zro2增韧Al2O3陶瓷
zro2增韧Al2O3陶瓷的制备(ZTA)
摘要:
ZrO2/Al2O3复相陶瓷是高温结构陶瓷中最有前途的材料之一,由于其优越的性能和丰富的原料来源,已受到广泛的关注,成为陶瓷材料领域研究的一大热点.本文对氧化锆/氧化铝复相陶瓷的复合机理、最近几年粉体制备常用和最新工艺和ZTA陶瓷应用方面的研究进展进行了综述,并对ZTA复相材料今后的发展进行了展望.
关键词:ZTA;增韧机理;复合粉体制备;研究进展;发展趋势
Abstrac t:Zirconia toughened aluminum (ZTA) hasbeenwidely studied as a new type of toughened ceramic.The aim of this investigation is to review the recent literatures on its synthesismechanisms, new preparation.methods of composite powders and applications. The problems in preparation techniques and developmental trend are discussed aswel.l
Key words:ZTA; strengthening and tougheningmechanisms; preparation technology of composite powders;current research situation; development trend
Al2O3陶瓷被广泛应用于一些耐高温、强腐蚀环境中,而Al2O3陶瓷断裂韧性较低的致命弱点,限制了它更大范围的使用.采用ZrO2相变增韧、颗粒弥散强化或纤维及晶须补强等方法,可使陶瓷材料的力学性能大大提高,是先进复相结构陶瓷材料的重要发展方向.从ZrO2/Al2O3系统相图[1]可知,即使在很高的温度下ZrO2与Al2O3之间都不会生成固溶体,这就为研究ZrO2/Al2O3复相陶瓷提供了理论依据.由于，ZTA陶瓷是zro2增韧陶瓷中效果最佳者，近年来,不少学者对该系统复相陶瓷进行了大量研究,随着复相陶瓷技术的发展, ZTA 复相陶瓷的研究成为陶瓷材料领域研究的一大热点.本文就近年来国内外文献对ZTA陶瓷的复合机理、制备方法、发展趋势等研究进展做如下综述.
一、ZTA陶瓷的增韧机理
ZTA陶瓷的增韧机理是晶须及纤维增韧,第二相弥散强化增韧, ZrO2相变增韧,以及与金属复合形成金属基复相陶瓷，残余应力增韧等等。以下简单介绍几种研究较热的增韧途径的机理。
1、应力诱导相变增韧
对于ZrO2/Al2O3体系,主要的增韧方式是由ZrO2产生的相变增韧.李世普等人将其解释为[2]：zro2颗粒弥散在Al2O3陶瓷基体中，由于两者具有不同的热膨胀系数，烧结完成后，在冷却过程中，zro2颗粒周围则有不同的受力情况，当它受到基体的抑制，zro2的相转变也将受到抑制。此外，zro2还有另一个特性，是相变温度随着颗粒尺寸的降低而下降，一直可降到室温或室温以下。党基体对zro2有足够的压应力，而zro2的颗粒度有足够小，则其相变温度可降至室温以下，这样在室温时zro2仍可以保持四方相。当材料受到外应力时，基体对zro2的抑制作用得以松弛，zro2颗粒即发生四方相到单斜相的转变，并在基体中引起裂纹，从而吸收了主裂纹扩展的能量，达到增加断裂韧性的效果，这就是zro2的应力诱导相变增韧。
2、微裂纹增韧[3]
毫无疑问，在大多数情况下，陶瓷体内存在有裂纹，包括表面裂纹，工艺缺陷，环境条件下诱发的缺陷，当受外力或存在应力集中时，裂纹会迅速扩展导致陶瓷体破坏。因此，应防止裂纹扩展，消除应力集中，是解决增韧问题的关键。
部分稳定的zro2在发生t-zro2到m-zro2马氏体相变时，相变出现了体积膨胀而导致产
生微裂纹。这样不论是zro2陶瓷在冷却过程中产生相变诱发微裂纹，还是裂纹在扩展过程中在其尖端区域形成的应力诱导相变导致的微裂纹，都将起到分散主裂纹尖端能量的作用，从而提高了断裂能，达到增韧效果。
但是，要实现Al2O3陶瓷的增韧效果，zro2颗粒的尺寸也很重要，其颗粒细度要小，要不大于室温临界相转变直径约0。7微米[4],而且粒度范围要窄，目的是为了使ZTA陶瓷中同时获得应力诱导相变增韧和微裂纹增韧两种机制。
二、制备方法
1、粉体制备。良好的工艺是获得ZTA陶瓷显著效果的关键，在工艺上，首先是获得优质的均匀分散的ZTA复相粉体，ZrO2在Al2O3基体中分散不均匀、超细粉体的团聚问题等一直是工艺控制的难点。粉体制备可以有很多不同的方法，物理混合法是制备的主要方法[5],。以下介绍几种粉体制备方法。
1.1沉淀法
沉淀法是常用的zro2-Al2O3粉体制备方法之一，根据不同的可溶性盐溶液和沉淀剂,沉淀法又可分为共沉淀法,表面诱导沉淀法,包裹沉淀法等.
