1、特種陶瓷工藝學(xué),主講：劉維良 材料科學(xué)與工程學(xué)院,2 氧化鋁陶瓷,2.1 Al2O3的結(jié)晶形態(tài)與性能 Al2O3 有許多種同質(zhì)多晶變體，但主要有三種，即- Al2O3 ， -Al2O3 和-Al2O3 。Al2O3的晶型轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示,2 氧化鋁陶瓷,2 氧化鋁陶瓷,-Al2O3 尖晶石型(立方)結(jié)構(gòu) 密度較小，為3.423.47 g/cm3 高溫下不穩(wěn)定 機(jī)電性能差 -Al2O3 是一種Al2O3含量很高的多鋁酸鹽礦物 密度3.303.63g/cm3 呈現(xiàn)離子型導(dǎo)電,2 氧化鋁陶瓷,-Al2O3 屬三方晶系 密度3.964.01 g/cm3 結(jié)構(gòu)最緊密，活性低，高溫穩(wěn)定 電學(xué)性質(zhì)最好，具有

2、優(yōu)良的機(jī)電性能 莫氏硬度為9,2 氧化鋁陶瓷,2.2 Al2O3原料的制備 制取工業(yè)Al2O3的原料為鋁土礦(bauxite) 主要步驟為燒結(jié)、溶出、脫硅、分解和煅燒 溶解于氫氧化鈉(NaOH)中，鋁土礦中的雜質(zhì)都不溶于NaOH 偏鋁酸鈉(NaAlO2)溶液冷卻至過飽和態(tài)加水分解，析出氫氧化鋁(Al(OH)3)的沉淀 再將它煅燒，即得到氧化鋁,2 氧化鋁陶瓷,2.3 Al2O3的預(yù)燒 預(yù)燒的目的：是使-Al2O3全部轉(zhuǎn)變?yōu)?Al2O3，減少燒成收縮。此外，預(yù)燒還可以去除Al2O3原料中的Na2O，提高原料的純度從而保證產(chǎn)品的性能 工業(yè)Al2O3 預(yù)燒時(shí)，通常要加入適量的添加物，如H3BO3 、

3、NH4F、AlF3等，加入量一般為0.33% 采用H3BO3添加劑，預(yù)燒溫度在14001450左右，保溫23小時(shí)，其反應(yīng)如下： Na2O +2 H3BO3Na2B2O4+3H2O 如果預(yù)燒時(shí)采用NH4F，預(yù)燒溫度為1250，保溫12小時(shí),2 氧化鋁陶瓷,對(duì)預(yù)燒的Al2O3，可以用染色法、光學(xué)顯微鏡法和密度法等來檢查-Al2O3 轉(zhuǎn)變?yōu)?Al2O3 的程度 染色法 光學(xué)顯微鏡法 密度法,2 氧化鋁陶瓷,2.4 Al2O3陶瓷的制造 Al2O3陶瓷原料加工 機(jī)械粉碎方法 滾筒式球磨 行星式研磨 行星式振動(dòng)磨 攪拌球磨機(jī) 氣流粉碎,2 氧化鋁陶瓷,滾筒式球磨,2 氧化鋁陶瓷,行星式研磨機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖,

4、行星式研磨,2 氧化鋁陶瓷,行星式振動(dòng)磨,行星式振動(dòng)磨機(jī),2 氧化鋁陶瓷,攪拌球磨,攪拌球磨機(jī)的三種型式示意圖,2 氧化鋁陶瓷,氣流粉碎,氣流粉碎流程示意圖 1空氣壓縮機(jī) 2貯氣罐 3凈化器 4干燥器 5氣流粉碎機(jī) 6旋風(fēng)分離器 7袋式收塵器,2 氧化鋁陶瓷,合成方法 氣相法 固相法 液相法 Al2O3陶瓷的配方 添加劑的作用 添加劑分為兩類：一是與Al2O3生成固溶體，采用固相燒結(jié)方法；二是能生成液相，采用液相燒結(jié)方法。 Al2O3陶瓷的常用配方,2 氧化鋁陶瓷,Al2O3陶瓷成型 注漿成型法 熱壓鑄成型 可塑法成型 擠壓成型 模壓成型 流延成型,2 氧化鋁陶瓷,2.5 Al2O3陶瓷的燒結(jié)

5、 燒結(jié)機(jī)理 主要有四種看法：(1)蒸發(fā)和凝聚；(2)擴(kuò)散；(3)粘滯流動(dòng)與塑性流動(dòng)；(4)溶解和沉淀。 添加劑對(duì)燒結(jié)的影響 添加劑對(duì)顯微結(jié)構(gòu)的影響 添加劑對(duì)燒結(jié)的影響 燒成制度 升溫過程 最高燒結(jié)溫度與保溫時(shí)間 降溫方式,2 氧化鋁陶瓷,影響燒結(jié)的主要因素 原始粉料的粒度 添加劑的作用 燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間 氣氛的影響 成型壓力的影響 燒結(jié)方法 常壓燒結(jié) 熱壓燒結(jié) 氣氛燒結(jié),2 氧化鋁陶瓷,95%Al2O3瓷的燒成曲線,圖為氧化鋁瓷兩種燒結(jié)制度的比較 1傳統(tǒng)的燒結(jié)制度；2控制升溫?zé)Y(jié)制,2 氧化鋁陶瓷,熱工設(shè)備 間歇式窯爐 電爐 電阻爐 感應(yīng)爐 電弧爐 電子束爐 離子爐 高溫倒焰窯 鐘罩窯,2 氧化鋁陶瓷,連續(xù)式窯 隧道窯 高溫推板窯 高溫推板窯 窯爐輔助設(shè)備 發(fā)熱元件 鎳鉻合金 鐵鉻鋁合金硅碳棒硅鉬棒 熱工測(cè)量 測(cè)溫三角錐 熱電偶,2 氧化鋁陶瓷,2.6 Al2O3陶瓷的性能 機(jī)械強(qiáng)度高 電阻率高 電絕緣性能好 硬度高 熔點(diǎn)高， 抗腐蝕 化學(xué)穩(wěn)定性 優(yōu)良光學(xué)特性 離子導(dǎo)電性,2 氧化鋁陶瓷,2.7 Al2O3陶瓷的用途 Al2O3陶瓷刀具 純Al2O3陶瓷刀具 復(fù)合Al2O3陶瓷刀具 增韌Al2O3陶瓷刀具 Al2O3工業(yè)用閥 旋塞閥 閘閥 截止閥 球閥 電子、電力方面,2