提高氧化铝陶瓷透明度

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1、1提高透明氧化铝陶瓷透明度1.概述：概述：透明陶瓷作为一种重要的无机非金属材料,具有熔点高,化学稳定性良好和机 械强度高等优点,在许多领域具有特殊的用途,又称半透明氧化铝陶瓷或透明多晶 氧化铝陶瓷 主晶相为 -A12O3。密度 3.98g/cm3 以上。直线透光率 90%95%以上。介 电常数大于 9.8。介电损耗角正切值小于 2.510-4(1GC)，抗弯强度大于 350380MPa。击穿强度 6.06.4kV/mm。热膨胀系数(6.58.5)10-6/。高 温下具有良好耐碱金属蒸气腐蚀性。 原料为纯度 99.99%以上的 Al2O3，添加少量纯氧化镁、三氧化二镧、或三氧 化二钇等添加剂，采

2、用连续等静压成型，气氛烧结或热压烧结，严格控制晶粒 大小，可获得高致密透明陶瓷。 用于制造高压钠灯的发光管(工作寿命可超过 2 万 h)。也可用作微波集成电 路基片、轴承材料、耐磨表面材料和红外光学元件材料等。 陶瓷透光的基本条件:1)致密度理论密度的 99.5%2)晶界无空隙 或 空隙大小 气孔移动速度 包裹于晶体内的气孔更不易排出加入适量 MgO(0.1-0.5%) 透明 Al2O3陶瓷1)MgAl2O4 晶界析出，阻止晶界过快迁移2)MgO 较易挥发，防止形成封闭气孔限制晶粒过快生长微晶结构透明 Al2O3陶瓷（2）控制气孔平均尺寸烧结透明 Al2O3陶瓷：晶粒25mm，大小均匀，气孔半

3、径 0.5-1.0mm，气 孔率 0.1%热压烧结 Al2O3陶瓷：晶粒 1-2mm，大小不均，气孔半径0.1mm， 对可 见光散射效应强在可见光区透光率：烧结瓷 热压瓷 （3）其他因素：原料纯度、细度，成型方法，烧结气氛等氢气或真空中烧结，透光率高23.3.透明陶瓷生产工艺透明陶瓷生产工艺: :透明陶瓷的制备过程：包括制粉成型烧结及机械加工的过程 1.粉料制备 透明陶瓷的原料粉有四个要求: (1)具有较高的纯度和分散性; (2)具有较高的烧结活性 (3)颗粒比较均匀并呈球形 (4)不能凝聚,随时间的推移也不会出现新相。传统的粉料制备方法主要有固 相反应法、化学沉淀法、溶胶凝胶法以及不发生化学

4、反应的蒸发凝聚法 (PVD)和气相化学反应法 2.成型技术 透明陶瓷成型可以采用各种方法,如泥浆浇注、热塑泥浆压铸、挤压成型、 干压成型以及等静压成型等。 干压成型是将粉料加少量结合剂,经过造粒然后将造粒后的粉料置于钢模中, 在压力机上加压形成一定形状的坯体。干压成型的实质是在外力作用下,借助内 摩擦力牢固的把各颗粒联系起来,保持一定的形状。实践证明,坯体的性能与加压 方式、加压速度和保压时间有较大的联系。干压成型具有工艺简单、操作方便、 周期短、效率高、便于实行自动化生产等优点,而且制出的坯体密度大,尺寸精确,收 缩小,机械强度高,电性能好。但干压成型也有不少缺点,如模具磨损大,加工复杂,

5、成本高,加压时压力分布不均匀,导致密度不均匀和收缩不均匀,以致产生开裂、 分层等现象。 等静压成型是利用液体介质不可压缩性和均匀传递压力性的一种成型方法, 它将配好的坯料装入塑料或橡胶做成的弹性模具内,置于高压容器中,密封后,打 入高压液体介质,压力传递至弹性模具对坯体加压。等静压成型有如下特点:(1) 可以生产形状复杂、大件及细长的制品,而且成型质量高;(2)成型压力高,而且压 力作用效果好;(3)坯体密度高而且均匀,烧成收缩小,不易变形;(4)模具制作方便, 寿命长,成本较低;(5)可以少用或不用粘接剂。 3.烧结方法 透明陶瓷的烧结方法多种多样,最常用的是常压烧结,这种方法生产成本低,

