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氧化铝基陶瓷型芯材料制备及性能研究

氧化铝基陶瓷型芯材料制备及性能研究
氧化铝基陶瓷型芯材料制备及性能研究

氧化铝基陶瓷型芯材料制备及性能研究

通过复杂气冷内腔结构改善涡轮叶片的散热能力,已成为先进发动机制造的关键,而陶瓷型芯是铸造具有复杂气冷内腔结构叶片的核心部件,因此,具有较强的研究意义和实用价值。目前,国内外制造高效气冷涡轮叶片所用的陶瓷型芯,按照基体材料主要分为氧化硅基陶瓷型芯和氧化铝陶瓷型芯。

陶瓷型芯的气孔率对其脱除效率影响较大,气孔率高的型芯容易脱除,因此,保证强度的同时提高气孔率是研制高性能陶瓷型芯的主要方法之一。本文以电熔刚玉为基体材料,氧化铝纤维棉为添加相,采用凝胶注模成型工艺制备了氧化铝基陶瓷型芯材料,并对相关性能进行了表征。

本文首先研究pH值、分散剂、球磨时间、纤维和固相含量对浆料粘度的影响。在固相含量为45wt.%、pH=9、球磨24h、分散剂为0.7wt.%、纤维添加量为4wt.%时,制备的浆料粘度最低,约为174mPa·s。

除此之外,研究了常规加热和真空冷冻两种干燥方式对坯体的影响,发现试样经过加热干燥后发生明显的翘曲和凹陷,变形较严重,而经真空冷冻干燥后变形较小,尤其在冷冻机中预冻5h,抽真空干燥24h的实验条件下,试样干燥无任何变形。同时,对坯体干燥后起皮现象也进行了研究,发现添加1wt.%的聚丙烯酰胺可完全抑制坯体的起皮现象。

其次,对凝胶成型制备的陶瓷性能进行了研究,发现陶瓷试样的强度随着固相含量的增加呈先增大后降低趋势,当固相含量为55wt.%时,陶瓷试样的弯曲强度为58.23MPa。随着纤维含量的增加,陶瓷试样的体积密度降低、气孔率增大。

随着烧结温度及保温时间的增加,陶瓷试样的体积密度增大,气孔率降低。当固相含量为55wt.%,纤维添加量为4wt.%,烧结温度为1600℃,保温时间为8h时,

陶瓷试样的弯曲强度达到最大值,约为80.25MPa,气孔率约为51.26%,与未添加纤维的陶瓷试样相比,分别提高了37.82%,17.43%。

氧化铝陶瓷的制备与应用

论文题目:氧化铝陶瓷的制备与应用 学院:材料科学与工程学院 专业班级:材料化学2班 学号:20090488 姓名:王杰 日期:2011-10-19

氧化铝陶瓷的制备与应用 摘要:氧化铝陶瓷是用途最广泛的陶瓷材料中的一种,它可用作机器及设备制造中的耐腐蚀材料、化工专业中的抗腐蚀材料、电工及电子技术中的绝缘材料、热工技术中的耐高温材料以及航空、国防等领域中的某些特种材料。 Abstract: the alumina ceramics is the most widely use of one of the ceramic material, it can be used as the machine and equipment manufacture of corrosion resistant material, chemical corrosion materials in the professional, electrical and electronic technology of thermal insulation materials, high temperature resistant materials and technologies in the aerospace, defense, etc to some of the special material. 关键词:氧化铝陶瓷耐磨性机械强度耐化学腐蚀 Keywords: alumina ceramics Wear resistance Mechanical strength Chemical corrosion-resistant 氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷。因为其优越的性能,在现代社会的应用已经越来越广泛,满足于日用和特殊性能的需要。[1] 1.硬度大经中科院上海硅酸盐研究所测定,其洛氏硬度为HRA80-90,硬度仅次于金刚石,远远超过耐磨钢和不锈钢的耐磨性能。 2.耐磨性能极好经中南大学粉末冶金研究所测定,其耐磨性相当于锰钢的266倍,高铬铸铁的171.5倍。根据我们十几年来的客户跟踪调查,在同等工况下,可至少延长设备使用寿命十倍以上。

陶瓷基复合材料加工工艺

第十四章陶瓷基复合材料加工工艺 第一节增强体的制备 陶瓷基复合材料的增强体(强韧化组元),主要有陶瓷纤维、陶瓷晶须与片状晶体、硬质陶瓷颗粒和可相变的氧化锆等。 一、增强纤维 可以用作陶瓷复合材料增强体的纤维,有金属纤维、陶瓷纤维和碳纤维。 1.金属纤维 Ta、Mo、W、Ni、Nb等高熔点纤维及不锈钢纤维,原则上都可以用作陶瓷基体的增强体。金属纤维一般由拉丝制成,直径在10~600μm的范围内,有比较大的选择范围。其特点是密度大、热膨胀系数大、容易氧化,可能对复合材料制作工艺和性能不利,而其延展性大和导电率高的特点,在某些情况下是有益的。 2.陶瓷纤维 陶瓷纤维包括含有金属芯的陶瓷纤维和全陶瓷的纤维。 在W金属丝或碳素丝上,用化学沉降的方法可以形成连续的陶瓷纤维。芯的直径大约在30—50μm,沉降后的纤维直径大约在100~200μm。陶瓷层组分可以是SiC或Si3N4。近年来,用有机硅前驱体分解的方法,可以拉制出许多种陶瓷纤维。其方法是将硅基有机物前驱体,在熔融状态下拉制出直径在数十微米的纤维,然后进行聚合以及高温分解,形成陶瓷纤维。这种纤维有碳化硅纤维、氮化硅纤维、碳化钛纤维、氧化铝纤维等。其中,比较有名的是日本宇部兴产株式会社生产的以Nicalon和Tynano命名的碳化硅纤维。它们都是用聚碳硅烷纺丝而成。在组成上是碳化硅微晶和SiO2、C的集合物。在高于1400℃的高温下,其中的SiC微细晶粒会发生再结晶而长大,C会与O发生反应,生成CO气体而逸出。非晶态的SiO2也会结晶化而生成石英微细晶粒。这些现象都使现存的碳化硅陶瓷纤维只能在1400℃以下温度下使用。Tynano 型SiC纤维,是含有一定Ti元素的纤维,耐热温度据称比Nicalon高近50℃。Al2O3纤维在高温下容易发生晶粒长大而难用于高温。 3.碳纤维 碳纤维的用量正在不断增加,尤其是在高分子基复合材料中的用量增长很快。碳纤维分为有机高分子系(PAN系:聚丙烯腈系)和沥青系两大类。有机高分子系较易实现高强度化和高韧性化,最高强度可达7GPa,延伸率可达2.0%以上。另一方面,沥青系碳纤维富有高弹性,

氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷的制备.性能.用途及发展材料科学与技术是当代文明的三大支柱之一和全球新技术革命的三个标志之一,在当今高科技的发展中起着基础和先导作用。对新材料的研究是社会发展的需要。 随着陶瓷制造工艺的不断进步,特别是对陶瓷烧结过程、显微结构的深入研究,人们已制造出玻璃相含量非常低甚至几乎不含玻璃相而由许多微小晶粒结合成的结晶态陶瓷。由于微晶氧化铝陶瓷具有稳定的理化性能和十分优异的电性能,近年来在各个领域得到了较为广泛的应用,成为先进陶瓷材料中异军突起的一种重要陶瓷材料。 在陶瓷材料中,氧化铝陶瓷是使用最为广泛的材料之一。氧化铝陶瓷具有机械强度高,绝缘电阻大,硬度高,耐磨、耐腐蚀及耐高温等一系列优良性能,其广泛应用于陶瓷、纺织、石油、化工、建筑及电子等各个行业,是目前氧化物陶瓷中用途最广、产销量最大的陶瓷新材料。 通常氧化铝陶瓷分为2大类,一类是高铝瓷,另一类是刚玉瓷. 氧化铝陶瓷的制备.性能.用途及发展如下: 一、材料制备 氧化铝陶瓷制品成型方法常采用的有:干压、注浆、挤出、等静压(干法、湿法)、注凝、流延、热压铸、离心注浆等。不同的产品,因其形状、尺寸、造型复杂与精度各异,需要采用合理的成型方法。1.原料来源: 氧化铝在地壳中含量非常丰富,在岩石中平均含量为15.34%,是自然

界中仅次于SiO2存量的氧化物。一般应用于陶瓷工业的氧化铝主要有2大类,一类是工业氧化铝,另一类是电熔刚玉。 2.制备工艺: 原料配料→研磨加工→制粉(制浆、制泥)→成型(半干压、滚制、等静压、注浆、离心注浆、热压铸、挤出)干燥→制粉→热压烧结→烧成→检选(冷加工)→包装入库→出厂 3.工艺条件对氧化铝烧结性能 氧化铝陶瓷制备环节中的各工艺条件都对它的烧结和显微结构有极大影响。这些制备环节包括:粉体的制备过程、粒径与粒度分布、成型方法、生坯密度、烧结温度、升温速率、保温时间、烧成气氛等。 4.氧化铝陶瓷工业 (1).工业氧化铝 工业氧化铝一般是以含铝量高的天然矿物铝土矿(主要矿物组成为铝的氢氧化物,如一水硬铝石(xAl2O3·H2O)、一水软铝石、三水铝石等氧化铝的水化物组成)和高岭土为原料,通过化学法(主要是碱法,多采用拜尔法——碱石灰法)处理,除去硅、铁、钛等杂质制备出氢氧化铝,再经煅烧而制得,其矿物成分绝大部分是x-Ai2O3。工业氧化铝是白色松散的结晶粉末,颗粒是由许多粒径<0.1μm的x-Ai2O3晶体组成的多孔球形聚集体,其孔隙率约为30%,平均粒径40~70μm。 工业氧化铝的3项主要杂质成分中,Na2O及Fe2O3将降低氧化铝瓷件的电性能,Na2O的含量应<0.5%~0.6%,Fe2O3含量应<0.04%。另外,在电真空瓷件中,工业氧化铝不得含有氯化物、氟化物等,因为它们能