共沉淀法中有高濂[6]等以AlCl3.6H2O和ZrOC12。.8H2O为前驱体,用共沉淀法制备平均晶粒尺寸约20nm的20mo1% Al2O3-ZrO2复相粉体(不含Y2O3稳定剂),该粉体用高温等静压方法,在1000e和200MPa的条件下烧结1h,得到了平均晶粒尺寸为50nm的致密陶瓷,样品密度为理论密度的98%左右；李东红[7]等人研究了以硫酸铝铵、氯氧化锆、碳酸氢铵、氨水和氯化钇溶液为起始原料,在恒定pH值的缓冲溶液(碳酸氢铵、氨水)中,用一步法化学合成ZTA合瓷粉前驱体的新工艺.所得前驱体的主相为AACH(碳酸铝铵)、次相为ZrO(OH)2和Y(OH)3,经1100e锻烧后,得到外观疏松洁白,颗粒均匀微细,烧结活性良好的ZTA超微复合瓷粉.该工艺可用于工业化生产高品质的ZTA陶瓷.
刘晓林[8]等人用表面诱导沉淀法达到zro2在基体中均匀分布,同时可以控制颗粒的尺寸，即在pH=5附近Al2O3颗粒与ZrO2前驱体颗粒表面带相反电荷,借助颗粒间的静电引力,使得的ZrOCl2水解产物与充分分散的Al2O3颗粒包裹结合,经醇洗和干燥后,制备出结合紧密,分布均匀Al2O3-ZrO2复相粉体.
1.2溶胶-凝胶法
王晶[9]等人采用有机盐溶胶-凝胶法,以异丙醇铝和异丙醇锆为原料,制备出粒径为20~ 30nm的不同组分的氧化锆增韧的氧化铝复相粉体,粉体的性能受铝锆摩尔比的制约,且粉体的存在温度为1200e左右,高于此温度粉体发生烧结.溶胶-凝胶技术是制备两相粒子均匀分布复相陶瓷的有效手段,但以醇盐为先驱体的溶胶-凝胶方法,过高成本使之难以应用于结构陶瓷工业化生产.
张大海[10]等人提出了一种采用无机盐为先驱体,胺盐为催化剂的溶胶-凝胶新方法,他们以硝酸氧锆和硝酸铝为原料,将原料配成等浓度的溶液,以六次甲基四胺(CH2)6N4为催化剂得到透明溶胶,当混合溶胶水浴升温时, (CH2)6N4发生分解,释放出NH3,NH3再进一步与水作用,生成了OH-,其分解速度随温度的上升而迅速增加,使整个体系的pH值同步提高,Al(OH)3和ZrO(OH)2胶粒均匀成长,胶粒长大到一定尺寸,彼此间通过氢键结合成网络结构,就形成了透明凝胶,陈化、干燥、锻烧后得50%A12O3/50%ZrO2复相粉体.