6、是最普通的烧结方法。除此之外,人们还采用不少特种烧结方法,如热压烧结、气 氛烧结、微波烧结及等离子烧结技术。 热压烧结是在加热粉体的同时进行加压,因此烧结主要取决于塑性流动,而不 是扩散。对于同一种材料而言,压力烧结与常压烧结相比,烧结温度低得多,而且 烧结体中气孔率也低;另外由于在较低的温度下烧结,就抑制了晶粒的成长,所得 的烧结体致密,且具有较高的强度。热压烧结的缺点是加热、冷却时间长,而且必 须进行后加工,生产效率低,只能生产形状不太复杂的制品。 气氛烧结是透明陶瓷常用的一种烧结工艺。为了使烧结体具有优异的透光 性,必须使烧结体中气孔率尽量降低(直至零)。但在空气中烧结时,很难消除烧结

7、后期晶粒之间存在的孤立气孔,相反,在真空或氢气中烧结时,气孔内的气体被置 换而很快地进行扩散,气孔就易被消除。除了 Al2O3透明陶瓷外, MgO、BeO、Y2O3等透明陶瓷均可以采用气氛烧结。4.氧化铝透明陶瓷的性能与用途氧化铝透明陶瓷的性能与用途31.照明灯具 透明陶瓷有广泛的用途，最早是用于高压金属放电上。高压钠灯是其中最 具代表性的。钠蒸气在放电时会产生 l000以上的高温，而且具有很强的腐蚀 性，玻璃灯管在这种条件下是无法正常工作的。目前，国内通过大量的研究和 进口国外先进设备，在高压钠灯的生产已日趋成熟，每年国内生产厂家都要生 产几千万只高压钠灯，市场需求为每年近 3 千万只，而且

8、每年还以 10%一 15% 的速度增长。 2.激光材料 在激光透明陶瓷的研究中，最具有典型意义的是 Nd，YAG 材料服一州。 Nd，YAG 陶瓷激光器的整体性能已明显优于用其它方法制备的高品质的单晶. 因此.多品透明 Nd，YA(;陶瓷有望成为新一代的固体激光材料。 3.红外窗口材料 红外夜视仪、导弹及激光制导等新一代光电设备有时是在十分严峻的条件 下工作的.如:高温高仄、强烈的摩擦以及雨水的强烈冲刷和浸蚀。为了保证系统 能够正常运转以及能够准确无误地接受来自各个方位的有效信息.必须在外部使 用红外窗口材料。透明陶瓷以其自身优异的综合性能在该领域有着广阔的应用 前影。 4.无机闪烁体 无机闪

9、烁体在辐射探测中起着作常关键的作用，广泛应用于影像核医学、 核物理、高能物理、石油勘探、安全检查等领域。目前应用最多的无机闪烁体 是无机闪烁体韶.体，但是对于一些潜在的无机闪烁材料，传统的晶体性长技术 难以实现，而透明陶瓷的制备技术 5.电光陶瓷 电光陶瓷是一种光学性质随外加电场而改变的陶瓷。在此基础上配合其它 相应的设备可以构成护目镜片和用作图像存储器。 6.保护膜 目前，市场上的高档精饰件表面处理可谓多种多样，但是其性能均不够稳 定。若采用镀透明陶瓷膜的方法川，不但成型后透光性好、光亮、耐磨性好. 而且延长 r 使用寿命。该种透明陶瓷保护膜还可以应用于半导体器件、电器元 件等的表面保护材料