氧化铝陶瓷制作工艺

氧化铝陶瓷介绍 来自:中国特种陶瓷网发布时间:2005-8-3 11:51:15 氧化铝陶瓷制作工艺简介 氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。高纯型氧化铝陶瓷系Al2O3含量在99.9%以上的陶瓷材料,由于其烧结温度高达1650—1990℃,透射波长为1~6μm,一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚:利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管;在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。普通型氧化铝陶瓷系按Al2O3含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种,有时Al2O3含量在80%或75%者也划为普通氧化铝陶瓷系列。其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料,如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等;95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件;85瓷中由于常掺入部分滑石,提高了电性能与机械强度,可与钼、铌、钽等金属封接,有的用作电真空装置器件。其制作工艺如下: 一粉体制备: 郑州玉发集团是中国最大的白刚玉生产商,和中科院上海硅酸盐研究所成立玉发新材料研究中心研究生产多品种α氧化铝。专注白刚玉和煅烧α氧化铝近30年,因为专注所以专业,联系QQ2596686490,电话156390七七八八一。 将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。粉体粒度在1μm?微米?以下,若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在99.99%外,还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。采用挤压成型或注射成型时,粉料中需引入粘结剂与可塑剂,?一般为重量比在10—30%的热塑性塑胶或树脂?有机粘结剂应与氧化铝粉体在150—200℃温度下均匀混合,以利于成型操作。采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。若采用半自动或全自动干压成型,对粉体有特别的工艺要求,需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状,以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。此外,为减少粉料与模壁的摩擦,还需添加1~2%的润滑剂?如硬脂酸?及粘结剂PVA。 欲干压成型时需对粉体喷雾造粒,其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。近年来上海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Al2O3喷雾造粒的粘结剂,在加热情况下有很好的流动性。喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散,流动角摩擦温度小于30℃。颗粒级配比理想等条件,以获得较大素坯密度。 二成型方法: 氧化铝陶瓷制品成型方法有干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、流延、热压与热等静压成型等多种方法。近几年来国内外又开发出压滤成型、直接凝固注模成型、凝胶注成型、离心注浆成型与固体自由成型等成型技术方法。不同的产品形状、尺寸、复杂造型与精度的产品需要不同的成型方法。摘其常用成型介绍: 1干压成型:氧化铝陶瓷干压成型技术仅限于形状单纯且内壁厚度超过1mm,长

陶瓷基复合材料综述

浅论陶瓷复合材料的研究现状及应用前景 董超2009107219金属材料工程 摘要 本文主要对陶瓷复合材料的研究现状及应用前景进行了研究,并对当今陶瓷复合材料发展面临的问题进行了概括,希望对陶瓷复合材料的进一步发展起到一定的作用。 本文首先对Al2O3陶瓷复合材料和玻璃陶瓷复合材料的研究进展及发展前景进行了详细的研究。然后对整个陶瓷复合材料的发展趋势及存在的问题进行了分析,得出了在新的时期陶瓷复合材料主要向功能、多功能、机敏、智能复合材料、纳米复合材料、仿生复合材料方向发展;目前复合材料面临的主要问题是基础理论研究问题和新的设计和制备方法问题。 关键词:Al2O3陶瓷复合材料玻璃陶瓷复合材料研究现状应用前景 1. 前言 以粉体为原料,通过成型和烧结等所制得的无机非金属材料制品统称为陶瓷。陶瓷的种类繁多,根据陶瓷的化学组成、性能特点、用途等不同,可将陶瓷分为普通陶瓷和特殊陶瓷两大类。而在许多重要的应用及研究领域,特殊陶瓷是主要研究对象。 陶瓷复合材料是特殊陶瓷的一种。在高技术领域内,对结构材料要求具有轻质高强、耐高温、抗氧化、耐腐蚀和高韧性的特点。陶瓷具有优良的综合机械性能,耐磨性好、硬度高、以及耐热性和耐腐蚀性好等特点。但是它的最大缺点是脆性大。近年来,通过往陶瓷中加入或生成颗粒、晶须、纤维等增强材料,使陶瓷的韧性大大地改善,而且强度及模量也有一定提高。因此引起各国科学家的重视。本文主要介绍了各种陶瓷复合材料的研究现状及其应用前景,并对陶瓷复合材料近年来的发展进行综述。 2.研究现状 随着现代科学技术快速发展,新型陶瓷材料的开发与生产发展异常迅速,新理论、新工艺、新技术和新装备不断出现,形成了新兴的先进无机材料领域和新兴产业。科学技术的发展对材料的要求日益苛刻,先进复合材料已成为现代科学技术发展的关键,它的发展水平是衡量一个国家科学技术水平的一个重要指标,因此世界各国都高度重视其研究和发展。 复合材料的可设计性大,能满足某些对材料的特殊要求,特别是在航空航天技术领域的应用得到迅速发展。陶瓷复合材料的研究,根本目的在于提高陶瓷材料的韧性,提高其可靠性,发挥陶瓷材料的优势,扩大应用领域。本文就几类典型的陶瓷复合材料介绍其研究现状。 2.1Al2O3陶瓷复合材料的研究进展及发展前景 Al2O3陶瓷作为常见陶瓷材料,既具有普通陶瓷耐高温、耐磨损、耐腐蚀、

