陶瓷α-Al2O3晶粒度的测定技术分析.docx

陶瓷-Al2O3晶粒度的测定技术分析第33卷第3期 2OO4年6月 人工晶体 JOURNALOFSYN3ME3ICCRYSTALS V01.33No.3 June.20o4 陶瓷.AI2O3晶粒度的测定技术分析 高建阳,王志,贾显鹏,赵秀芳,王立家 (山东铝业股份有限公司研究院,淄博25.5o51) 摘要:本文介绍了电子显微镜,x射线衍射,氮吸附小比表面法,红外光谱结构分析,研磨法等用于陶瓷氧化铝晶粒 度测定的情况,通过对比,指出了电子显微镜能够真实地反映微观世界,是多种分析方法的基础. 关键词:陶瓷氧化铝;晶粒度;电子显微镜;测定技术 中图分类号:TQ174文献标识码:A文章编号:1000-985X(2004)03-0411-03 MeasuringTechniqueoftheGrainSizeofCeramica-A1203 GAOJian-yang,WANGZhi,Jr4Xian-peng,ZHAOXiu-fang,WANGti-jia (ResearchInstituteShandongAluminumCo.,Zibo25.5051,China) (Rece/a29December2OO3) Abstract:Thearticleintroducedthemeasuringtechniqueofthesrinsizeofceramicalphaalumina,including electronicmicroscope,LaueXraydiffraction,nitrogenabsorptionspecificsurfacearea,infraredspectraand grinainsmethod.Itisconcludedthatthensizeofceramicalphaaluminacanbeobserveddirectlyby electronicmicroscope,anditisthebestwayofthemBasuiIneilt. Keywords:ceramicalumina;size;electronicmicroscope;measuringtechnique 1引言 陶瓷氧化铝晶粒度的准确测定是指导陶瓷o3烧结工艺的关键,也是产品应用的依据,o3在精细 陶瓷中是高技术领域的基础原料之一1,为适应氧化铝新技术发展的需要,应用红外光谱法,将传统概念,单 一 的口.Al2o3,分为口1.Al2o3,2-A1203,t3-A1203,t4-A12o3,进而推进并发展了对高温系列Al2o3的认识L2J.随 着工作的进展又对t4-A1203进行过晶粒度的研究,采用化学腐蚀与电子显微镜结合,测定了t4-A1203的晶粒 度3l. 用于特种陶瓷材料的o3,主要是利用o3的高熔点,高硬度,耐热,耐磨及与多种材料的复合特性; 经对国内外样品的剖析,应用于力学功能,光学功能,电学功能行业的o3,主要是a.o3,其晶粒度是必 要的和重要的指标,晶粒度在0.350/nn,从而形成了许多不同晶粒度商业指标的产品.相对于国外而言, 我国在这方面的研究起步较完,有待于有关行业的共同研究. 2陶瓷氧化铝晶粒度的测定 陶瓷氧化铝的晶粒度与陶瓷氧化铝的粒度是概念截然不同的两个专业术语.近年来,一些高等院校及 研究单位均各自做过大量的研究,以寻求测定晶粒度的方法,虽有数据报道,但都未公开技术细节.对国内 收稿日期:2003.12-29 作者筒介:高建阳(1972.),男,山东省人,学士,工程师.E-mail:zibogjy163.e唧 人工晶体第33卷 外样品的结构研究,从结构上看,不论是片状(或板状)氧化铝,或透明氧化铝,均属.a1203,也已证明, 烧结体是多晶,而居于烧结体内的每一个Ab晶粒是单晶体,这已从人造宝石单晶与片状 等的腐蚀实验得到证实.