Технология низкотемпературного спекания глиноземной керамики

В настоящее время технологию низкотемпературного спекания различной глиноземной керамики можно резюмировать по трем аспектам: обработка сырья, разработка рецептуры и процесс спекания. Ниже приводится краткое изложение.

1. За счет уменьшения размера частиц порошка оксида алюминия и увеличения активности порошка можно снизить температуру спекания фарфорового тела.

Порошок имеет более высокую свободную поверхностную энергию. Поверхностная энергия порошка является внутренней движущей силой спекания. Таким образом, чем мельче частицы порошка Al2O3, тем выше степень активации, тем легче спекается порошок и тем ниже Температура спекания составляет. В технологии низкотемпературного спекания керамики из оксида алюминия это одно из важных средств использования порошка оксида алюминия с высокой активностью в качестве сырья, поэтому технология приготовления порошка становится основным звеном в технологии низкотемпературного спекания керамики.

В настоящее время методы получения ультрадисперсного активированного легкоспекаемого порошка оксида алюминия делятся на две категории: механический метод и химический метод.

Механический метод

Частица Al2O3 измельчается под действием внешней механической силы. Обычно используемая технология дробления включает в себя измельчение с помощью шара, вибрационное измельчение, измельчение песком, измельчение с воздушным потоком и т. Д. Хотя увеличение удельной поверхности порошка с помощью механического измельчения эффективно, обычно оно позволяет только уменьшить средний размер частиц. размер порошка примерно до 1 мкм или немного мельче. Кроме того, он имеет широкий диапазон гранулометрического состава и легко вводит примеси.

Химический метод

В последние годы производство ультратонкого и высокочистого порошка Al2O3 методом влажной химии быстро развивается, среди которых более зрелым является золь-гель метод. Благодаря высокой стабильности золя, различные ионы металлов могут быть равномерно и стабильно распределяется в коллоиде путем дальнейшего обезвоживания с образованием однородного геля (аморфного тела), а затем после соответствующей обработки может быть получена чрезвычайно высокая активность ультратонкого порошка смешанного оксида или однородного твердого раствора.

2. Уменьшите температуру спекания фарфорового тела за счет конструкции и легирования формулы фарфорового материала.

Температура спекания глиноземной керамики в основном определяется содержанием глинозема в ее химическом составе. Чем выше содержание оксида алюминия, тем выше будет температура спекания фарфоровых материалов. Кроме того, это также связано с системой состава фарфоровых материалов, соотношением состава и добавляемыми видами, поэтому, исходя из предпосылки, чтобы керамический корпус мог соответствовать назначению и техническим требованиям продукта, мы можем выбрать разумный Система керамических материалов за счет разработки формулы и добавления соответствующих добавок для облегчения обжига, чтобы максимально снизить температуру спекания глиноземной керамики.

В настоящее время добавки, добавляемые в состав рецептуры, можно разделить на две категории в соответствии с их различным механизмом ускорения спекания керамики из оксида алюминия, а именно, добавки, образующие новую фазу или твердый раствор, и добавки, образующие жидкую фазу.

Первая категория: добавки, образующие новую фазу или твердый раствор с оксидом алюминия.

Такие добавки представляют собой оксиды, близкие к параметрам решетки оксида алюминия, такие как TiO2, Cr2O3, Fe2O3, MnO2 и др. Такая добавка способствует спеканию глиноземного фарфора с определенной закономерностью:

A. Добавки, которые могут образовывать конечный твердый раствор с оксидом алюминия, имеют больший охлаждающий эффект, чем те, которые образуют непрерывный твердый раствор;

B. Добавки с ионами переменной валентности имеют больший эффект, чем добавки с постоянной валентностью;

C. Катионные добавки с высокой ценой на электроэнергию имеют больший охлаждающий эффект.

Следует отметить, что, поскольку этот вид добавки спекается в отсутствие жидкой фазы (рекристаллизационное спекание), поры в кристалле трудно заполнить, воздухонепроницаемость плохая, а электрические свойства ухудшаются еще больше, что следует принимать во внимание. учитывать при разработке рецептуры.

