Niedertemperatur-Sintertechnologie von Aluminiumoxidkeramik

Gegenwärtig kann die Niedertemperatur-Sintertechnologie verschiedener Aluminiumoxidkeramiken in drei Aspekten zusammengefasst werden: Rohstoffverarbeitung, Formeldesign und Sinterprozess. Die folgenden sind jeweils zusammengefasst.

1. Durch Verringern der Teilchengröße von Aluminiumoxidpulver und Erhöhen der Aktivität von Pulver kann die Sintertemperatur des Porzellankörpers verringert werden.

Pulver hat eine höhere freie Oberflächenenergie. Die Oberflächenenergie des Pulvers ist die innere Triebkraft des Sinterns. Je feiner die Partikel des Al2O3-Pulvers sind, desto höher ist der Aktivierungsgrad, desto leichter wird das Pulver gesintert und desto niedriger ist die Die Sintertemperatur beträgt. Bei der Niedertemperatur-Sintertechnologie von Aluminiumoxidkeramik ist es eines der wichtigsten Mittel, hochaktives Aluminiumoxidpulver als Rohmaterial zu verwenden, sodass die Pulverherstellungstechnologie zu einem grundlegenden Bindeglied in der Niedertemperatur-Sintertechnologie von Keramik wird.

Gegenwärtig werden die Verfahren zur Herstellung von ultrafein aktiviertem, leicht gesintertem Aluminiumoxidpulver in zwei Kategorien unterteilt: eine mechanische Methode und eine chemische Methode.

Mechanische Methode

Al2O3-Partikel werden durch mechanische äußere Kraft verfeinert. Die üblicherweise verwendete Zerkleinerungstechnologie umfasst Kugelschleifen, Vibrationsschleifen, Sandschleifen, Luftstromschleifen usw. Obwohl es effektiv ist, die spezifische Oberfläche des Pulvers durch mechanisches Zerkleinern zu vergrößern, kann es normalerweise nur die durchschnittlichen Partikel reduzieren Pulvergröße bis ca. 1 m oder etwas feiner. Darüber hinaus hat es einen breiten Partikelgrößenverteilungsbereich und ist leicht in Verunreinigungen einzubringen.

Chemische Methode

In den letzten Jahren hat sich die Herstellung von ultrafeinem und hochreinem Al2O3-Pulver durch nasschemische Verfahren schnell entwickelt, wobei das Sol-Gel-Verfahren reifer ist. Aufgrund der hohen Stabilität des Sols kann eine Vielzahl von Metallionen gleichmäßig und stabil sein durch weitere Dehydratisierung im Kolloid verteilt, um ein gleichmäßiges Gel (amorpher Körper) zu bilden, und dann nach entsprechender Behandlung eine extrem hohe Aktivität von ultrafeinem Pulvermischoxid oder gleichmäßiger fester Lösung erhalten werden kann.

2. Reduzieren Sie die Sintertemperatur des Porzellankörpers durch das Design und die Dotierung der Porzellanmaterialformel

Die Sintertemperatur von Aluminiumoxidkeramiken wird hauptsächlich durch den Gehalt an Aluminiumoxid in seiner chemischen Zusammensetzung bestimmt. Je höher der Aluminiumoxidgehalt ist, desto höher ist die Sintertemperatur der Porzellanmaterialien. Darüber hinaus hängt es auch mit dem Zusammensetzungssystem der Porzellanmaterialien, dem Zusammensetzungsverhältnis und der hinzugefügten Spezies zusammen. Unter der Voraussetzung, dass der Keramikkörper den Zweck und die technischen Anforderungen des Produkts erfüllen kann, können wir daher einen angemessenen wählen Keramikmaterialsystem durch Formeldesign und Zugabe geeigneter Additive zur Unterstützung des Brennens, um die Sintertemperatur von Aluminiumoxidkeramiken so weit wie möglich zu senken.

Gegenwärtig können die im Formulierungsdesign zugesetzten Additive gemäß ihrem unterschiedlichen Mechanismus zur Förderung des Sinterns von Aluminiumoxidkeramik in zwei Kategorien unterteilt werden, nämlich die Additive, die eine neue Phase oder feste Lösung bilden, und die Additive, die eine flüssige Phase bilden.

Erste Kategorie: Additive, die mit Aluminiumoxid eine neue Phase oder eine feste Lösung bilden

Solche Additive sind Oxide, die nahe an den Gitterkonstanten von Aluminiumoxid liegen, wie TiO2, Cr2O3, fe2O3, MnO2 usw. Diese Art von Additiv fördert das Sintern von Aluminiumoxidporzellan mit einer gewissen Regelmäßigkeit:

A. Die Additive, die mit Aluminiumoxid eine endliche feste Lösung bilden können, haben einen größeren Kühleffekt als diejenigen, die eine kontinuierliche feste Lösung bilden.

B. Additive mit variabler Valenz haben eine größere Wirkung als Additive mit konstanter Valenz;

C. Kationische Additive mit hohem Strompreis haben eine größere Kühlwirkung.

Es ist zu beachten, dass die Poren im Kristall schwer zu füllen sind, die Luftdichtheit schlecht ist und die elektrischen Eigenschaften stärker abnehmen, da diese Art von Additiv in Abwesenheit einer flüssigen Phase gesintert wird (Rekristallisationssintern) im Formulierungsdesign berücksichtigt.

