氧化鋁陶瓷分為高純(chún)型與普通型兩種。 高純型(xíng)氧化鋁陶瓷係Al2O3含量在99.9%以上的陶瓷材料,由(yóu)於其燒結溫度高達1650—1990℃,透射波長為1~6μm,一般製成熔融(róng)玻璃以取代鉑坩堝;利用其透光性及可耐堿金屬腐蝕性用作鈉燈管(guǎn);在電子工業中可用作集成電路基板與高頻絕緣材料。 普通型氧化鋁陶瓷係(xì)按Al2O3含量不同分為99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品種,有時Al2O3含量(liàng)在80%或75%者也劃為普通氧化鋁陶瓷係列。其中99氧化鋁瓷材料用於製作高溫坩堝、耐火爐管及特殊耐磨材料,如陶瓷軸承(chéng)、陶瓷密(mì)封(fēng)件及水閥片等;95氧化鋁(lǚ)瓷主要(yào)用作耐腐蝕、耐磨部件;85瓷中(zhōng)由於常摻入部分滑石,提高了電(diàn)性能與機械強度(dù),可與(yǔ)鉬、铌、鉭等(děng)金(jīn)屬封接,有的用作電真空裝置器件。
粉體製備 將入廠的氧化鋁粉按照不同的產品要求與不同成型工藝製備成粉體材料。粉體粒度在1μm以下,若製造(zào)高純氧化鋁陶瓷製品除氧化鋁純度在99.99%外,還需超細粉碎且使其粒徑分布均勻。采用擠壓成型或注射成型時,粉料中需引入粘結劑與可塑劑,一般為重量比在10-30%的熱塑性塑膠或樹脂有機(jī)粘(zhān)結劑應與氧化鋁粉體在150-200溫度下均勻混合,以利於成型操作。采用熱壓工藝成型的粉體(tǐ)原料則不需加入粘結劑(jì)。若采用半自動或全自動幹壓成型,對粉體有特別的工藝要求(qiú),需要采用噴霧造粒法對粉體進行處理、使其(qí)呈(chéng)現圓球狀,以利於提高粉(fěn)體流動性便於成型中自動充(chōng)填模壁。此外,為減少粉料(liào)與模壁的摩擦,還(hái)需添加1~2%的潤滑劑,如硬脂酸,及粘結劑PVA。 欲幹壓成型時需對粉體噴霧造粒,其中引入聚乙烯醇作(zuò)為粘結劑。上海某研究所開發一種水溶性石蠟用作(zuò)Al203噴霧造粒的粘結劑,在加(jiā)熱情況下有(yǒu)很好的流動性。噴霧造粒後的粉體具(jù)備流動性好、密度鬆散(sàn),流動角摩擦溫度小(xiǎo)於30℃。顆粒級配比理想等條件,以獲得較大素(sù)坯密度。 成(chéng)型方法 氧化鋁陶瓷製(zhì)品成型方法有幹壓、注漿(jiāng)、擠壓、冷等靜壓、注射、流延(yán)、熱壓與熱等靜壓成型等多種方(fāng)法。近幾年來國內(nèi)外又開發出壓濾成(chéng)型、直接凝固注模成型、凝膠注成型、離(lí)心注漿成型與固體自由成型等成型技術方法。不同的產品形狀、尺寸、複雜造型與精度的(de)產品需要不同的成型方法。 常用成型介紹: 1、幹壓成型:氧化鋁陶瓷幹壓成型技術限於形狀單純且內壁厚度超(chāo)過1mm,長度與直徑之比不大於4∶1的(de)物件。成型方法有單軸向或雙向。壓機有液壓(yā)式(shì)、機械式兩種,可呈半自動或全(quán)自動成型方式。壓機壓(yā)力為200Mpa。產量每(měi)分鍾可達15~50件。由於液壓式壓機衝程壓力均勻,故在粉料充填有(yǒu)差異時(shí)壓製(zhì)件高度不同。而機械式壓(yā)機施加(jiā)壓力大小因粉體充填多少而變化,易導致燒結後尺寸收縮產生差異,影(yǐng)響產品質量。