氧化铝陶瓷基复合材料概述

概述了氧化铝陶瓷基复合材料,并且对其一般的生产工艺金属间、氧化铝陶瓷基复合材料以及其应用领域作了介绍, 前言 氧化铝(Al2O3) 陶瓷材料具有耐高温、硬度大、强度高、耐腐蚀、电绝缘、气密性好等优良性能, 是目前氧化物陶瓷中用途最广、产量最大的陶瓷新材料。但是与其他陶瓷材料一样,该陶瓷具有脆性这一固有的致命弱点,使得目前Al2O3 陶瓷材料的使用范围及其寿命受到了相当大的限制。近年来, 在氧化铝陶瓷中引入金属铝塑性相的Al/Al2O3 陶瓷基复合材料是一个非常活跃的研究领域。 概述 金属间化合物的结构与组成它的两组元不同, 具有序的超点阵结构, 各组元原子占据点阵的固定位置, 最大程度地形成异类原子之间结合。由于其原子的长程有序排列以及金属键和共价健的共存性, 有可能同时兼顾金属的较好塑性和陶瓷的高温强度。在力学性能上, 有序金属间化合物填补了陶瓷和金属之间的材料空白区域。有序金属间化合物中, Ti - Al、Ni - Al、Fe - Al 和Nb-Al系等几个系列的多种铝化物更是特别受到重视。这些铝化物具有优异的抗氧化性、抗硫化腐蚀性和较高的高温强度, 密度较小, 比强度较高。 由于在空气中铝粉极易氧化而在表面形成Al2O3 钝化膜,使Al 粉和Al2O3 颗粒之间表现出很差的润湿性,导致烧结法制备Al/Al2O3 陶瓷材料烧结困难, 影响复合材料的机械性能[5]。挤压铸造和气压浸渍工艺浸渍速度快, 但是预制体中的细小空隙很难进一步填充[ 6], 而后发展的无压渗透工艺操作复杂,助渗剂的选择随意, 且作用机理复杂, 反而增加了工艺控制难度[7]。20世纪80年代初, 美国Lanxide公司提出了一种制备陶瓷基复合材料的新工艺定向金属氧化技术( DirectedMetal Ox-idation, 简称DMOX)。该工艺是在高温下利用一定阻生剂限制金属熔体在其他5个方向的生长, 使金属熔体与氧化剂反应并只单向生长即定向氧化。采用该方法制备的Al/ Al2O3 陶瓷材料在显微结构上表现为由立体连通的-Al2O3 基体与三维网状连通的残余金属和不连续的金属组成, 由于Al2O3 晶间纯净, 骨架强度高于烧结、浸渍等工艺制得的同类材料的强度[ 9]同时, 三维连通的金属铝具有良好的塑性, 从而使该复合材料具有更为良好的综合机械性能。

氧化铝陶瓷制作及强化工艺

氧化铝陶瓷制作及强化工艺 氧化铝陶瓷制作工艺 氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。高纯型氧化铝陶瓷系Al2O3含量在99.9%以上的陶瓷材料,由于其烧结温度高达1650-1990℃,透射波长为1~6μm Al2O380%或75 %外, 体原料则不需加入粘结剂。若采用半自动或全自动干压成型,对粉体有特别的工艺要求,需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状,以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。此外,为减少粉料与模壁的摩擦,还需添加1~2%的润滑剂?如硬脂酸?及粘结剂PVA. 欲干压成型时需对粉体喷雾造粒,其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。近年来

上海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Al2O3喷雾造粒的粘结剂,在加热情况下有 很好的流动性。喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散,流动角摩擦温度 小于30℃。颗粒级配比理想等条件,以获得较大素坯密度。 二、成型方法: 氧化铝陶瓷制品成型方法有干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、流延、 1mm, 15~ 60μm、介于 制备。通常以水为熔剂介质,再加入解胶剂与粘结剂,充分研磨之后排气,然后倒 注入石膏模内。由于石膏模毛细管对水分的吸附,浆料遂固化在模内。空心注浆时,在模壁吸附浆料达要求厚度时,还需将多余浆料倒出。为减少坯体收缩量、应尽量 使用高浓度浆料。 氧化铝陶瓷浆料中还需加入有机添加剂以使料浆颗粒表面形成双电层使料

浆稳定悬浮不沉淀。此外还需加入乙烯醇、甲基纤维素、海藻酸胺等粘结剂及聚丙烯胺、阿拉伯树胶等分散剂,目的均在于使浆料适宜注浆成型操作。 三、烧成技术: 将颗粒状陶瓷坯体致密化并形成固体材料的技术方法叫烧结。烧结即将坯体内颗粒间空洞排除,将少量气体及杂质有机物排除,使颗粒之间相互生长结合, 中。 硬度较高,需用更硬的研磨抛光砖材料对其作精加工。如SiC、B4C或金刚钻等。通常采用由粗到细磨料逐级磨削,最终表面抛光。一般可采用<1μm微米的Al2O3微粉或金刚钻膏进行研磨抛光。此外激光加工及超声波加工研磨及抛光的方法亦可采用。有些氧化铝陶瓷零件需与其它材料作封装处理。 氧化铝陶瓷强化工艺

