氧化铝陶瓷低温常压烧结(5)

烧结助剂的作用原理对于高纯氧化铝陶瓷，通常都选用MgO作为基本的烧结助剂进行添加，虽然对于MgO的作用机理目前观点不一，但是一般认为少量MgO(加入量为0．05---0．25wt％)对抑制A1203晶粒生长，保证A1203陶瓷具有微晶结构都呈现明显的效果。Belmison和

I-Iarmert321在采用很高纯度材料的一组实验中证实，MgO能使晶界移动的速率比原来降低50倍。中科院上海硅酸盐所的彭晓峰等1331认为，MgO对促进A1203烧结致密的作用非常明显，其所得不同成分材料均接近理论密度，但随MgO含量的增加，密度稍有下降。这与Peelen等t341135|所得结果相一致：MgO对晶粒细化与致密作用主要是MgO固溶在A1203晶格中，而且MgO含量对此有很大影响，MgO含量低于固溶罨极限时，可促进致密与抑制晶粒异常长大；而在超过固溶极限时，MgO极易与A120反应形成第二相，主要是抑制晶粒生长，而对致密的效果明显减弱。但是由于MgO的高温挥发性较明显，处于瓷体表面的MgO组分在烧成过程中易于挥发，使瓷体表面层中晶粒成长得较大。现在多采用MgO和La03或MgO和Y203等复合加入物进行制备。La203和Y203高温下不易挥发，而且L赴03或Y203的引入可降低烧结温度，拉宽烧结范围，晶界结合性能良好，使瓷体的致密度进一步提高131l。此外，稀土元素添加剂呵以在添加量极低的情况下(PPm数量级)很大程度的减小氧化铝的晶界长大速率136,-391。·目前研究最广泛的是Y203和La203。Mehmet丸Gulgun等学者[40-431对Y和a等晶粒尺寸比较大的过渡族的掺杂离子进行研究，发现它们对AJ203烧结也有直接的影响psi。Y和La等大尺寸离子在晶界处的偏析能显著地抑制晶粒的长大，改善晶界的蠕变使A1203在较高温度下烧结仍可获得较为致密微小的晶幸14211441。Fang等[421发现通过调节Y203添加量控制晶界扩散和致密动力学来改善高纯氧化铝陶瓷的机械性能。Voytovich等通过调节温度控制晶界扩散向晶格扩散的转变来实现Y203对高纯氧化铝陶瓷致密度的影响。有报道Ⅲ]1461显示Nd203对于控制氧化铝晶界扩散有很大的优势。例如在12000C时加入100ppm的Nd203对减小氧化铝晶界扩散速率的影响是MgO的两倍。通过二次离子质谱仪(sIMs)获得的图谱显示，即使Y203存在的情况下，N,1203对氧化铝晶界也起到了主要的阻隔作用。Chong-Min Wang等学者147]对Nd203在高纯氧化铝陶瓷中的作用规律进行了研究，他们认为适当控制Nd203含量可以在某些温度点获得较高的致密度和较小的晶粒尺寸。此外，由铝盐获得的具有高活性的纳米氧化铝与由镁盐、钇盐、镧盐、钕盐获得的同样具有高活性的MgO、Y203，、La203、Nd203可以在同一能量级上发生相互作用，此种铝盐获得的具有高活性的A1203可以均匀分散在氧化铝粉体颗粒的间隙，有助于MgO、Y203，、La203、Nd203作用的发挥，对于烧结体低温烧结以及致密化有一定影响。

7 高纯氧化铝陶瓷成型工艺研究

高纯氧化铝陶瓷成璀工艺主要有干法成型和湿法成型。干法成型包括干压和

等静压成型(CIP)，湿法成型包括注浆成型、注射成型、热压铸成型、凝胶浇注

成型等。近年来，凝胶浇注成型以其均匀成型优势在制各高性能的高纯氧化铝陶

瓷的研究中受到了广泛的重视。

7.1 凝胶固化成型机制

凝胶浇注(Gel Casting)成型是20世纪90年代初由美国橡树岭国家实验室Omatete等人发