氧化鋁陶瓷由于其具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性良好等優(yōu)異的性能，而且原料來源廣泛、價(jià)格低廉，在電子、航空、機(jī)械、紡織、化工、建筑等領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用。然而，由于Al2O3的熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度也較高，這就需要消耗大量的能源，而且對(duì)設(shè)備的要求也較高。所以，降低氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度非常重要。

目前降低氧化鋁陶瓷燒結(jié)溫度的方法很多，比如降低氧化鋁粉的粒度、采用燒結(jié)工藝、添加燒結(jié)助劑等。

由于降低原料粉體粒度需要采用不同的預(yù)處理工藝,原料成本高、工藝復(fù)雜，而燒結(jié)技術(shù)往往要消耗能源，同時(shí)部分燒結(jié)方式難以控制燒結(jié)體形狀,在不添加任何助劑的情況下制得的氧化鋁陶瓷性能較差;因此，與其他方法相比，燒結(jié)助劑法具有成本低、效果好、工藝簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，而且通過摻雜改性技術(shù)可以大幅提高氧化鋁陶瓷的機(jī)電性能，是目前-種低溫?zé)Y(jié)方法。

燒結(jié)助劑的作用機(jī)理

燒結(jié)是通過加熱使原料粉體產(chǎn)生顆粒粘結(jié)、經(jīng)過物質(zhì)遷移使粉末體產(chǎn)生強(qiáng)度并導(dǎo)致致密化和再結(jié)晶的過程。普通陶瓷粉體之所以難于燒結(jié)，原因就在于其晶格能較高、晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散需要較高的活性，即燒結(jié)激活能大，因此需要較高的溫度。

為了達(dá)到促進(jìn)燒結(jié)的目的，一方面可考慮活化晶格，降低中國粉體網(wǎng)，編輯整理燒結(jié)激活能，主要通過摻雜破壞穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使得晶體Cnpowder. cam. .cn.中產(chǎn)生缺陷或者引起晶格畸變來實(shí)現(xiàn);另一方面可考慮加速擴(kuò)散過程，主要通過在體系中產(chǎn)生液相，液相通過表面張力作用產(chǎn)生顆粒粘結(jié)并填充氣孔，同時(shí)利用“溶解-沉淀”機(jī)理，通過液相傳質(zhì)作用使溶解的小晶粒逐漸在大晶粒表面沉積，達(dá)到促進(jìn)燒結(jié)的效果。

常用燒結(jié)助劑體系

在實(shí)際生產(chǎn)中，單一助劑往往不能同時(shí)滿足其燒結(jié)和機(jī)電性能的要求，一般情況下單一助劑在降低燒結(jié)溫度的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致陶瓷性能的降低，因此，采用多種不同助劑組成的復(fù)合添加劑要比單獨(dú)使用其中一種助劑更為常見。

1

CaO-MgO-SiO2體系

采用這一體系的燒結(jié)助劑，可在1500～1550℃左右合成氧化鋁基陶瓷。MgO對(duì)氧化鋁陶瓷的細(xì)晶顯微結(jié)構(gòu)起了重要作用，MgO在燒結(jié)中能維持CaO/SiO2比，即維持燒結(jié)系統(tǒng)中的液相量，并有尖晶石、鎂鋁硅酸鹽、鋁硅酸鹽、鋁酸鹽等多種第二相晶體生成，對(duì)晶界移動(dòng)具有釘扎作用；同時(shí)引入了少量的La2O3、Sm2O3等稀土氧化物，使Al2O3陶瓷的燒結(jié)溫度下降大約30℃，其表面顯微結(jié)構(gòu)也有所改善，這主要是由于La2O3和Sm2O3為網(wǎng)絡(luò)變性離子，能夠分解熔體網(wǎng)絡(luò)而促進(jìn)燒結(jié)。

2

MnO2-TiO2-MgO體系

通過加入MnO2-TiO2-MgO復(fù)相添加劑，在1300℃下可以獲得相對(duì)密度為95%的氧化鋁陶瓷，其中MnO2可以促進(jìn)燒結(jié)，而MgO起到了顯微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑的作用，在MnO2和MgO含量一定的情況下，加入少量TiO2可使氧化鋁燒結(jié)獲得良好的力學(xué)性能，再加入過量的TiO2反而使強(qiáng)度降低。

3

CuO-TiO2體系

這一體系助劑具有良好的低溫?zé)Y(jié)特性。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻入CuO-TiO2時(shí)，添加劑系統(tǒng)以形成液相的形式促進(jìn)氧化鋁燒結(jié)，添加劑含量的增加有助于氧化鋁陶瓷的致密化，當(dāng)CuO∶TiO2為1∶2、添加量為2wt%的時(shí)侯，在1300℃就能在無壓燒結(jié)情況下達(dá)到99%的相對(duì)密度，并通過燒結(jié)動(dòng)力學(xué)研究得到氧化鋁樣品的激活能為25.2kJ/mol，表明可能是鋁離子和氧離子的擴(kuò)散過程控制了氧化鋁陶瓷的燒結(jié)。在此添加劑中繼續(xù)摻入SiO2后，在1400℃時(shí)生成了各向異性晶粒，可以改善其斷裂韌性。

總結(jié)

近年來學(xué)者們針對(duì)燒結(jié)助劑的研究已經(jīng)做了大量工作，在滿足低溫?zé)葾l2O3陶瓷的同時(shí)，也在不斷提高其機(jī)械性能和電性能。但目前的研究成果大部分主要還集中在實(shí)驗(yàn)室階段，與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系得不夠緊密。降低復(fù)合燒結(jié)助劑的制造成本，不同成形工藝對(duì)燒結(jié)助劑的不同要求，低熔點(diǎn)燒結(jié)助劑氧化物之間的作用機(jī)理，燒結(jié)助劑在不同溫度段的基礎(chǔ)理論等方面還有待進(jìn)一步研究。