氧化铝陶瓷制作工艺简介

无机非金属材料工艺学 无机非金属材料工艺学第三次作业 班级:材料科学与工程2班(非金属) 姓名:伍洋婷 学号:201211101076 2015年4月7日

氧化铝陶瓷生产技术工艺简介氧化铝陶瓷的低温烧结技术 氧化铝陶瓷是一种以Al 2O 3 为主要原料,以刚玉(α—Al 2 O 3 )为主晶相的 陶瓷材料。 一、通过提高Al 2O 3 粉体的细度与活性降低瓷体烧结温度。 目前,制备超细活化易烧结Al 2O 3 粉体的方法分为二大类,一类是机械 法,另一类是化学法。机械法是用机械外力作用使Al 2O 3 粉体颗粒细化,常用 的粉碎工艺有球磨粉碎、振磨粉碎、砂磨粉碎、气流粉碎等等。通过机械粉碎方法来提高粉料的比表面积,尽管是有效的,但有一定限度,通常只能使粉料的平均粒径小至1μm左右或更细一点,而且有粒径分布范围较宽,容易带入杂质的 缺点。近年来,采用湿化学法制造超细高纯Al 2O 3 粉体发展较快,其中较为成 熟的是溶胶—凝胶法。由于溶胶高度稳定,因而可将多种金属离子均匀、稳定地分布于胶体中,通过进一步脱水形成均匀的凝胶(无定形体),再经过合适的处理便可获得活性极高的超微粉混合氧化物或均一的固溶体。目前此法大致有以下3种工艺流程。 (1)形成金属氧有机基络合物溶胶→水解并缩合成含羟基的三度空间高分子结构→溶胶蒸发脱水成凝胶→低温煅烧成活性氧化物粉料。 (2)含有不同金属离子的酸盐溶液和有机胶混合成溶液→溶胶蒸发脱水成凝胶→低温煅烧成粉体。 (3)含有不同金属离子的溶胶直接淬火、沉积或加热成凝胶→低温煅烧成粉 体。湿化学法制备的Al 2O 3 粉体粒径可达到纳米级,粒径分布范围窄,化学纯 度高,晶体缺陷多。因此化学法粉体的表面能与活性比机械法粉体要高得多。采 用这种超细Al 2O 3 粉体作原料不仅能明显降低氧化铝瓷的烧结温度(可降15 0℃—300℃),而且可以获得微晶高强的高铝瓷材料。表二是日本住友化学 有限公司生产的易烧结Al 2O 3 粉料理化指标。 二、通过瓷料配方设计掺杂降低瓷体烧结温度 氧化铝陶瓷的烧结温度主要由其化学组成中Al 2O 3 的含量来决定,Al 2 O 3 含量越高,瓷料的烧结温度越高,除此之外,还与瓷料组成系统、各组成配 比以及添加物种类有关。比如,在Al 2O 3 含量相当时,CaO-Al 2 O 3 -S iO 2系Al 2 O 3 瓷料比MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 系瓷料的烧结温度低,对于 我国目前大量生产的CaO-MgO-Al 2O 3 -SiO 2 系统瓷料而言,为使 其具有较低的烧结温度与良好性能,应控制其SiO 2 /CaO处于16~06之内,MgO含量不超过熔剂类氧化物总量的1/3,同时,在配方中引入少量的 La 2O 3 、Y 2 O 3 、Cr 2 O 3 、MnO、TiO 2 、ZrO 2 、Ta 2 O 3 等氧化物 能进一步降低烧结温度、改善瓷体的微观组织结构和性能。目前配方设计中所加入的各种添加剂,根据其促进氧化铝陶瓷烧结的作用机理不同,可以将它们分为形成新相或固溶体的添加剂和生成液相的添加剂二大类。 1、与Al 2O 3 形成新相或固溶体的添加剂。 这类添加剂是一些与氧化铝晶格常数相接近的氧化物,如TiO 2、Cr 2 O 3、Fe 2 O 3 、MnO 2 等,在烧成中,这些添加物能与Al 2 O 3 生成固溶体, 这类固溶体或为掺入固溶体(如Ti4+置换Al3+时),或为有限固溶体,或为 连续固溶体(如Cr 2O 3 与形成的Al 2 O 3 ),它们可以活化晶格(TI4+、A

氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷(alumina ceramics)是一种以α- Al2O3为主晶的陶瓷材料。其Al2O3含量一般在75~99.99%之间。通常习惯以配料中Al2O3的含量来分类。Al2O3含量在75%左右的为“75瓷“,含量在85%左右的为“85瓷“,含量在95%左右的为“95瓷“,含量在99%左右的为“99瓷“。 工业Al2O3是由铝钒土(Al2O3·3H2O)和硬水铝石制备的,对于纯度要求不高的,一般通过化学方法来制备。电熔刚玉即是用上述原料加碳在电弧炉内于2000~2400C熔融制得,也称人造刚玉。 Al2O3有许多同质异晶体。根据研究报道过的变体有十多种,但主要有三种,即γ- Al2O3,β- Al2O3,α- Al2O3。Al2O3的晶体转化关系如下图,其结构不同,因此其性质也不同,在1300度以上的高温几乎完全转变为α- Al2O3。 γ- Al2O3,属尖晶石型(立方)结构,氧原子形呈立方密堆积,铝原子填充在间隙中。它的密度小。且高温下不稳定,机电性能差,在自然界中不存在。由于是松散结构,因此可利用它来制造多孔特殊用途材料。 β- Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物。它的化学组成可以近似地用RO·6 Al2O3和R2O·11 Al2O3来表示(RO指碱土金属氧化物,R2O指碱金属氧化物),其结构由碱金属或碱土金属离子如[NaO]ˉ层和[Al11O12]+类型尖晶石单元交叠堆积而成,氧离

子排列成立方密堆积,Na+完全包含在垂直于C轴的松散堆积平面内,在这个平面内可以很快扩散,呈现离子型导电。 α- Al2O3,属三方晶系,单位晶胞是一个尖的菱面体,在自然办只存在α- Al2O3,如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物。α- Al2O3结构最紧密、活 性低、高温稳定。它是三种形态中最稳定的晶型,电学性质最好,具有优良的机电性能。 Al2O3中的化学键是离子键,离子键也称“电价键”,它是由金属原子失去外层电子形成正离子,非金属原子取得电子形成负离子,互相结合形成的。离子键是依靠正负离子间静电引力所产生的化学键,它没有方向性也没有饱和性。A Al2O3陶瓷属于氧化物晶体结构,氧化物结构的结合键以离子键为主,它的分子式通常以AmXn 表示。A(或者B)表示与氧结合的正离子,n为离子数,x表示氧离子,n表示它的数量。大多数氧化物中的氧离子半径大于正离子的半径。所以它们的结构是以大直径的氧离子密堆排列的骨架,组成六方或面心立方点阵,小直径的正离子嵌入骨架的间隙处。这种陶瓷材料具有高的硬度和熔点。 陶瓷体的相组成中,晶相相对含量波动范围很大,通常特种陶瓷中晶相体相对含量较高。晶相对陶瓷材料性质有很大的影响。表中列出了一般陶瓷到特种陶瓷中的刚玉相(α- Al2O3)含量的变化及表现出的性能差异。

