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浅谈纳米氧化铝对氧化铝陶瓷性能的影响
2020/07/22 点击 1575 次

氧化铝陶瓷


氧化铝陶瓷是一种以a-Al2O3为主晶相的结构陶瓷材料,由于其本身具有高熔点、高硬度、耐热、耐腐蚀、电绝缘性特性,因此,可以在较苛刻的条件下使用。氧化铝陶瓷的价格低廉,生产工艺成熟,是目前产量最大,应用面最广的陶瓷材料之一,主要应用于刀具、耐磨部件及生物陶瓷领域。此外,它还广泛应用于能源、航空航天、化学化工电子等方面。



(图片来源于网络)


但由于普通氧化铝陶瓷的韧性低、脆性大,使其应用领域受限。此外,烧结温度较高也是导致其应用受限的一大原因。要想获得较高硬度和结晶度的陶瓷材料,必须在相对较高的烧结温度下进行烧结,这势必导致能耗的提高。


近年来,由于对材料性能的要求越来越高,人们提出各种提高氧化铝陶瓷性能的方法,其中主要有:热压烧结、放电等离子烧结、微波烧结和加入添加剂等。采取一些新的措施后,使得氧化铝陶瓷在抗弯强度和硬度等方面的性能大大地提高。


纳米氧化铝


自上个世纪以来,纳米技术得到了蓬勃发展,各种纳米材料不断问世。纳米科学技术的进步对氧化铝产业产生了深远的影响,为纳米氧化铝的广泛应用带来了一个崭新的科研方向,作为特种功能材料的纳米氧化铝,具有高硬度、高强度、耐腐蚀、抗磨损、耐高温、高绝缘性、高抗氧化性等许多优良的特性,因此大范围应用于精密陶瓷、生物陶瓷、化工催化剂、耐火材料、集成电路和航空航天等方面。



(图片来源于网络)


纳米氧化铝和氧化铝作为同一种物质,只不过粒度不同。那么,在氧化铝陶瓷中掺入一定量的纳米氧化铝会有什么效果呢?


对氧化铝陶瓷性能的影响


1、对坯体的影响


在制备氧化铝陶瓷时添加一定量的纳米氧化铝,在成型过程中,纳米粉料能够充分填充到氧化铝粉体空隙中,降低孔隙率,提高成型坯体强度,有利于烧结。


2、对烧结的影响


(1)对烧结温度的影响


由于纳米氧化铝尺寸小,表面活性高,添加一定量的纳米氧化铝可有效提高坯料表面的扩散速率,降低烧结温度,提高烧结产物的致密化程度。


这是因为纳米氧化铝具有大量的界面,提供了短程扩散途径及较高的扩散速率并使得材料的烧结驱动力也随之剧增,大大加速了整个烧结过程,使得烧结温度大幅度降低。


(2)对结晶度的影响


在降低氧化铝陶瓷烧结温度的同时,结晶度并不会因此而降低。所谓结晶度是材料在烧结过程中原子按照某种规则排列的结晶的程度,也就是结晶部分的质量或体积对全体质量或体积的百分数,换句话说就是烧结之后产品结晶区域所占的比例。结晶度不同,则材料的物理和机械性能不同,材料的电性能、光性能在相当的程度上也受结晶程度的影响。


3、对力学性能的影响


(1)提高氧化铝陶瓷的硬度。


(2)提高氧化铝陶瓷的强度。


(2)氧化铝陶瓷弹性模量增加,提高韧性。


相比较而言,纯纳米氧化铝陶瓷的物理性能要比普通氧化铝陶瓷优异得多,但纳米氧化铝的制备工艺复杂,成本较高,况且氧化铝陶瓷本身就具有很优异的性能,所以在某些情况下,可以选择性的添加一些纳米氧化铝进行性能的提升,这样既保证了产品品质,提高了生产效率,又降低了生产成本。


参考来源:

[1]肖长江等.纳米氧化铝对氧化铝陶瓷性能的影响.佛山陶瓷

[2]郝保红等.纳米三氧化二铝对陶瓷烧结温度的影响.北京石油化工学院

[3]武志富等.纳米氧化铝的制备方法研究进展


注:图片非商业用途,存在侵权告知删除


(来源:中国粉体网)


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