1.3非均匀成核法和液相沉淀法结合
包覆法制得的复合陶瓷粉体可以控制粉体的团聚状态，提高弥散相、烧结助剂的混合均匀度，促进烧结，而非均相成核法是制备陶瓷粉体的有效方法。
林洁[11]等人用两者结合法制备ZrO2（3Y）包裹Al2O3粉体，
Al2O3纳米复合粉体。他们发现综合考虑之下，ZrO2相对Al2O3含量为20wt%时ZTA的力学性能较好，从SEM图中也可看出烧结体结构致密，气孔较少。
2、成型
2.1注凝成型
众所周知,陶瓷材料烧结后很难进行机械加工,且加工成本十分昂贵,人们一直在寻找一种适合复杂形状陶瓷部件的近净尺寸成型技术。上世纪90年代初,美国橡树岭国家重点实验室M.A.Janny和O.O.Omatete教授发明的注凝成型技术满足了这一要求。在注凝成型工艺中,低粘度、高分散性、高稳定性、高固相含量陶瓷浓悬浮料浆的制备是其关键技术。
2.1。1该工艺的基本原理[12]是在低粘度高固相含量的料浆中加入有机单体,在催化剂和引发剂的作用下,使料浆中的有机单体交联聚合成三维网状结构,从而使料浆原位固化成型。然后再进行脱模、干燥、去除有机物、烧结,即可得到所需的陶瓷零件。
2.1.2注凝成型的工艺特点是：
(1)该工艺无须贵重设备,且对模具无特殊要求,是一种低成本技术。
(2)该工艺可用于成型多种陶瓷体系———单相的、复相的、水敏感性的和不敏感性的等。同时,该工艺对粉体无特殊要求,因此适用于各类陶瓷厂制品,包括硬质合金及耐火材料厂。
(3)凝胶定型过程与注模操作是完全分离的。
(4)注凝成型的定型过程是靠料浆中有机单体原位聚合形成交联网状结构的凝胶体来实现的,所以成型坯体组分均匀、密度均匀、缺陷少。
(5)该工艺制备的生坯强度高,可进行机械再加工,真正实现近尺寸成型
2.1.3注浆成型工艺与传统湿法成型工艺的比较如下表1[13]:
2.1.4有机单体的选择
目前,国内外对注凝成型工艺的研究大多集中在丙烯酰胺体系,工艺条件也趋成熟。但由于这一体系中使用的有机单体丙烯酰胺和交联剂N.N2亚甲基双丙烯酰胺均有一定的毒性,对人体健康和环保不利。此外,丙烯酰胺凝胶化反应时,表面易受氧阻聚而产生起皮现象。即便在氮气保护下也难以完全避免,因而容易给最终产品带来缺陷,因此有机单体的选择十分重要。
2.2高温等静压成型法
理论认为,Al2O3和ZrO2不形成固溶体,由于ZrO2存在烧结冷却过程中的马氏体相变,因此在制备ZrO2复合陶瓷时,一般都加入稳定剂.通常认为Al2O3对ZrO2没有稳定作用。而高濂等人[6]研究发现,Al2O3对ZrO2具有稳定作用.用高温等静压方法在1000e和200MPa的条件下烧结1 h,制备出了平均晶粒尺寸为50 nm的ZrO2/20mo%l Al2O3复相陶瓷,而且所研究的系统中没有加入如Y2O3等这类通常所用的t-ZrO2稳定剂.而且经热等静压处理后, ZTA的强度和韧性可获得显著的改善,其中以强度增加最为显著.