氧化铝陶瓷综述

***********(所属单位)材料科学进展课程设计 学号:******** 专业:******** 学生姓名:*** 任课教师:*** 2011年10月

***********(所属单位)材料科学进展 (小论文) 学号:******* 专业:******* 学生姓名:*** 任课教师:*** 2011年10月

氧化铝陶瓷综述 ***(姓名) *********(所属单位) 摘要:本文简述了氧化铝陶瓷的功能及在各行业的应用,详细论述了氧化铝陶瓷的制备、成型及烧结方法。 关键词:氧化铝陶瓷制备成型烧结应用 以氧化铝(Al2O3)为主要成分的陶瓷称为氧化铝陶瓷。它属于无机非金属材料,具有特殊用途,新的性能,故也称特种陶瓷、高性能陶瓷。氧化铝陶瓷是氧化物陶瓷中应用最广、用途最宽、产销量最大的陶瓷新材料。 1氧化铝的同质多晶变体及其性能简介 根据研究报道,Al2O3有12种同质多晶变体[1],但应用较多的主要有3种,即α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3,这3种晶体的结构不同,故它们的性质具有 很大的差异[2]。 (1)α-Al2O3是三方晶系,单位晶包是一个尖的菱面体,密度为 3.96~4.01g/cm3,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)β-Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物,密度为 3.30~3.63g/cm3,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)γ-Al2O3是尖晶石型立方结构,在950~1200℃范围内转化为α-Al2O3,密度为3.42~3.47g/cm3。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。 由于β-Al2O3和γ-Al2O3在高温(950~1200℃)下易转化为α-Al2O3,而陶瓷的制备又须经高温烧结,所以氧化铝陶瓷是一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料。 2氧化铝陶瓷的功能简介 氧化铝陶瓷具有热稳定和化学稳定性,电绝缘性、压电性、耐腐蚀性、化学吸附性、生物适应性、吸声性和透光性等多种有实用价值的性能和功能,见表1。

氧化铝陶瓷生产工艺流程简介

氧化铝陶瓷生产工艺流程简介 一、特点与技术指标 氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。高纯型氧化铝陶瓷系Al 2 O3含量在99.9%以上的陶瓷材料,由于其烧结温度高达1650-1990℃,透射波长为1~6μm,一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚:利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管;在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。普通型氧化铝陶瓷 系按Al 2O 3 含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种,有时Al 2 O 3 含量在 80%或75%者也划为普通氧化铝陶瓷系列。 1. 硬度大 经中科院上海硅酸盐研究所测定,其洛氏硬度为HRA80-90,硬度仅次于金刚石,远远超过耐磨钢和不锈钢的耐磨性能。 2. 耐磨性能极好 经中南大学粉末冶金研究所测定,其耐磨性相当于锰钢的266倍,高铬铸铁的171.5倍。根据我们十几年来的客户跟踪调查,在同等工况下,可至少延长设备使用寿命十倍以上。 3. 重量轻 氧化铝陶瓷密度为3.5g/cm3,仅为钢铁的一半,可大大减轻设备负荷。性能符合Q/OKVL001-2003技术标准,耐磨陶瓷主要技术指标氧化铝含量≥95% 、密度≥3.5 g/cm3 、洛氏硬度≥80 HRA 、抗压强度≥850 Mpa 、断裂韧性K ΙC ≥4.8MPa·m1/2 、抗弯强度≥290MPa 、导热系数 20W/m.K 、热膨胀系数:7.2×10-6m/m.K。 其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料,如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等;95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件;85瓷中由于常掺入部分滑石,提高了电性能与机械强度,可与钼、铌、钽等金属封接,有的用作电真空装置器件。其制作工艺如下: 二、粉体制备: 将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。粉体粒度在1μm微米以下,若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在99.99%外,还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。采用挤压成型或注射成型时,粉料中需

陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料 江雪玲 (重庆师范大学化学学院,2011级材料化学,20110513423) 摘要:概述了陶瓷基复合材料的基本概念,介绍了陶瓷基复合材料的分类及其应用,以及各类陶瓷基复合材料的优点、缺点。最后,综合了陶瓷基复合材料的优点、缺点,并对未来陶瓷基复合材料的发展提出了期许以及发展方向。 关键词:陶瓷基复合材料、氧化物基透波材料、磷酸盐基透波材料、氮化物基透波材料、连续纤维增强陶瓷基复合材料。 陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能,而其致命的弱点是具有脆性,处于应力状态时,会产生裂纹,甚至断裂导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合,则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展,从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。 1、陶瓷基复合材料 由于陶瓷本身存在韧性和可靠性不足的缺点,因此人们对各种陶瓷材料进行优化设计,制备出整体性能更为优异的陶瓷基透波复合材料。陶瓷基透波复合材料按基体的成分不同可主要分为氧化物基、磷酸盐基及氮化物基等系列。下表为部分陶瓷基透波复合材料的基本性能。 表:部分陶瓷基透波复合材料的基本性能 性能2D 3D 2.5D 2.5D

