11111111氧化铝陶瓷的发展与应用.docVIP

氧化铝陶瓷的发展与应用 　前言 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。高铝瓷是以Al2O3 和SiO2 为主要成分的陶瓷,其中Al2O3 的含量在45 %以上,随着Al2O3 含量的增多,高铝瓷的各项性能指标都有所提高;由于瓷坯中主晶相的不同,又分为刚玉瓷、刚玉—莫来石瓷、莫来石瓷等。根据Al2O3 含量的不同,习惯上又称为75瓷、80 瓷、85 瓷、90 瓷、92 瓷、95 瓷、99 瓷等。高铝瓷的用途极为广泛,除了用作电真空器件和装置瓷外,还大量用来制造厚膜、薄膜电路基板,火花塞瓷体,纺织瓷件,晶须及纤维,磨料、磨具及陶瓷刀,高温结构材料等;目前市场上生产、销售和应用最为广泛的氧化铝陶瓷是Al2O3 含量在90 %以上的刚玉瓷。 1 　原料 作为陶瓷原料主要成分之一的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。 1. 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γ- Al2O3 。 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γ- Al2O3 晶体组成的多孔球形聚集体,其孔隙率约为30 % ,平均粒径为40～70μm。工业氧化铝含量的质量标准见表1。 表1 　工业氧化铝含量的质量标准 质量% 1 级 2 级 3 级 4 级 5 级 Al2O3 98. 60 ≮98. 50 ≮98. 40 ≮98. 30 ≮98. 20 SiO2 ≯0. 02 ≯0. 04 ≯0. 06 ≯0. 08 ≯0. 10 Fe2O3 0. 03 ≯0. 04 ≯0. 04 ≯0. 04 ≯0. 04 Na2O ≯0. 50 ≯0. 55 ≯0. 60 ≯0. 60 ≯0. 60 灼减 0. 80 ≯0. 80 ≯0. 80 ≯0. 80 ≯1. 00 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,因为它们能侵蚀电真空装置。 1. 2 　电熔刚玉 电熔刚玉是以工业氧化铝或富含铝的原料在电弧炉中熔融,缓慢冷却使晶体析晶出来,其Al2O3 含量可达99 %以上,Na2O 含量可减少至0. 1 %～0. 3 %。电熔刚玉的矿物组成主要是α- Al2O3 ,纯正的电熔刚玉呈白色,称为白刚玉;熔制时加入氧化铬,可制成红色的铬刚玉;加入氧化锆时可制成锆刚玉;电熔刚玉中含有TiO2 则称钛刚玉。这一系列的电熔刚玉由于熔点高、硬度大,是制造高级耐火材料、高硬磨料磨具的优质原料 刚玉熔点为2 050 ℃,莫氏硬度为10 。 1. 3 　氧化铝的主要晶型 氧化铝具有多种晶体结构,大部分是由氢氧化铝脱水转变为稳定结构的α- Al2O3 时所生成的中间相,它们的结构是不完整的,在高温下是不稳定的,最后都转变成α- Al2O3 。据文献报道,已有α、β、γ、δ、ε、ζ、η、θ、κ、λ、ρ及无定型氧化铝等12 种,最为常见的有α-Al2O3 、β- Al2O3 和γ- Al2O3 3 种。 α- Al2O3 俗称刚玉,属三方柱状晶体,晶体结构中氧离子形成六方最紧密堆积,铝离子则在6 个氧离子围成的八面体中心。由于α- Al2O3 具有熔点高,硬度大,耐化学腐蚀,优良的介电性,是氧化铝各种型态中最稳定的晶型,也是自然界中惟一存在的氧化铝的晶型。用α- Al2O3 为原料制备的氧化铝陶瓷材料,其机械性能、高温性能、介电性能及耐化学腐蚀性能都是非常优异的。 β- Al2O3 实际上不是氧化铝的变体,而是一种含碱金属