1 实验过程、数据与术语定义

　　氧化铝陶瓷制备包含以下关键工序：

　　（1）原料预处理。工业氧化铝（γ-Al₂O₃）需经高温煅烧转化为α-Al₂O₃。高纯型原料要求Al₂O₃纯度≥99.9%，Na₂O含量控制在0.5%0.6%以下，Fe₂O₃＜0.04%。电熔刚玉原料Al₂O3含量可达99%以上，Na₂O可降至0.1%0.3%。

　　（2）粉体制备。采用球磨机或搅拌磨加工，球磨速率700rad/min，球磨时间5h可获得均匀浆料。干压成型需对粉体喷雾造粒，添加1%2%润滑剂（如硬脂酸铝）及粘结剂PVA，使粉料呈圆球状、流动性好、颗粒级配理想。粉体粒度应控制在1μm以下，颗粒尺寸介于60200目时可获填充效果。

　　（3）成型工艺。干压成型适用于形状简单、壁厚＞1mm、长径比≤4∶1的制品，成型压力可达200Mpa，每分钟产量1550件。注浆成型适用于大尺寸、复杂部件，关键在于浆料制备：以水为溶剂，加入解胶剂与粘结剂，研磨后排气注入石膏模。等静压成型可获得密度更均匀的坯体。

　　（4）烧结制度。高纯型氧化铝烧结温度16501990℃。预烧结工艺参数示例：成型压力20MPa，烧结温度1500℃，保温2h，所得陶瓷体积密度3.91g/cm³，显气孔率3.15%。两步放电等离子烧结法可在1250℃保温60min，以50℃/min速率升降，获得红外透过率达80%的透明陶瓷。

　　（5）术语定义。高纯型氧化铝：Al₂O₃含量≥99.9%；普通型氧化铝：按含量分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等，80%或75%者也划入此系列。体积密度：陶瓷质量与总体积之比；显气孔率：开口气孔体积占总体积百分比。

　　2 结构分析与应用案例

　　氧化铝陶瓷的微观结构决定其宏观性能：

　　（1）晶相结构特征。高纯型氧化铝（＞99.9%）密度达3.96~3.98g/cm³，趋近理论值，显微硬度19.3GPa，断裂韧性3.8~4.5MPa·m1/2。普通型95瓷硬度16.3GPa，抗弯强度160~300MPa。添加0.1%0.2% MgO作为矿化剂，可抑制晶粒异常长大。

　　（2）微缺陷案例分析。某95氧化铝陶瓷断口电镜观察显示：晶粒尺寸悬殊（小者数微米，异常长大者达数十微米），晶内存在圆形气孔，散落明亮衬度颗粒。能谱分析证实铁元素以离散富铁相形式存在，源于球磨过程中不锈钢磨球磨损引入污染。烧结制度失当导致晶界快速移动捕获孔隙，形成过烧组织。

　　（3）典型应用场景。99氧化铝瓷用于高温坩埚、耐火炉管、陶瓷轴承、密封件及水阀片。利用其透光性（透射波长16μm）及耐碱金属腐蚀性，制成高压钠灯管。95瓷用作耐腐蚀、耐磨部件；85瓷掺入滑石提高电性能与机械强度，可与钼、铌、钽等金属封接，用于电真空器件。氧化铝陶瓷耐磨性为锰钢260倍、高铬铸铁171倍，在火力发电输料、排灰除尘系统中应用可使设备寿命大幅延长。

　　3  结论与性能数据

　　氧化铝陶瓷性能随纯度与工艺呈现显著差异，具体统计数据如下：

　　（1）力学性能数据。高纯型（＞99.9%）抗弯强度550~600MPa，耐压强度＞2600MPa，杨氏模量400~410GPa。95瓷抗弯强度290MPa以上，洛氏硬度≥80HRA，抗压强度≥850MPa，断裂韧性≥4.8MPa·m1/2。纳米氧化锆增韧氧化铝陶瓷（20%ZrO₂）三点抗弯强度达433±19MPa，断裂韧性7.50±0.56MPa·m1/2。

　　（2）物理性能参数。高纯型热导率38.9W/m·K（室温），线膨胀系数（20~1200℃）6.5~8.9×10⁻⁶/K。耐磨陶瓷导热系数20W/m·K，热膨胀系数7.2×10⁻⁶/m·K。

　　（3）动态响应特征。氧化铝陶瓷极限强度和应力波波速随应变率增加而明显增加：应变率增加50%时，应力增加约68.67%，应变增加77.42%。材料属递减硬化型，随应变增大应力波波速降低。

　　（4）透明陶瓷进展。MgO-B₂O₃共掺杂（B₂O₃ 335ppm）结合热等静压，获得晶粒尺寸0.57±0.02μm，640nm波长直线透过率51.5%，维氏硬度20.27±0.39GPa。两步SPS法制备样品晶粒尺寸可细化至0.25μm，厚度0.8mm时640nm真实直线透过率达49%。（更多资讯请关注先进材料应用哦！）