氧化铝陶瓷复合材料论文.doc

氧化铝陶瓷复合材料摘要：氧化铝陶瓷复合材料的发展、性能、应用、以及成型技术关键词：氧化铝陶瓷复合材料的发展 性能 应用 成型技术引言：氧化铝陶瓷的性能简介，发展，应用，以及成型技术1. 氧化铝陶瓷的发展氧化铝陶瓷复合材料是氧化物陶瓷中应用最广、用途最宽、产量最大的陶瓷复合材料1。据研究报道，Al203有12种同质多晶变体 ，但应用较多的主要有3种，即A1203、AI203和A1203。这3种晶体的结构不同，它们的性质具有很大的差异(1)A12O3是三方晶系，单位晶胞是一个尖的菱面体，其结构最紧密、化学活性低、高温稳定性好、电学性能优良并且机械性能也最佳，在一定条件下可以由其它的两种晶体转换而来。(2)A1203是一种A12O3。含量很高的多铝酸盐矿物，它的化学组成中含有一定量的碱土金属氧化物和碱金属氧化物。并且还可以呈现离子型导电。(3)YAl203是尖晶石型立方结构，它的氧原子呈立方紧密堆积。铝原子填充在间隙中，这就决定了它在高温下不稳定、力学和电学性能差的缺陷，在科学应用中很少单独制成材料使用。但它有较高的比表面积和较强的化学活性，经过技术改进可以作为吸附材料使用。2. 氧化铝陶瓷复合材料的性能21机械方面陶瓷烧结产品的抗弯强度可达250MPa， 热压产品可达500MPa。A12O3陶瓷具有优良的抗磨损性能，所以广泛地用于制造刀具、球阀、磨轮、陶瓷钉、轴承等，其中以陶瓷刀具中应用最广2。211陶瓷刀具陶瓷刀具在金属切削过程中，刀具起着主导作用。由于刀具材料的性能不同，其切削性能相差很大。A1203陶瓷刀具由于具有硬度高、高温力学性能强、耐磨性能好、化学稳定性好、不易与金属发生粘结等特点，大量应用于硬切割、高速干切割、超高速切割等一些难加工材料的切割。陶瓷刀具的最佳切削速度比一般的硬质合金刀具高，可大幅提高对不同材料的切削效率。随着科学工作者的大量研究，在制备陶瓷刀具中实现了对原料纯度和晶粒尺寸的有效控制， 以及添加其它成分构成两相或以固溶体形式存在于基体之中的Al 2O。基复合陶瓷和晶须增强陶瓷。这些技术弥补了纯Al2O。陶瓷的不足，从而提高了它的切削性能和耐用度5。212 纯A12O3陶瓷刀具纯A12O3陶瓷刀具是指仅含有少量氧化物的高纯A12O3陶瓷，其中A12O3的纯度大于99。在纯A12O3陶瓷中，可以添加ZrO2作为烧结助剂来提高它的断裂韧性。目前普通烧结所制备的A12O3。陶瓷晶粒尺寸都在微米级，而细晶A12O3。陶瓷能够获得较高的强度和断裂韧性以及较好的高温性能，是制备纯A12O3陶瓷刀具的理想材料。解决这一问题的有效途径是：制备出粒径尺寸在lOOnm以下单分散的ohl。0。粉，利用纳米QA120。的高活性，再运用先进的烧结技术在较低的温度下得到细晶A1203陶瓷。有时也可以加入MgO或YO3来抑制晶粒长大，起到细化晶粒的作用，从而达到较好的效果。22 电子、电力方面在电子、电力方面，有各种Al20。陶瓷底板、基片、陶瓷膜、透明陶瓷以及各种Al20。陶瓷电绝缘瓷件、电子材料、磁性材料等，其中以Al2O。透明陶瓷和基片应用最广。221 透明陶瓷透明陶瓷作为一种新兴材料除了本身具有宽范围的透光性外，还具有高热导率、低电导率、高硬度、高强度、低介电常数和介电损耗、耐磨性和耐腐蚀性好等一系列优点。与玻璃材料相比，透明陶瓷除具有高强度、高硬度等优点，还具有更高的韧性和更好的抗表面损坏性能；与单晶相比，透明陶瓷具有更低的制备温度和更短的生产周期，而且在尺寸和结构上更容易控制。透明陶瓷按其应用可以分为两大类：透光、透波性应用和特种光功能应用。222 A1203陶瓷基片Al2O3械强度高、绝缘性好、避光性高等优良性能。广泛用于多层布线陶瓷基片、电子封装及高密度封装基片。在制备Al 2O3陶瓷基片中常用的成形方法有干压、流延等。而流延成形是目前应用最广的成形方法。流延成形分为非水系和水系：非水系流延成形工艺简单，但会对环境造成污染且成本较高；水系流延成形较环保，且成本较低，但工艺较难。目前，在工业应用中大部分都采用非水系流延成形Al 03。23化工方面在化工应用方面，A1 0。陶瓷也有较广泛的用途，如Al20。陶瓷化工填料球、无机微滤膜、耐腐蚀涂层等，其中以Al2O。陶瓷膜和涂层的研究和应用最多。231 A1203陶瓷膜陶瓷膜的研制与开发得到了大幅度的提升， 在膜领域占据了重要的地位。陶瓷膜与有机高分子膜相比有以下特点：(1)耐高温、热稳定性好，在高温下仍能保持其性能不变：(2)高强度，在很大压力梯度操作下，不会被压缩或产生蠕变机械性能好；(3)化学稳定性好，能耐强酸强碱溶液、有机溶剂和氯化物腐蚀，并且不被微生物降解；(4)可反复使用，易清洁；制备时孔径大小和孔径尺寸分布容易控制。