透明氧化铝陶瓷金艳周玉所(北京市建材工业学校,北京100024)(北京市大华陶瓷厂,北京100053)摘要介绍了氧化铝透明陶瓷的配方、生产工艺及一些主要因素对氧化铝透明陶瓷的影响,并分析了生产中制品发灰(发黑)的原因。关键词硫酸铝铵、分解、透光率、晶粒、发灰、添加剂、气氛1前言随着现代工业的高速发展,在一些高技术领域对材料的要求越来越高,特别是对材料主要性能的要求更是如此,而在一些特殊领域又非陶瓷莫属。在陶瓷领域中,透明氧化铝陶瓷是佼佼者,其性能、价格比适中,应用领域广泛,可以做熔制特种玻璃的坩埚、红外检测窗材料,制造高压钠灯管、电子工业中的集成电路基片、高频绝缘材料、高温耐腐蚀材料等。2原料概况氧化铝有许多种同质异晶体,但主要有三种晶型,即C-Al2O3、B-Al2O3、A-Al2O3。由于其晶体结构不同,故性质具有很大的差异。A-Al2O3属三方晶系,单位晶胞是一个尖的菱面体,其结构紧密,化学活性低,高温稳定,电学性能好,机械性能最佳,可以由另外两种晶型转化而来。C-Al2O3属尖晶石型立方结构,氧原子呈立方紧密堆积体,铝原子填充在间隙中,这就决定了它高温不稳定,力学、电学性能差,但具有较高的比表面积,具有较强的化学活性,可以用作吸附材料。B-Al2O3是一种多铝酸盐矿物,它的化学组成中含有一定量的碱金属和碱土金属,有离子导电现象。3透明氧化铝陶瓷的制造工艺3.1工艺方法3.1.1制备高纯氧化铝的方法制备高纯氧化铝的方法有很多种,如有机铝盐加水分解法、铝的水中放电氧化法、铝的硫酸盐和氨碳酸盐热分解法、铵明矾热分解法。一般都采用铵明矾热分解法。铵明钒,又称十二水合硫酸铝铵、铝铵矾,分子式为AlNH4(SO4)2#12H2O。无色结晶,白色颗粒或粉末,有微甜的收敛味,在120e时失去10分子结晶水,在250e时变为无水品,280e以上分解,易溶于甘油,能溶于水,不溶于醇,其水溶液呈酸性反应,密度1.65g/cm3,熔点94.5e,折光率1.459。AlNH4(SO4)2#12H2OyAlNH4(SO4)2#1H2O+11H2O2AlNH4(SO4)2#1H2OyAl2(SO4)3+2NH3x+SO3x+2H2OAl2(SO4)3yAl2O3+3SO3x用这种方法分解制备的Al2O3为C-Al2O3,因此必须将所得C-Al2O3进行预烧,使之成为A-Al2O3,提高稳定性,减少收缩。预烧温度一般为1280e~1300e,但须注意保温时间,不能使C-Al2O3全部转化为A-Al2O3,目的是提高活性,促进烧结。此法制得的Al2O3纯度高,细度约1Lm以下,颗粒分布范围窄,成形后素坯密度高,烧结过程中气孔易于排除。3.1.2透明氧化铝陶瓷配方(重量百分比)A-Al2O399.5%,Y2O30.2%,La2O30.1%,MgO0.1%,ZnCl20.1%。配方中0.2%Y2O3、0.1%La2O3和0.1%MgO用1%~3%(重量百分比浓度)的硝酸盐引入。33河北陶瓷第28卷第4期总第107期2000年3.1.3影响透明氧化铝陶瓷性质的因素3.1.3.1氧化铝纯度对透明氧化铝陶瓷的影响氧化铝的纯度直接影响其透光度,必须将A-Al2O3含量控制在99.95%以上。3.1.3.2烧成气氛对透明氧化铝陶瓷的影响在空气和惰性气体介质中烧结不能得到无气孔的材料,因为惰性气体残留在气孔中并阻止其长大。在真空和氢气中伴随产生一些还原过程,即增加了材料的缺陷,从而增加了烧结的速度和完全程度。真空烧结伴随着陶瓷除气。3.1.3.3异常粒子生长控制剂的影响在透明氧化铝陶瓷烧成过程中,如果单纯地将Al2O3烧结,则会产生异常粒子生长,这种异常粒子在烧结进行到一定阶段时突然发生,粒子生长极快,使晶粒生长很大,并且晶粒之间存在着的气孔亦进入晶粒内部,使排气困难,从而不能使透明度提高。异常粒子生长控制剂有MgO、Y2O3、ZnCl2、La2O3、ZrO2、NiO、ThO2、BeO等,其添加量一定要严格控制,否则会使异相(尖晶石)增加,反而会降低制品的透光率,降低制品的致密性,影响制品的其它性质。3.2透明氧化铝陶瓷的成形方法透明氧化铝陶瓷的主要成形方法为:等静压法、注浆法、热压注法、挤制法、压延法等。3.2.1注浆成形法注浆法是一种古老的成形方法,它可以制备形状复杂的制品,工艺容易控制,但生产效率低,劳动强度大。透明氧化铝陶瓷的坯体密度低于理论密度85%时则很难得到透明氧化铝制品。注浆料指标为:料B球B水=1B1.5B1.4;pH=3.5;比重=1.8~1.9g/cm3;细度=0.5Lm~1Lm;电解质HCl。3.2.2热压注成形方法热压注成形的基本原理是:在80e~100e的温度下使透明氧化铝瓷料同加有...