从发表的资料中,主要是采用电子显微镜进行Al2晶粒度的测定资料曾 报道过透明多晶氧化铝陶瓷的显微结构. 3陶瓷Al此相连的陶瓷 体.是由多晶组成的烧结体,晶粒度由数个至上百个微 米.a4-03,.的烧结过程是随着烧结温度的 提高和时间的延长,产生颗粒闻的键合和再排列过程, 颗粒间的空隙逐渐消失,气孔的总体积减少,随后有明 显的传质过程.颗粒间由点接触逐渐扩大为面接触,粒 界面积增大,进而粒界进一步发育扩张,颗粒粒界开始 移动,粒子长大,气孔逐渐消失,形成致密的高温烧结 鞠图In.A伤的扫描电镜照片 F培】SEMimof口一AkO3 体.烧结的致密化过程是依赖于物质传递和迁移实现的大晶粒可以惯态伸长或以另一规则形状长大.对 于片状(或称板状)aAk,多呈六角板状,其另一个侧面也可以显示清晰的饵理构造采用A8710腐蚀剂 能获得良好的效果,其效果与温度,浓度,时间等多种因素有关.通过多个视域的观察并经图像仪来计算晶 粒的大小,分布状况,平均晶粒度等(如图1). 3.2氮吸附小比表面测定 对于多孔的活性物质,如7.等,通常用比表面测定仪,以获得比表面,孔径分布等参数.曾研究过 用小比表面法来测定小于2(an的晶粒度.但由于高温下获得的Ak烧结体粒度分布范围大的样品,如何取得代表性的结果仍然是 客观存在的困难. 3.4X射线衍射法 X射线衍射测定晶粒度的方法主要是谱线宽化法在无点阵畸变时,由晶粒度(10_.10一cm)引起的 谱线变化,可从实测的谱线合成宽度中扣除仪器的真宽度而得的纯宽度,进而再求出微晶粒的平均尺寸.例 如用这种方法可以测量拟薄水铝石tA1OOH?-H20的晶粒度.遗憾的是陶瓷n.系列产品的衍射谱是 窄而锐利的(见图2),经试验表明并不存在”宽化效应”,甚至由于舔加剂的影响造成衍射峰强度与JCPDS 卡片不一致.进而影响到陶瓷AkO定量分析的准确性. 太于ltan晶粒度的x射线测定方法尚未见报道.随着x射线照射到样品的位置和晶向不同,其衍射的 第3期高建阳等:陶瓷a.Al203晶粒度的测定技术分析413 图2aAl203的X射线衍射图 Fig.2X-raydiffractionpatternof口-03 晶粒数呈统计分布,由此而产生的衍射强度的波动也呈统计分布5. 在D/Max-3BX射线衍射仪无步进电机带动旋转台的情况下,自制样品板测定陶瓷a一03晶粒的 (012),(104),(110),(113),(116)五个晶面的衍射强度(相应的多重反射因子分别是12,12,6,12,12),每个晶 面每次旋转45.,即一个晶面在360区间旋转8次.目前以这种方法测定过13t-tm的晶粒度. 应指出的是:这种方法的结果,在试验阶段仍需要与电镜测定结果校正;其次,因为高温烧结aAl2o3属 于硬度大的陶瓷体,需经磨细后压制成样板,在这过程中粗大的a一o3晶粒有可能被研磨成细晶粒,将会 给测定结果带来误差. 3.5研磨法 这种方法美国铝业公司曾介绍过,在特定容积内,以一定量的球料比,固定研磨时间,再将粉碎的物料用 粒度分析仪测定其粒度分布及中位径dS0,以这种方法来实现生产的宏观控制.物料经长时间研磨,大晶粒 是否会被研细成小晶粒是有待研究的.笔者认为,研磨法是有局限性的. 4结语 具有晶粒度指标的特种氧化铝,在耐火材料,精细陶瓷中的应用越来越广泛.原料,烧结工艺对陶瓷 口一o3的晶粒均有重要影响.在测定晶粒度的诸方法中,唯有电子显微镜能取得三维结构的图像.电镜法 能够真实地反应微观世界,已成为多种方法的基础,故如何研究一种简便,快速,实用的陶瓷a.Al2o3晶粒度 的测定方法是至关重要的. 参考文献 1 2 3 4 5 罗玉长.氧化铝在精细陶瓷中的应用J.山东陶瓷,1992,(1). 罗玉长.高温烧结nA12O3晶体演化的研究J.轻金属,198