10、。此外，透明陶瓷还可以用作立体观察镜、测量电压的光 电压计、全息存储器、以及用于吸收电磁波等方面门川。可见，透明陶瓷在日 常生活和高科技中发挥着越来越重要的作用。 1.性能 (1)对可见光和红外光有良好的透过性，总透光率达 90%以上，用作红外检 测窗材料和钠光灯管材料。 (2)高温强度大，抗弯强度可达 350MPa。 (3)耐热性好，使用温度可达 1700以上。 (4)耐腐蚀性强，耐强碱和氢氟酸的侵蚀，可以用作融制玻璃坩埚，部分替 代铂金坩埚等。5.工艺流程图工艺流程图:我选的是等静压成型，它又分为干法与湿法。因此我选的是干法。 湿法的具体步骤为：把粉体装入橡胶模具，然后将其密封，再放入加压

11、容 器，用高压泵进行压缩成型。4湿法中使用的橡胶模具以薄一些为好，因为薄的橡胶模具压缩后恢复弹性 时放出的能量少，不易损坏坯体。但太薄又会因粉体的重量压迫而变形，所以 一般采用一个具有小孔而能使加压液体透过的金属框架作为支撑。干法一般按下列工序进行：粉体称量设定模位充填粉体封模和高压容器密封加压减压开启模和高压容器取出坯体与湿法相比较，干法所用的橡胶模具要厚一些，这是因为模具本身必须要 在高压容器内自持，这样在减压时放出的能量较多，坯体也不致破损。 由于干法的生产效率比湿法高，既可以使陶瓷成型完全地自动化，又可以 避免湿法中因粉体从模具中漏出，污染加压液体，导致高压泵损坏的情况，故 采用等静压

12、成型法中的干法。6.改进方案及理由改进方案及理由1.提高原料纯度 原料对 Al2O3透明陶瓷透光性能的影响主要表现在其纯度、 尺寸和颗粒结构三方面。高纯度的原料可减少第二相的析出和各种结构缺陷的 产生,有利于提高透明陶瓷的透明度。制备 Al2O3透明陶瓷时，原料纯度一般要 求大于 99%，但不同的工艺方法对其要求有所不同。当原料的粒度很小，处于 高度分散，烧结时微细颗粒可缩短气孔扩散的路程，颗粒越细，气孔扩散到晶 界的路程就越短，容易排除气孔和改善原料的烧结性能，使透明陶瓷结构均匀， 透过率高。不均匀的微观结构，不仅影响 Al2O3透明陶瓷的透明性，而且也影 响陶瓷机械性能、物理性能和介电性能

13、。要想制备透明陶瓷理想粉末，除颗粒 尺寸应小于 1um 外，颗粒应呈球形，颗粒之间不产生团聚，并且随着时间推移 也不会增加尺寸。2.加添加剂 a 在透明 Al2O3中加入少量 MgO 来抑制晶粒长大，在新生成晶粒表面形成一层黏度较低的 MgAl2O3尖晶石。一方面在烧结后期可以阻碍 Al2O3晶粒迅速长大，另外一方面又使气泡有充分时间逸出，从而增加透明度增 大。b 在透明 Al2O3中加入适量 Y2O3，随 Y2O3 浓度的增加， Al2O3 晶粒尺寸减小，说明 Y2O3 可以抑制 Al2O3 晶粒的生长。但是样品的气 孔有所增加。研究表明，添加 Y2O3 的样品其晶界处会有少量的不连续液相存 在，从而使得微小气孔聚合成较大气孔并残留在其中，因此样品的体积密度随 Y2O3 掺杂量的增加而略有下降。所以,应综合的看待 Y2O3 添加剂对 Al2O3 陶 瓷透光性能的影响。3.工艺措施 Al2O3 透明陶瓷的透明率还与陶瓷表面加工光洁度有关。烧结后未经处理的陶瓷表面具有较大的粗糙度,即呈现微小的凹凸起伏,光线入射到 陶瓷表面上会漫反射。其表面的粗糙度越大,则其透光性能就越差。陶瓷表面的 粗糙度除了与原料的细散度有关外,还与陶瓷表面的机械加工光洁度有关，一般 应对陶瓷的表面进行研磨和抛光。经研磨后的陶瓷的透过率一般可从 40%45%增 加到 50%60%以上,抛光可能达到 80%以上。