SiO2f/SiO2 SiO2/SiO2 Q/NCMCs Q/磷酸盐 折弯强度/Mpa 97.0 Z:14.0 X:13.2 117.5 40~110 介电常数 2.61 2.8 3.24 3.2~3.4 损耗角正切0.0016 0.008 0.004 0.007~0.008热导率 w/(m.k) 0.35 0.838(270℃) 1.1 / 2、氧化物基透波材料 虽然石英陶瓷具有优异的介电性能,但其也存在抗雨蚀性能、力学性能较差的缺点,为此人们通过各种增强方式来提高石英陶瓷材料的断裂韧性和可靠性。连续纤维增强陶瓷基复合材料具有强度高、韧性好、密度低等特点,因而收到了广泛关注。M.Favaloro等制备了三维石英纤维织物增强二氧化硅复合材料 AS-3DX,材料的介电常数为2.88,介电损耗为0.006(5.841GHz,25℃),国防科学技术大学宋阳曦采用溶胶-凝胶工艺,通过浓缩硅溶胶并引入手糊成型工艺和模压 工艺制备了二维石英纤维织物增强石英基(2DSiO2f/SiO2)复合材料,其介电常数为2.61~2.64,损耗角正切为0.0016~0.0019,热导率为0.35~0.37W/(m.k),由此可见,这类材料的透波性能优异,但热导率仍然偏高,高温性能有待改善。 2、磷酸盐基透波材料 磷酸盐基复合材料一般由布块或织物经磷酸盐溶液浸渍后加压固化而得。目前在航天透波材料领域获得应用的主要有硅质纤维增强磷酸铝、磷酸铬及磷酸铬铝复合材料。磷酸盐基复合材料具有耐高温、高强度、介电性能优异、抗氧化、

氧化铝陶瓷制作工艺

氧化铝陶瓷制作工艺 Company Document number:WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

氧化铝陶瓷制作工艺 氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。高纯型氧化铝陶瓷系Al2O3含量在%以上的陶瓷材料,由于其烧结温度高达1650-1990℃,透射波长为1~6μm,一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚:利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管;在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。普通型氧化铝陶瓷系按Al2O3含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种,有时Al2O3含量在80%或75%者也划为普通氧化铝陶瓷系列。其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料,如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等;95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件;85瓷中由于常掺入部分滑石,提高了电性能与机械强度,可与钼、铌、钽等金属封接,有的用作电真空装置器件。其制作工艺如下: 一、粉体制备: 将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。粉体粒度在1μm微米以下,若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在%外,还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。采用挤压成型或注射成型时,粉料中需引入粘结剂与可塑剂,一般为重量比在10-30%的热塑性塑胶或树脂有机粘结剂应与氧化铝粉体在150-200℃温度下均匀混合,以利于成型操作。采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。若采用半自动或全自动干压成型,对粉体

有特别的工艺要求,需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状,以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。此外,为减少粉料与模壁的摩擦,还需添加1~2%的润滑剂如硬脂酸及粘结剂PVA。 欲干压成型时需对粉体喷雾造粒,其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。近年来上海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Al2O3喷雾造粒的粘结剂,在加热情况下有很好的流动性。喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散,流动角摩擦温度小于30℃。颗粒级配比理想等条件,以获得较大素坯密度。 二、成型方法: 氧化铝陶瓷制品成型方法有干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、流延、热压与热等静压成型等多种方法。近几年来国内外又开发出压滤成型、直接凝固注模成型、凝胶注成型、离心注浆成型与固体自由成型等成型技术方法。不同的产品形状、尺寸、复杂造型与精度的产品需要不同的成型方法。摘其常用成型介绍:1干压成型:氧化铝陶瓷干压成型技术仅限于形状单纯且内壁厚度超过1mm,长度与直径之比不大于4∶1的物件。成型方法有单轴向或双向。压机有液压式、机械式两种,可呈半自动或全自动成型方式。压机最大压力为200Mpa.产量每分钟可达15~50件。由于液压式压机冲程压力均匀,故在粉料充填有差异时压制件高度不

氧化铝陶瓷综述(原版)

目 录 摘 要 ................................................................................................................................ 1 正文: ................................................................................................................................ 1 1氧化铝的同质多晶变体及其性能简介 . (1) 1.1α-32O Al ................................................................................................................ 1 1.2β-32O Al ................................................................................................................. 1 1.3γ-32O Al ................................................................................................................. 1 2氧化铝陶瓷的分类及功能简介 . (2) 2.1分类 (2) 2.1.1氧化铝陶瓷按其中氧化铝含量不同分为高纯型和普通型两种。.......... 2 2.1.2氧化铝陶瓷根据主晶相不同可分为刚玉瓷、刚玉—莫来石瓷及莫来石瓷。................................................................................................................................. 2 2.2功能 ........................................................................................................................ 2 3氧化铝陶瓷的原料及其加工 .. (3) 3.1原料及其制备 ........................................................................................................ 3 3.232O Al 的预烧 .......................................................................................................... 4 3.332O Al 粉体的制备 .................................................................................................. 4 4氧化铝陶瓷的成型工艺 . (5) 4.1成型辅助剂 ............................................................................................................ 5 4.2成型方法 . (5) 4.2.1模压成型...................................................................................................... 5 4.2.2等静压成型.................................................................................................. 5 4.2.3注浆成型...................................................................................................... 5 4.2.4凝胶注模成型.............................................................................................. 5 4.2.5热压铸成型.. (6) 5烧结 (6) 5.1烧结方法 (6) 5.1.1常压烧结法.................................................................................................. 6 5.1.2热压烧结和热等静压烧结.. (6)

复合材料学-陶瓷基复合材料的发展现状和最新进展

陶瓷基复合材料的发展现状和最新进展The Development Status and Recent Research Progress of Ceramic-Matrix Composite Materials 学生姓名: 学生学号: 指导教师: 所在院系: 所学专业: 南京理工大学 中国·南京 2015年11月