陶瓷膜在净化工业用水加工、海水淡化、气体分离、催化反应等方面都具有大量的应用，因此陶瓷无机膜日益受到科技界与工业界的广泛关注。232 A1203涂层Al203涂层具有耐腐蚀、耐高温等特性，近年来得到了大量研究。铝合金的微等离子氧化表面陶瓷化工技术受到了人们广泛的关注，利用微等离子体氧化技术在LY12铝合金表面制备了A120。涂层，加强了铝合金的耐腐蚀性和抗氧化性等鹄。钛合金材料高温氧化严重，为了提高其使用性能，可以在钛合金材料表面涂覆Al。0。涂层，这样也可以使钛合金材料的耐腐蚀和抗高温氧化等特性提高 。24 医学方面在医学方面Al203更多的是用于制造人工骨、人工关节、人工牙齿等。Al203陶瓷具有优良的生物相容性、生物惰性、理化稳定性及高硬度、高耐磨性，是制备人造骨和人造关节的理想材料。但它具有和其他陶瓷材料一样的缺点如脆性大、断裂韧性低、机加工技术难度高、工艺复杂等，因此需要进一步研究应用。羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，其优良的骨传导作用已被很多的研究结果所验证，是目前最有前景的陶瓷人工骨材料，但是纯羟基磷灰石的力学性能较差，难以作为承重骨的替代材料_3 。运用放电等离子技术烧结的Al2O3 羟基磷灰石人工骨材料，通过引入弥散强化相Al203来提高材料的力学性能，既保持了羟基磷灰石的生物活性又提高了材料的力学性能， 因此它有望成为一种理想的承重骨材料。A12O3一羟基磷灰石人工骨材料在人骨修复领域有着大量的应用。在临床骨科手术中，骨缺损常常需要大量的修复材料。目前常见的修复材料有自身骨、异体骨和人工合成材料等。自身骨移植虽无免疫排斥、效果好。但取材有限：异体骨移植则容易引起免疫排斥，且修复效果差；人工合成材料，它们基本上都是降解材料，所以不能修复缺损区。25建筑卫生陶瓷方面在建筑卫生陶瓷方面，A12O3产品随处可见如A12O3陶瓷衬砖、研磨介质、辊棒、陶瓷保护管以及A12O3质耐火材料等。其中以Al2O3。过去，建筑卫生陶瓷用球磨介质基本上都是燧石、鹅卵石等天然球石，随着这些优质的天然球石资源的减少， 以及它们磨损率高、效率低等缺点，Al2O3球磨介质被越来越多的陶瓷厂家所使用。目前球磨介质主要包括A1203、ZrO2、SiC、Si3N4等。A1203球磨介质具有合适的硬度、适中的密度、耐磨、耐腐蚀且价格低廉等特点，因此大部分的建筑卫生陶瓷方面的原材料都用A120。球磨介质加工 。A12O3球磨介质物化性能优异、价格较低，在球磨介质中占据了一定的地位。但其韧性不及其它球磨介质，这就限制了它的进一步应用，因此国内外科研工作者对A12O3。球磨介质增韧机理和技术进行了大量研究，考虑到成本问题及增韧的操作性，目前最有成效的增韧方法是利用相变增韧机理，在A12O3中添加ZrO2得到ZrO增韧A12O3球磨介质，解决了A1203球磨介质的韧性问题。26航空航天在航空航天方面应用较多的A12O3基纤维，它具有高强度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等多种性能 。A12O3可以制备成高温耐热纤维，用于航天飞机上的隔热瓦和柔性隔热材料等。不仅如此，利用A12O3纤维还可以用来增强金属基和陶瓷基复合材料，大量用于超音速喷射飞机中的喷管及火箭发动机中的垫圈圳。3. 氧化铝复合材料的成型技术氧化铝复合材料用机械球磨混料+固相烧结这种比较传统的合成方法合成,近几年，只有一些研究人员对化学合成制粉法、微波烧结、热等静压等新型制备技术进行探索，但基本上还处于起步阶段，有待完善4。其中，化学合成制粉法又分为很多种，如溶胶-凝胶(Sol-gel)法、共沉淀法、燃烧法等，用这些方法获得的微细粉可以在一定程度上降低烧结温度。王辉等选用活性较大的前驱物氢氧化钕Nd(OH)3、四氯化钛（TiCl4），用水热法在300条件下合成了纯的钡钕钛体系（Ba6-3xNd8+2xTi18O54）粉末，压片成型后坯体烧结温度为1250，比传统固相法烧结温度低100左右5；Chu Liwen等采用共沉淀法，以氯化钡（BaCl2）、TiCl4等为原料，用碳铵(NH4)2CO3及氨水（NH3.H2O）调节其pH值，并将得到的沉淀物在800 1000条件下合成就可得到九钛二钡材料（Ba2Ti9O20），其中，1000条件下合成的粉体成型后在1300时烧结，具有优良的微波介电性能。参考文献： 1 袁广江，陈大明，周洋. 陶瓷基层状复合材料力学性能发展现状. 材料导报.