• 优化原料和粉体处理:使用高纯度的氧化铝粉体,通过提纯分散处理,使粉体氧化铝含量达到99.8%以上,中位粒径(D50)为1微米,以提高粉体的分散性能。
• 控制烧结温度和保温时间:烧结温度对氧化铝陶瓷的密度和晶粒生长有显著影响。当烧结温度达到1550℃时,陶瓷密度达到约3.94 g/cm³,继续升温对密度没有增加。同时,通过调节保温时间可以分析添加剂对Al₂O₃晶粒生长的影响机理。
• 使用微波烧结技术:微波烧结利用微波电磁场中陶瓷材料的介质损耗使材料至烧结温度,实现陶瓷的烧结及致密化。微波烧结可以实现低温快速烧结,显著提高陶瓷材料的力学性能。
• 添加烧结助剂:通过添加不同组分和剂量的助烧剂,可以改善陶瓷试样的显微结构。例如,M5Y5(0.05%MgO+0.05%Y₂O₃)试样在1700℃的烧结温度下烧结后密度值达3.94/cm³,相对密度为98.7%,硬度值达22.7HV/GPa。
• 纳米颗粒的添加:添加纳米Al₂O₃颗粒可以改善陶瓷的断裂特征,由单一的沿晶断裂方式逐渐转变为穿晶断裂,提高氧化铝陶瓷的断裂韧性。
• 闪烧工艺:闪烧工艺具有烧结温度低、烧结时间短、晶粒细小甚至纳米化的优势,是一种使氧化铝陶瓷致密化的非常有前途的烧结工艺。
• 控制晶粒生长:通过添加氧化镁和二氧化硅等抑制剂,可以抑制大晶粒生长,从而保持材料的性能。
通过上述方法的综合应用,可以有效提升氧化铝陶瓷烧结过程的特性,包括提高致密度、改善力学性能和控制晶粒生长等。