Die zweite Art: das Additiv, das beim Brennen eine flüssige Phase bildet

Die chemischen Komponenten dieser Art von Additiv sind hauptsächlich SiO 2, CaO, MgO, SrO, BaO usw. Sie können mit anderen Komponenten im Brennprozess binäre, ternäre oder multiple eutektische Substanzen bilden. Die Sintertemperatur von Aluminiumoxidkeramiken wird aufgrund stark verringert Wenn eine beträchtliche Menge (etwa 12%) der flüssigen Phase auftritt, haben die festen Teilchen eine gewisse Löslichkeit in der flüssigen Phase und die festen Teilchen können durch die flüssige Phase benetzt werden, was die Förderung fördert Das Sintern ist ebenfalls bedeutender. Der Wirkungsmechanismus liegt in der Benetzungskraft und der Oberflächenspannung der flüssigen Phase auf der Oberfläche der festen Phase, wodurch sich die festen Partikel den Poren nähern und diese füllen.

Zusätzlich ist aufgrund der hohen Oberflächenaktivität der feinen und fehlerhaften Kristalle im Sinterprozess die Löslichkeit in der flüssigen Phase viel größer als die der großen Kristalle. Auf diese Weise werden im Sinterprozess die kleinen und mittleren Kristalle wachsen kontinuierlich, die Poren nehmen ab und es kommt zu einer Rekristallisation. Um ein übermäßiges Kornwachstum aufgrund von Rekristallisation zu verhindern und die mechanischen Eigenschaften von Keramik zu beeinflussen, müssen einige Additive ausgewählt werden, die das Kornwachstum beim Formeldesign nicht beeinflussen oder sogar hemmen, wie z als MgO, CuO und NiO.

3. Wenden Sie ein spezielles Sinterverfahren an, um die Sintertemperatur des Porzellankörpers zu senken

Beim Heißpressen wird das Sintern nicht nur durch Diffusion und Stoffaustausch abgeschlossen, wenn der Grünkörper gleichzeitig erhitzt und unter Druck gesetzt wird. Zu diesem Zeitpunkt spielt der plastische Fluss eine wichtige Rolle. Die Sintertemperatur des Grünkörpers ist viel niedriger als die atmosphärische Sinterung, daher ist das Heißpresssintern eine der wichtigen Technologien zur Verringerung der Sintertemperatur von Al2O3-Keramiken.

Gegenwärtig gibt es zwei Arten von Heißpresssinterverfahren: Drucksintern und isostatisches Hochtemperatur-Presssintern (HIP). Das HIP-Verfahren kann den Körper einem isotropen Druck aussetzen, und die Mikrostruktur von Keramik ist gleichmäßiger als das Drucksinterverfahren.

Wenn im Fall von Aluminiumoxidporzellan das normale Sintern unter Normaldruck auf eine hohe Temperatur über 1800 ° C gebrannt werden muss, wurde das Heißdrucksintern bei 20 MPa bei einer niedrigen Temperatur um 1000 ° C verdichtet. Die Heißpresssintertechnologie kann nicht nur erheblich reduzieren die Sintertemperatur von Aluminiumoxidkeramiken, hemmen aber auch das Kornwachstum und erhalten dichte Aluminiumoxidkeramiken mit hochfesten mikrokristallinen, insbesondere zum Sintern von transparenten Aluminiumoxidkeramiken und Korundkeramiken geeigneten. Darüber hinaus hängt der Sinterprozess von Aluminiumoxid mit der Diffusionsrate zusammen von Anionen, und die Reduktionsatmosphäre ist förderlich für die Erhöhung des Anionenleerraums, was den Sinterprozess fördern kann. Daher sind Vakuumsintern und Wasserstoffatmosphärensintern wirksame Hilfsmittel, um das Sintern von Aluminiumoxidkeramiken bei niedriger Temperatur zu realisieren.

Im tatsächlichen Produktionsprozess werden häufig die oben genannten Niedrigbrenntechniken verwendet, um den bestmöglichen wirtschaftlichen Nutzen zu erzielen, wobei das Verfahren zum Hinzufügen von Additiven zum Brennen die Eigenschaften einer geringen Kosten und einer guten Wirkung aufweist und einfaches und praktisches Verfahren im Vergleich zu anderen Verfahren. Es ist weit verbreitet bei der Herstellung von Aluminiumporzellan, Aluminiumoxidporzellan und Korundporzellan.

Darüber hinaus können aus Sicht der Materialien durch Dotierungsmodifikationstechnologie die mechanischen und elektrischen Eigenschaften von Aluminiumoxidkeramiken erheblich verbessert werden, und der Keramikkörper mit niedrigem Aluminiumoxidgehalt kann den Keramikkörper mit hohem Aluminiumoxidgehalt ersetzen, was ebenfalls wirksam ist Technische Mittel, die üblicherweise von Unternehmen verwendet werden, um die Sintertemperatur von Aluminiumoxidkeramikprodukten zu senken.