因此幹壓過程中粉體顆粒均勻分布對模具充填非常重要。充填量準確(què)與否對製造的氧化鋁陶瓷零件尺寸精度控製影響很大。粉體顆粒以大於60μm、介(jiè)於60~200目之間可獲自由流動效果,取得壓力成型效果。 2、注漿成型法:注漿成型是氧化(huà)鋁陶瓷使用早的成型方法(fǎ)。由於采用石膏模、成本(běn)低且易於成型大尺寸、外形(xíng)複雜的部(bù)件。注(zhù)漿成型的(de)關鍵是氧(yǎng)化鋁漿料的製備。通常以水為熔(róng)劑介質,再加入解膠劑與粘結劑,充分研磨之後排氣,然後倒注入石膏模內。由於石膏模毛細管對(duì)水分的吸附,漿料遂固化在模內。空心注漿時,在模壁吸附漿料達要求厚(hòu)度時,還需將多餘漿料倒出。為減少坯體收縮量、應盡量使用高濃度漿料。 氧化鋁陶瓷漿料中還需加入有機添加(jiā)劑以使料漿顆粒表麵形成雙電層使料(liào)漿穩定懸浮不沉(chén)澱。此外還需加(jiā)入乙烯醇、甲基纖維素、海藻酸胺等粘結劑及聚丙烯胺、阿拉伯樹膠等分散劑,目的均在於(yú)使漿料適宜注漿成型操作。
將顆粒狀陶瓷坯體致密化並形成固體材料(liào)的技術方法叫燒結。燒(shāo)結即將坯體內顆粒間空洞排除,將少量氣體及雜質有機(jī)物排除,使顆粒之間相互生長結合,形成新的物質的方法(fǎ)。 燒(shāo)成使用的加熱裝置廣泛使用電(diàn)爐。除了常壓燒結(jié)即無壓燒結外(wài),還有熱壓燒結及熱等靜壓燒結(jié)等。連續熱壓(yā)燒結雖然提高產量,但設備(bèi)和模具費用太(tài)高,此外由(yóu)於(yú)屬軸向受熱,製品(pǐn)長度受製。熱等(děng)靜壓燒成采用高溫高壓(yā)氣體作壓力傳遞介質,具有各向均勻受熱之優點,很適合形狀複雜製品的燒結。由於結構均勻,材料性(xìng)能比冷壓燒結提高(gāo)30~50%。比一般熱(rè)壓燒結提高(gāo)10-15%。因此,一些高附(fù)加值氧化鋁陶瓷產品或國(guó)防軍工需用的特殊零部件(jiàn)、如陶瓷軸(zhóu)承、反射鏡、核燃料及槍(qiāng)管等製品、場采用熱等靜壓燒成方法。 此外,微波(bō)燒結法(fǎ)、電弧等離子燒結法、自蔓延燒結技術亦正在開發研究中。 精加工與封裝工序 有些氧化鋁陶瓷材料在完成燒結後,尚(shàng)需(xū)進行精加工。如可用作人工(gōng)骨的製品要求表麵有很高的光潔度、如鏡麵一樣,以增加潤滑性。由於氧化鋁陶瓷材料硬度(dù)較(jiào)高,需用更硬的研磨拋光磚材料對其作精加工。如SIC、B4C或金剛鑽等。通常采用由粗到細磨料逐級磨削,表麵(miàn)拋光。一般(bān)可(kě)采用<1μm微米的Al2O3微粉或金剛鑽膏進行研磨拋光。此(cǐ)外激光(guāng)加工及(jí)超聲波加工研磨(mó)及拋光的方法亦(yì)可采用。 氧化鋁陶瓷強化工藝(yì) 為(wéi)了增強氧化鋁陶瓷,顯著提高其力學強度,國外(wài)新推一種氧化鋁陶瓷強化工藝。該工藝新穎(yǐng)簡單,所采取的技術手段是在氧化鋁陶瓷表麵,采用電子射線真空鍍膜(mó)、濺射真(zhēn)空鍍(dù)膜或化學氣相蒸鍍方法,鍍(dù)上一層矽化合物薄膜,在(zài)1200℃~1580℃的加熱處理,使氧化鋁陶瓷鋼(gāng)化。 經強化的氧化鋁陶瓷的力學強度可在(zài)原基礎上大幅(fú)度增長,獲得(dé)具(jù)有超高強度的氧化鋁陶瓷(cí)。