料或多或少地带入氧化钠、氧化硅等杂质。为了降低氧化铝瓷的烧结温度， 应引入某些氧化物或硅酸盐液相。氧化物添加剂在烧结时易形成熔剂，促进烧结。由于出现液相，即液相对固相的表面润湿力和表面张力， 使固相粒子靠紧并填充气孔。加入的细粒外加剂，可以均匀地被Al 2O3 吸附，降低表面能，因而能延缓Al 2O3 的晶粒长大。比较传统的Al 2O3 烧结添加剂是MgO。Al 2O3 与MgO 生成二元、三元或更复杂的低熔物。高纯Al 2O3 烧结过程中加入少量MgO（加入量为0.05～0.25wt%）可有效抑制晶粒过分长大。美国GE 公司的陶瓷学家Coble1961 年首先发现添加0.25wt%MgO 可降低Al 2O3 烧结过程中产生的气孔，抑制晶粒长大，使烧结趋于完全致密化。TiO2 可与Al 2O3 生成有限置换型固溶体，由于配位数、电价、离子半径的差别，当Ti 4+置换Al 3+后，产生晶格畸变和阳离子缺位， TiO 2 活化Al 2O3 晶格，促进烧结的作用是十分明显的； Cr2O3 与Al 2O3 具有相同的晶格类型， Cr3+的离子半径稍大于Al 3+的离子半径。两者可形成连续固溶体， 晶格发生一定畸变，促进烧结。比如用水铝石制备α-Al 2O3 时，在球磨过程中分别加入0.05%、0.1%、0.2%和5wt%的MgO，球磨4h 后经焙烧得到氧化铝粉体，再经干压成型和常压焙烧得到氧化铝陶瓷，利用阿基米德法测其气孔率、相对密度及吸水率如表2 所示：

　　依表2 和图4 可知，在不加助剂时坯体的气孔率0.453，加到0.2wt%时气孔率下降到了0.397，相对密度由0.568 上升到0.621，收缩率从12.59%增加到15.90%，但继续在增加助剂用量时， 对气孔率、相对密度及吸水率的影响都不大，由于烧结助剂的加入， 增加了烧结的推动力， 同时抑制了晶粒的长大， 使坯体烧成的速率加快，所以气孔率下降、相对密度增加、吸水率加大。然而在助剂量加到0.5wt%时，由于过量的MgO 和Al2O3 反应形成了第二相MgAl 2O4，其主要的作用是抑制晶粒的长大， 但对烧结的致密化过程起到了阻碍的作用， 且使坯体机械性能下降。

　　值得注意的是， 过量的助烧剂会生成第二相， 影响陶瓷的透光性。另一方面助烧剂应能均匀分布于材料中，抑制晶粒异常长大。（更多资讯请关注产品技术质量前沿哦！）