烧结助剂.doc

_几种常用的低温烧结复合助剂在实际生产中，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。在选配复合助剂时一般要遵循以下原则: (1) 不同助剂之间应具有协同促进烧结的作用，多种助剂复合添加与单一助剂相比可以更好的降低烧成温度;(2) 不同助剂之间最好不发生反应，否则会减弱或抵消其促烧作用; (3) 不同助剂之间可以起到相互补充的作用，一种助烧剂在促进烧结的同时对材料性能产生的不利影响可以由另一种助剂进行弥补，故一般根据烧结助剂的作用往往选择将可以降低烧结温度的助剂与可以改善烧结体显微组织结构和烧结性能的其他助剂搭配使用。在具体选用不同助剂组成复合助剂的时候，一般形成低共熔体系的添加剂主要以玻璃形成体如SiO2为主，辅以玻璃中间体Al2O3、BeO、ZnO 等和玻璃调整体MgO、Li2O、BaO、CaO、Sr2O 等形成MgO-Al2O3-SiO2( MAS) ，CaO-Al2O3-SiO2( CAS) ，Li2O-Al2O3-SiO2( LAS) 等系统。对于高纯氧化铝陶瓷，通常都选用MgO 作为基本的烧结助剂进行添加，但是MgO 的高温挥发性会使陶瓷表面产生大的晶粒。由于稀土元素添加剂可以在添加量极低的情况下很大程度地减小氧化铝的晶界长大速率，现在多采用MgO 和La2O3或Y2O3等复合的形式加入到氧化铝陶瓷中。目前，比较常用的复合助剂主要有CaO-MgO-SiO2体系、MnO2-TiO2-MgO 体系以及CuO-SiO2体系。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。薄占满等的研究表明体系中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。史国普等用CaO-MgO-SiO2玻璃和TiO2为烧结助剂，在1450 下实现了氧化铝陶瓷的致密烧结，其相对密度随两种烧结助剂含量的增加先升高后降低，当CaO-MgO-SiO2玻璃含量为3%、TiO2含量为1%时，氧化铝陶瓷的相对密度达9825%，并计算出液相烧结激活能为1134 kJ /mol，表明扩散控制了烧结过程。吴义权等在-Al2O3中加入CaO-Al2O3-SiO2添加剂在1550 下无压烧结制备出原位生长棒晶自增韧氧化铝陶瓷，由于液相烧结过程中发生异向生长的条件是晶粒受界面反应速率控制，因此这里扩散不是主要控制条件。2 MnO2-TiO2-MgO 体系黄丽芳的研究表明: 用注浆成型方法，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。在MnO2-TiO2-MgO 复相添加剂中继续引入SiO2，当引入0.5%的SiO2时试样弯曲强度比相同条件下没有添加SiO2升高104.58MPa(53.95%) ，而SiO2的加入量到3%时弯曲强度又较加入0.5% 时有所降低，对洛氏硬度也有着相同的作用规律，可见SiO2对促进氧化铝陶瓷的烧结、弯曲强度和洛氏硬度的提高有非常显著的影响。3 CuO-TiO2体系这一体系助剂具有良好的低温烧结特性，刘于昌等研究了CuO-TiO2和CuO-TiO2 /SiO2两个添加剂系统对氧化铝陶瓷烧结性能和显微结构的影响，结果表明: 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2 wt%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252 kJ /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。为了揭示复合助剂的烧结机理，王焕平等分别固定CuO 和TiO2的含量，改变另一种的添加量，结果表明: 在1150 1200 时，TiO2固溶入Al2O3生成Al2Ti7O15相，并生成大量正离子空位提高了扩散系数，从而以固相反应烧结的作用机理促进了氧化