2.3其他成型方法
陶瓷生产中的许多常见的其他成型方法，可依不同要求选择成型方法，当然要获得良好的致密性，可采用热压法和等静压成型法，此处不再赘述。
3.烧结
本文就微波烧结和常压烧结两种烧结对比，讨论ZTA陶瓷的性能。
陶瓷的微波烧结是一种利用微波能使陶瓷材料自身发热的新型烧结工艺。其主要特点是：烧结温度高。升温速率快；烧结时问短，高效节能；改善陶瓷的显微结构等．只有微波吸收体才能被微波有效烧结。A12o3自身介质损耗较小，室温下不易吸收微波，但与电导损耗较大的ZrO2，组成ZTA复合材料，却可以实现有效微波烧结。
3.1方案
采用共沉淀法制备以Y2o3和ce2o3作为稳定剂的超细四方相Zro2粉料，其平均粒径约为20nm；分别对不同配比的ZTA材料进行常压烧结试验和微波烧结试验，微波频率为2．45GHz，最大输入功率为1600w，烧结样品的瓷体密度采用排水测量，抗弯强度采用三点弯曲法测量，磨损量由Talysurf一5P星形表面形貌仪测量．
不同烧结温度下，常压烧结ZTA陶瓷(以下简称C—ZTA)与微波烧结ZTA陶瓷(以下简称M—ZTA)的相对密度变化如图1[15]所示．
图中结果显示，烧结温度相同时，M—ZTA的瓷体相对密度大于C—ZTA；瓷体密度相同时，微波烧结温度低于常压烧结温度；M—ZTA相对密度在1550℃左右已达99％以上，而对于常压烧结。在相应的温度下却无法实现致密化烧结．显然，微波烧结可以降低ZTA 陶瓷的烧结温度，有效提高ZTA陶瓷的相对密度．
图2[15]是在本实验条件下测得的ZTA陶瓷的抗弯强度一烧结温度曲线．由图2可以看出，烧结温度相同时，M—ZTA的抗弯强度高于c—ZTA，而在1450～1600℃的温度范围内，M—ZTA时挤弯强度均在500MPal以上。上述结果与微波烧结提高了ZTA陶瓷的致密度有关．
图4[15]表示了不同烧结工艺下制备的ZTA陶瓷样品在不同载荷下的磨损量．显然，相同载荷下的M—ZTA样品的磨损量小于C—ZTA样品，即微波烧结使ZTA陶瓷的耐磨性提高。
3.2结论
相对常压烧结，微波烧结使ZTA陶瓷的烧结温度降低，使ZTA陶瓷在1450～1600℃温度范围内均能有效烧结，而常压烧结ZTA陶瓷的烧成温度约为1600℃；致密度提高；结构均匀，颗粒尺寸减小，颗粒分布均匀；此外，微波烧结可以有效降低ZTA陶瓷的磨损量．当然，烧结时，可采用相应的烧成制度，使ZTA陶瓷烧成致密，并且使其结晶细化。
三、发展趋势
近年来,人们对ZTA陶瓷有了一定的认识,在ZTA复相陶瓷研究与应用方面取得了很大进展,但还存在一些问题.如：
首先解决如何分散团聚体,使第二相粒子在基体中均匀分布,制备性能优良的Al2O3/ZrO2复相粉体是Al2O3/ZrO2复相陶瓷制备中的核心问题.
其次,就是粉体制备工艺过程的简化和经济.
第三,就要求粉体成型技术、烧结技术不断创新发展,这与粉体的可烧结性能和成型过程、烧结手段、烧结过程控制有关.能快速、高效地将粉体烧制成各种产品,应用于各种行业.
第四,复相陶瓷工艺与理论的探讨等等.这些方面还将是今后陶瓷复相材料研究要解决的重要课题.
参考文献：
[1]周玉，陶瓷材料学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 19951173.
[2]李世普，特种陶瓷工艺学，武汉理工大学出版社，2009,12,96--97
[3]武志红,薛群虎，等，ZrO2/Al2O3复相陶瓷的复合机理、制备、应用及展望，材料科学与工艺，2009,17
[4] C.Kaya, E.G. Butler. Zirconia-toughened alumina ceramics of helical spring shape with improved properties from extruded sol-derived pastes. [ J], SciptaMaterialia. 48(2003): 359~364.
[5]崔学民.内晶型ZTA纳米复合陶瓷制备与形成机理研究[D].济南:济南:山东大学材料学, 2000.
[6]高濂,宫本大树.高温等静压烧结Al2O3-ZrO2纳米陶瓷[J].无机材料学报. 1999, 14(3): 495~498.
[7]李东红,严泉才.化学合成ZTA超微复合瓷粉新工艺:第十届全国高技术陶瓷学术年会[R],青岛,1998.