摘要综述了陶瓷基复合材料(CMC)在近年来的研究进展,就陶瓷的增强增韧机 理、复合材料的制备工艺作了较全面的介绍,综述了先驱体浸渍裂解(PIP)反应熔体浸渗(RMI)化学气相渗透(CVI)泥浆法(SI)等工艺的最新研究进展,并对CMC的应用和未来发展进行了展望。 关键词复合材料;陶瓷基;增强增韧;制备工艺;应用;未来发展 Abstract The studying situation of ceramic matrix composites(CMC) in the lately years is reviewed in this paper.The strengthening and toughening mechanism,selection of matrix and reinforced materials and preparation techniques are introduced comprehensively,and then progresses of several preparation processes such as PIP,RMI,CVI,and SI are discussed.Also,the application prospects of future development of CMC are looked forward. Keywords composites; ceramic matrix; strengthening and toughening; preparation technique;application; future development 1971年,Avesto首次提出陶瓷基复合材料的概念[1]。众所周知,陶瓷基复合材料不是传统意义上的陶瓷,陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。它的主要基体有玻璃陶瓷、氧化铝、氮化硅等,这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、高耐腐蚀性、低线胀系数、隔热性好及低密度等优异性能,而且资源也比较丰富,有广泛的应用前景[2]。但由于陶瓷材料本身脆性的弱点,作结构材料使用时缺乏足够的可靠性。因而,改善陶瓷材料的脆性已成为陶瓷材料领域亟待解决的问题之一。CMC就是通过颗粒弥散增韧和纤维及晶须增韧等来改善陶瓷材料的力学性能,特别是脆性。因而开发CMC已成为改善陶瓷脆性的主要手段,受到各国的高度重视和广泛研究。 1 CMC的增韧机理 目前看来,陶瓷的增韧机理虽然很多,且众说纷纭,但总体而言大致可有如下四种类型:①相变增韧(transformation toughening);②延性相增韧(toughening by ductile phases);③脆性纤维和晶须增韧(toughening by brittle fibers and whiskers);④微裂纹增韧(microcrack toug hening)。 相变增韧的机理是在应力场的作用下,由分散相的相变产生应力场,抵消外加应力,阻止裂纹扩展达到增韧目的。延性相增韧主要是指粒子强化和弥散强化,通过第2相粒子的加入,一方面对某些延性相粒子,它可以在外力作用下产生一定塑性变形或者沿着晶面滑移产生蠕变来缓解应力集中;另一方面由于第二相粒子与基体粒子之间弹性模量和线胀系数的差异,在烧结过程冷却阶段存在一定温差,因而在坯体内部产生径向张应力和切向压应力,这种应力与外应力发生相互作用,使裂纹前进方向发生偏转、绕道,从而提高材料的抗断能力,达到增韧目的[3]。 纤维和晶须增韧的机理如图1[4]所示,其作用原理有以下几步:(1)负荷传递:要求(E f / E m)>2(E为弹性模量,同时要求纤维与基体间有较强界面来帮助负荷从基体转移到纤维);(2)基体预应力:如果αf>αm,则压缩应力能够产生,界面压缩力增加了纤维/基

氧化铝陶瓷制作工艺简介.doc

氧化铝陶瓷制作工艺简介 氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。高纯型氧化铝陶瓷系Al2O3含量在99.9%以上的陶瓷材料,由于其烧结温度高达1650—1990℃,透射波长为1~6μm,一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚:利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管;在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。普通型氧化铝陶瓷系按Al2O3含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种,有时Al2O3含量在80%或75%者也划为普通氧化铝陶瓷系列。其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料,如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等;95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件;85瓷中由于常掺入部分滑石,提高了电性能与机械强度,可与钼、铌、钽等金属封接,有的用作电真空装置器件。其制作工艺如下: 一粉体制备: 将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。粉体粒度在1μm?微米?以下,若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在99.99%外,还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。采用挤压成型或注射成型时,粉料中需引入粘结剂与可塑剂,?一般为重量比在10—30%的热塑性塑胶或树脂?有机粘结剂应与氧化铝粉体在150—200℃温度下均匀混合,以利于成型操作。采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。若采用半自动或全自动干压成型,对粉体有特别的工艺要求,需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状,以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。此外,为减少粉料与模壁的摩擦,还需添加1~2%的润滑剂?如硬脂酸?及粘结剂PVA。 欲干压成型时需对粉体喷雾造粒,其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。近年来上海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Al2O3喷雾造粒的粘结剂,在加热情况下有很好的流动性。喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散,流动角摩擦温度小于30℃。颗粒级配比理想等条件,以获得较大素坯密度。 二成型方法: 氧化铝陶瓷制品成型方法有干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、流延、热压与热等静压成型等多种方法。近几年来国内外又开发出压滤成型、直接凝固注模成型、凝胶注成型、离心注浆成型与固体自由成型等成型技术方法。不同的产品形状、尺寸、复杂造型与精度的产品需要不同的成型方法。摘其常用成型介绍:1干压成型:氧化铝陶瓷干压成型技术仅限于形状单纯且内壁厚度超过1mm,长度与直径之比不大于4∶1的物件。成型方法有单轴向或双向。压机有液压式、机械式两种,可呈半自动或全自动成型方式。压机最大压力为200Mpa。产量每分钟可达15~50件。由于液压式压机冲程压力均匀,故在粉料充填有差异时压制件高度不同。而机械式压机施加压力大小因粉体充填多少而变化,易导致烧结后尺寸收缩产生差异,影响产品质量。因此干压过程中粉体颗粒均匀分布对模具充填非常重要。充填量准确与否对制造的氧化铝陶瓷零件尺寸精度控制影响很大。粉体颗粒以大于60μm、介于60~200目之间可获最大自由流动效果,取得最好压力成型效果。 2注浆成型法:注浆成型是氧化铝陶瓷使用最早的成型方法。由于采用石膏模、成本低且易于成型大尺寸、外形复杂的部件。注浆成型的关键是氧化铝浆料的制备。通常以水为熔剂介质,再加入解胶剂与粘结剂,充分研磨之后排气,然后倒

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