| 氧 化 铝 陶 瓷 的 低 温 烧 结 技 术
陶城报 蔡晓峰
氧化铝陶瓷是一种以Ａｌ２Ｏ３为主要原料，以刚玉（ α— Ａｌ２Ｏ３）为主晶相的陶瓷材料。因其具有机械强度高、硬度大、高频介电损耗小、高温绝缘电阻高、耐化学腐蚀性和导热性良好等优良综合技术性能，以及原料来源广、价格相对便宜、加工制造技术较为成熟等优势，氧化铝陶瓷已被广泛应用于电子、电器、机械、化工、纺织、汽车、冶金和航空航天等行业，成为目前世界上用量最大的氧化物陶瓷材料。然而，由于氧化铝熔点高达2050 ℃ ，导致氧化铝陶瓷的烧结温度普遍较高（参见表一中标准烧结温度），从而使得氧化铝陶瓷的制造需要使用高温发热体或高质量的燃料以及高级耐火材料作窑炉和窑具，这在一定程度上限制了它的生产和更广泛的应用。因此，降低氧化铝陶瓷的烧结温度，降低能耗，缩短烧成周期，减少窑炉和窑具损耗，从而降低生产成本，一直是企业所关心和急需解决的重要课题。
目前，对氧化铝陶瓷低温烧结技术的研究工作已很广泛和深入，从75瓷到99瓷都有系统的研究，业已取得显著成效。表一是已实现的各类氧化铝陶瓷低温烧结情况。
表中低温烧结氧化铝陶瓷的各项机电性能均达到了相应瓷种的国家标准，甚至中铝瓷在某些技术标准上超过高铝瓷的国标，如中科院上海硅酸盐研究所研制的1360 ℃ 烧成的８５瓷，其抗弯强度超过９９％Ａｌ２Ｏ３陶瓷的国标，各项电性能都优于９５％Ａｌ２Ｏ３瓷的国标；Ａｌ２Ｏ３含量分别为90％和95％的低温烧结陶瓷，其机电性能都优于95瓷及99瓷的国标。
纵观当前各种氧化铝瓷的低温烧结技术，归纳起来，主要是从原料加工、配方设计和烧成工艺等三方面来采取措施，下面分别加以概述。
一、通过提高Ａｌ２Ｏ３粉体的细度与活性降低瓷体烧结温度。
与块状物相比，粉体具有很大的比表面积，这是外界对粉体做功的结果。利用机械作用或化学作用来制备粉体时所消耗的机械能或化学能，部分将作为表面能而贮存在粉体中，此外，在粉体的制备过程中，又会引起粉粒表面及其内部出现各种晶格缺陷，使晶格活化。由于这些原因，粉体具有较高的表面自由能。粉体的这种表面能是其烧结的内在动力。因此，Ａｌ２Ｏ３粉体的颗粒越细，活化程度越高，粉体就越容易烧结，烧结温度越低。在氧化铝瓷低温烧结技术中，使用高活性易烧结Ａｌ２Ｏ３粉体作原料是重要的手段之一，因而粉体制备技术成为陶瓷低温烧结技术中一个基础环节。
目前，制备超细活化易烧结Ａｌ２Ｏ３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Ａｌ２Ｏ３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１ μ ｍ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Ａｌ２Ｏ３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Ａｌ２Ｏ３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Ａｌ２Ｏ３粉体作原料不仅能明显降低氧化铝瓷的烧结温度（可降150℃— 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Ａｌ２Ｏ３粉料理化指标。
此外，有专家推荐以下三种超细Ａｌ２Ｏ３粉体制备方法，仅供参考：（１）将（ＮＨ４）ＳＯ４Ａｌ２（ＳＯ４）３ · ２Ｈ２Ｏ与（ＭｇＣＯ３）４Ｍｇ（ＯＨ）２ · ５Ｈ２Ｏ混合、加热到1200℃ 分解，可获得含有ＭｇＯ的纯度为９９％、粒度为0.2－0.5μ ｍ的 α— Ａｌ２Ｏ３超细粉料。（２）将无水二醋酸铝加热到1200 ℃ 保温３小时以上，可获得粒度小于0.5μ ｍ的 α— Ａｌ２Ｏ３超细粉体。（３）铁筒钢球，湿磨数百小时，浆料加热酸洗除铁，浮选，反复多次，可制取粒度0.3－0.5 μ ｍ的 α— Ａｌ２Ｏ３超细粉料。
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