[8]刘晓林,黄勇.表面诱导沉淀法制备A12O3-ZrO2:纳米复合粉体[ J]:无机材料学报, 2000, 15(6): 1089-1092.
[9]王晶,邱竹贤,等.氧化错增韧的氧化铝纳米粉体制备及性能研究:有色金属:冶炼部分, 2001, (5):38-42.
[10]张大海,杨辉,等.无机盐先驱体溶胶一凝胶法制备50%Al2O3-50% ZrO2细晶复相陶瓷[J].硅酸盐学报, 1997. 25 (5): 594-596.
[11]林洁，杨健，等，用包裹纳米复合复合粉体制备ZTA陶瓷，材料科学与工程学报，2007，,109
[12]OmatcteOO,JanncyMA,StrcklowRA.Gelcasting-anewceramicformingprocess.AmCeramSocB ull,1991,70(10):1641～16493
[13]史可顺.凝胶注模成型工艺的若干进展.硅酸盐学报,2001,29(4):50～55
[14]JanncyMA,OmateteOO,WallsCA,etal1Developmentoflow-ToxicityGelcastingSystems.JAmCe ramSOc,1998,81(3):581～591
[15]张锐，王利国，卢红霞，等，常压烧结与微波烧结ZTA陶瓷性能，郑州工业大学学报，2000,21，1007—6492
四、发展趋势
近年来,人们对ZTA陶瓷有了一定的认识,在ZTA复相陶瓷研究与应用方面取得了很大进展,但还存在一些问题.如：
首先解决如何分散团聚体,使第二相粒子在基体中均匀分布,制备性能优良的Al2O3/ZrO2复相粉体是Al2O3/ZrO2复相陶瓷制备中的核心问题.
其次,就是粉体制备工艺过程的简化和经济.
第三,就要求粉体成型技术、烧结技术不断创新发展,这与粉体的可烧结性能和成型过程、烧结手段、烧结过程控制有关.能快速、高效地将粉体烧制成各种产品,应用于各种行业.
第四,复相陶瓷工艺与理论的探讨等等.这些方面还将是今后陶瓷复相材料研究要解决的重要课题.
提高氧化铝透明陶瓷透明度
提高氧化铝透明陶瓷的透明度 氧化铝透明陶瓷:又称半透明氧化铝陶瓷或透明多晶氧化铝陶瓷主晶相为α-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2.5×10-4(1GC>，抗弯强度大于350～380MPa。击穿强度6.0～6.4kV/mm。热膨胀系数(6.5～8.5>×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。 1. 概述 透明陶瓷特性：耐高温耐腐蚀 高绝缘高强度 透明 一般陶瓷—气孔、杂质、晶界、结构 ↓ 对光反射损失+吸收损失 ↓ 光学不透明 2.透光模型 表面反射光 ↑ 入射光→陶瓷材料→透射光 ↓ 内部吸收光 + 散射光 ↑↑ 晶体本身+杂质外表+内散射中心 ↓ 杂质+微气孔+晶粒直径↓ 散射量最大←入射光波长=晶粒直径 3.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<<入射光波长
3>晶界无杂质及玻璃相，或其与微晶体的光学性质相似 4>晶粒较小且均匀，其中无空隙 5>晶体对入射光的选择吸收很小 6>晶体无光学异向性(立方晶系> 7>表面光洁 4.工艺原理 <1）控制以体积扩散为烧结机制的晶粒长大过程 晶粒过快生长—晶界裂缝，封闭气孔 晶粒生长速度 > 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Al 2O 3 陶瓷 ↓ 1>MgAl 2O 4 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Al 2O 3 陶瓷 <2）控制气孔平均尺寸 烧结透明Al 2O 3 陶瓷：晶粒~25μm，大小均匀 气孔半径0.5-1.0μm 气孔率0.1% 热压烧结Al 2O 3 陶瓷：晶粒1-2μm，大小不均 气孔半径~0.1μm 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 5.工艺方法 1）配料 主料：高纯Al 2O 3 (>99.9%> —硫酸铝铵热解法 Al 2(NH 4 > 2 (SO 4 > 4 ?24H 2 O ~200℃ → Al 2 (SO 4 > 3 ?