烧结助剂是如何让氧化铝陶瓷”降温”的？

责任编辑：凯发人气：1905 发表时间：2022/3/8

众所周知，氧化铝陶瓷由于其具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、化学众所周知，氧化铝陶瓷由于其具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、化学稳定性良好等优异的性能，而且原料来源广泛、价格低廉，在电子、航空、机械、纺织、化工、建筑等领域得到了非常广泛的应用。然而，由于Al2O3的熔点高达2050℃，氧化铝陶瓷的烧结温度也较高，这就需要消耗大量的能源，而且对设备的要求也较高。所以，降低氧化铝陶瓷的烧结温度非常重要。

目前降低氧化铝陶瓷烧结温度的方法很多，比如降低氧化铝粉的粒度、采用特殊的烧结工艺、添加烧结助剂等。

由于降低原料粉体粒度需要采用不同的预处理工艺，原料成本高、工艺复杂，而特殊烧结技术往往要消耗能源，同时部分烧结方式难以控制烧结体形状，在不添加任何助剂的情况下制得的氧化铝陶瓷性能较差；凶此，与其他方法相比，烧结助剂法具有成本低、效果好、工艺简便的优点, 而且通过掺杂改性技术可以大幅提高氧化铝陶瓷的机电性能，是目前最有效的一种低温烧结方法。

烧结助剂的作用机理

烧结是通过加热使原料粉体产生颗粒粘结、经过物质迁移使粉末体产生强度并导致致密化和再结晶的过程。普通陶瓷粉体之所以难于烧结，原因就在于其晶格能较高、晶体结构稳定，质点扩散需要较高的活性，即烧结激活能大，因此需要较高的温度。

为了达到促进烧结的目的，一方面可考虑活化晶格，降低烧结激活能，主要通过掺杂破坏稳定的晶格结构使得晶体中产生缺陷或者引起晶格畸变来实现；另一方向可考虑加速扩散过程，主要通过在体系中产生液相，液相通过表面张力作用产生颗粒粘结并填充气孔，同时利用“溶解-沉淀”机理，通过液相传质作用使溶解的小晶粒逐渐在大晶粒表面沉积，达到促进烧结的效果。

常用烧结助剂体系

在实际生产中，单一助剂往往不能同时满足其烧结和机电性能的要求，一般情况下单一助剂在降低烧结温度的同时会导致陶瓷性能的降低，因此，采用多种不同助剂组成的复合添加剂要比单独使用其中一种助剂更为常见。

1、CaO-MgO-SiO2体系

采用这一体系的烧结助剂，可在1500～1550℃左右合成氧化铝基陶瓷。MgO对氧化铝陶瓷的细晶显微结构起了重要作用，MgO在烧结中能维持CaO/SiO2比，即维持烧结系统中的液相量，并有尖晶石、镁铝硅酸盐、铝硅酸盐、铝酸盐等多种第二相晶体生成，对晶界移动具有钉扎作用，它们有效地抑制了晶粒的生长；同时引入了少量的La2O3、Sm2O3等稀土氧化物，使Al2O3陶瓷的烧结温度下降大约30℃，其表面显微结构也有所改善，这主要是由于La2O3和Sm2O3为网络变性离子，能够分解熔体网络而促进烧结。

2.MnO2-TiO2-MgO体系

通过加入MnO2-TiO2-MgO复相添加剂，在1300℃下可以获得相对密度为95%的氧化铝陶瓷，其中MnO2可以促进烧结，而MgO起到了显微结构稳定剂的作用，在MnO2和MgO含量一定的情况下，加入少量TiO2可使氧化铝烧结获得良好的力学性能，再加入过量的TiO2反而使强度降低。

3.CuO-TiO2体系

这一体系助剂具有良好的低温烧结特性。经研究发现，当掺入CuO-TiO2时，添加剂系统以形成液相的

形式促进氧化铝烧结，添加剂含量的增加有助于氧化铝陶瓷的致密化，当CuO∶TiO2为1∶2、添加量

为2wt%的时侯，在1300℃就能在无压烧结情况下达到99%的相对密度，并通过烧结动力学研究得到

氧化铝样品的激活能为25.2kJ/mol，表明可能是铝离子和氧离子的扩散过程控制了氧化铝陶瓷的烧

结。在此添加剂中继续掺入SiO2后，在1400℃时生成了各向异性晶粒，可以改善其断裂韧性。

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