Второй вид: добавка, образующая жидкую фазу при обжиге.

Химическими компонентами этого вида добавок в основном являются SiO2, CaO, MgO, SrO, BaO и т. Д. Они могут образовывать бинарные, тройные или множественные эвтектические вещества с другими компонентами в процессе обжига. Температура спекания керамики из оксида алюминия значительно снижается благодаря до низкой температуры образования жидкой фазы. Когда появляется значительное количество (около 12%) жидкой фазы, твердые частицы обладают определенной растворимостью в жидкой фазе, и твердые частицы могут смачиваться жидкой фазой, что способствует Спекание также более важно. Механизм действия заключается в смачивающей силе и поверхностном натяжении жидкой фазы на поверхности твердой фазы, которые заставляют твердые частицы приближаться к порам и заполнять их.

Кроме того, из-за высокой поверхностной активности мелких и дефектных кристаллов в процессе спекания растворимость в жидкой фазе намного выше, чем у крупных кристаллов. Таким образом, в процессе спекания мелкие и средние кристаллы непрерывно растут, поры уменьшаются и происходит перекристаллизация. Чтобы предотвратить чрезмерный рост зерен из-за рекристаллизации и повлиять на механические свойства керамики, необходимо выбрать некоторые добавки, которые не влияют или даже не препятствуют росту зерна в дизайне формулы, например как MgO, CuO и NiO.

3. Используйте специальный процесс спекания для снижения температуры спекания фарфорового тела.

В процессе спекания горячим прессованием, когда сырое тело нагревается и подвергается воздействию давления одновременно, спекание завершается не только диффузией и массопереносом. В это время важную роль играет пластический поток. Температура спекания сырого материала будет намного ниже, чем при атмосферном спекании, поэтому спекание с горячим прессованием является одной из важных технологий для снижения температуры спекания керамики Al2O3.

В настоящее время существует два вида методов спекания с горячим прессованием: спекание под давлением и спекание с изостатическим прессованием при высоких температурах (HIP). Метод HIP может сделать тело подвергшимся изотропному давлению, а микроструктура керамики более однородна, чем метод спекания под давлением.

В случае глиноземного фарфора, если обычное спекание при нормальном давлении должно быть обожжено до высокой температуры выше 1800 ℃, спекание под горячим давлением при 20 МПа, при низкой температуре около 1000 ℃ было уплотнено. Технология спекания горячим прессованием может не только значительно снизить температура спекания керамики из оксида алюминия, но также препятствует росту зерен и позволяет получить плотную керамику из оксида алюминия с высокопрочной микрокристаллической структурой, особенно подходящую для спекания прозрачной керамики из оксида алюминия и керамики из корунда.Кроме того, процесс спекания оксида алюминия связан со скоростью диффузии анионов, а восстановительная атмосфера способствует увеличению анионных вакансий, что может способствовать процессу спекания. Следовательно, спекание в вакууме и спекание в атмосфере водорода являются эффективными вспомогательными средствами для реализации низкотемпературного спекания керамики из оксида алюминия.

В реальном производственном процессе, чтобы получить максимальную всестороннюю экономическую выгоду, упомянутые выше методы медленного обжига часто используются во взаимодействии друг с другом, среди которых метод добавления добавок для обжига имеет характеристики низкой стоимости, хорошего эффекта и простой и практичный процесс по сравнению с другими методами. Он широко используется в производстве алюминиевого фарфора, глиноземного фарфора и корундового фарфора.

Кроме того, с точки зрения материалов, с помощью технологии модификации легированием механические и электрические свойства керамики из оксида алюминия могут быть значительно улучшены, а керамический корпус с низким содержанием оксида алюминия может заменить керамический корпус с высоким содержанием оксида алюминия, что также является эффективным технические средства, широко используемые предприятиями для снижения температуры спекания глиноземных керамических изделий.