(NH 4 > 2 SO 4 ?H 2 O + 23 H 2 O↑ 500~600 ℃ → Al 2 (SO 4 > 3 + 2NH 3 ↑+SO 3 ↑ + 2 H 2 O↑ 800~900 ℃ →γ-Al 2O 3 + 3 SO 3 ↑ ~1300 ℃/1.0~1.5h →α-Al 2O 3 (少量γ-Al 2O 3 提高活性，促进烧结> 改性料：MgO 以Mg(NO 3> 2 加入，共同热分解 —分布均匀，活性较大的MgO 2）成型和烧结： a>常温注浆或等静压成型，高温烧结 浆料pH=3.5，流动性较好 坯体理论密度 > 理论密度的85% 氢气或真空下烧结，T=1700-1900℃
zro2增韧Al2O3陶瓷
zro2增韧Al2O3陶瓷的制备(ZTA) 摘要: ZrO2/Al2O3复相陶瓷是高温结构陶瓷中最有前途的材料之一,由于其优越的性能和丰富的原料来源,已受到广泛的关注,成为陶瓷材料领域研究的一大热点.本文对氧化锆/氧化铝复相陶瓷的复合机理、最近几年粉体制备常用和最新工艺和ZTA陶瓷应用方面的研究进展进行了综述,并对ZTA复相材料今后的发展进行了展望. 关键词:ZTA;增韧机理;复合粉体制备;研究进展;发展趋势 Abstrac t:Zirconia toughened aluminum (ZTA) hasbeenwidely studied as a new type of toughened ceramic.The aim of this investigation is to review the recent literatures on its synthesismechanisms, new preparation.methods of composite powders and applications. The problems in preparation techniques and developmental trend are discussed aswel.l Key words:ZTA; strengthening and tougheningmechanisms; preparation technology of composite powders;current research situation; development trend Al2O3陶瓷被广泛应用于一些耐高温、强腐蚀环境中,而Al2O3陶瓷断裂韧性较低的致命弱点,限制了它更大范围的使用.采用ZrO2相变增韧、颗粒弥散强化或纤维及晶须补强等方法,可使陶瓷材料的力学性能大大提高,是先进复相结构陶瓷材料的重要发展方向.从ZrO2/Al2O3系统相图[1]可知,即使在很高的温度下ZrO2与Al2O3之间都不会生成固溶体,这就为研究ZrO2/Al2O3复相陶瓷提供了理论依据.由于，ZTA陶瓷是zro2增韧陶瓷中效果最佳者，近年来,不少学者对该系统复相陶瓷进行了大量研究,随着复相陶瓷技术的发展, ZTA 复相陶瓷的研究成为陶瓷材料领域研究的一大热点.本文就近年来国内外文献对ZTA陶瓷的复合机理、制备方法、发展趋势等研究进展做如下综述. 一、ZTA陶瓷的增韧机理 ZTA陶瓷的增韧机理是晶须及纤维增韧,第二相弥散强化增韧, ZrO2相变增韧,以及与金属复合形成金属基复相陶瓷，残余应力增韧等等。以下简单介绍几种研究较热的增韧途径的机理。 1、应力诱导相变增韧 对于ZrO2/Al2O3体系,主要的增韧方式是由ZrO2产生的相变增韧.李世普等人将其解释为[2]：zro2颗粒弥散在Al2O3陶瓷基体中，由于两者具有不同的热膨胀系数，烧结完成后，在冷却过程中，zro2颗粒周围则有不同的受力情况，当它受到基体的抑制，zro2的相转变也将受到抑制。此外，zro2还有另一个特性，是相变温度随着颗粒尺寸的降低而下降，一直可降到室温或室温以下。党基体对zro2有足够的压应力，而zro2的颗粒度有足够小，则其相变温度可降至室温以下，这样在室温时zro2仍可以保持四方相。当材料受到外应力时，基体对zro2的抑制作用得以松弛，zro2颗粒即发生四方相到单斜相的转变，并在基体中引起裂纹，从而吸收了主裂纹扩展的能量，达到增加断裂韧性的效果，这就是zro2的应力诱导相变增韧。 2、微裂纹增韧[3] 毫无疑问，在大多数情况下，陶瓷体内存在有裂纹，包括表面裂纹，工艺缺陷，环境条件下诱发的缺陷，当受外力或存在应力集中时，裂纹会迅速扩展导致陶瓷体破坏。因此，应防止裂纹扩展，消除应力集中，是解决增韧问题的关键。 部分稳定的zro2在发生t-zro2到m-zro2马氏体相变时，相变出现了体积膨胀而导致产
氧化铝陶瓷的制备与应用
论文题目：氧化铝陶瓷的制备与应用 学院：材料科学与工程学院 专业班级：材料化学2班 学号：20090488 姓名：王杰 日期：2011-10-19
氧化铝陶瓷的制备与应用 摘要：氧化铝陶瓷是用途最广泛的陶瓷材料中的一种，它可用作机器及设备制造中的耐腐蚀材料、化工专业中的抗腐蚀材料、电工及电子技术中的绝缘材料、热工技术中的耐高温材料以及航空、国防等领域中的某些特种材料。 Abstract: the alumina ceramics is the most widely use of one of the ceramic material, it can be used as the machine and equipment manufacture of corrosion resistant material, chemical corrosion materials in the professional, electrical and electronic technology of thermal insulation materials, high temperature resistant materials and technologies in the aerospace, defense, etc to some of the special material. 关键词：氧化铝陶瓷耐磨性机械强度耐化学腐蚀 Keywords: alumina ceramics Wear resistance Mechanical strength Chemical corrosion-resistant 氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷。因为其优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。[1] 1.硬度大经中科院上海硅酸盐研究所测定，其洛氏硬度为HRA80-90，硬度仅次于金刚石，远远超过耐磨钢和不锈钢的耐磨性能。 2.耐磨性能极好经中南大学粉末冶金研究所测定，其耐磨性相当于锰钢的266倍，高铬铸铁的171.5倍。根据我们十几年来的客户跟踪调查，在同等工况下，可至少延长设备使用寿命十倍以上。
纳米氧化锆汇总
二氧化锆纳米材料 一．用途：纳米氧化锆本身是一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损和低热膨胀系数的无机非金属材料,由于其卓越的耐热绝热性能，20世纪20年代初即被应用于耐火材料领域。 自1975年澳大利亚学者K.C.Ganvil首次提出利用ZrO2相变产生的体积效应来达到增韧陶瓷的新概念以来,对氧化锆的研究开始异常活跃。——利用其高硬度、抗磨损、耐刮擦、不燃的特性,极大的提高涂料的耐磨性和耐火效果。由于其导热系数低、并具备特殊光学性能,可用于军事、航天领域的热障涂料及隔热涂料。纳米复合氧化锆具备特殊光学性能,对紫外长波、中波及红外线反射率达85%以上;且其自身导热系数低,可提高其隔热性能。——由于不同晶型纳米氧化锆体积不同,可制备具备自修复功能的功能性涂料。 纳米复合氧化锆行业主要企业产能分布
二．目前的制备方法：化学气相沉积(CVD)法，液相法（包括醉盐水解法，沉淀法，水热法，徽乳液法，溶液姗烧法等），徽波诱导法及超声波法等几大类。 三．具体介绍方法：利用溶胶-凝胶法制备出高度有序的二氧化锆纳米管 简介：溶胶一凝胶法是指金属醉盐或无机盐经水解形成溶胶,然后使溶胶一凝胶化再将凝胶固化脱水,最后得到无机材料.在无机材料的制备中通常应用溶胶—凝胶方法,与传统的合成方法相比,具有高纯度、多重组分均匀以及易对制备材料化学掺杂等优点.该方法要使前驱体化合物水解形成胶体粒子的悬浮液(溶胶)后,成为聚集溶胶粒子组成凝胶,凝胶经过热处理得到所需的物质.溶胶—凝胶沉积法广泛用于在模板的纳米通道中制备纳米管或线.本文主要结合溶胶—凝胶法和模板合成法制备二氧化锆纳米管.由于锆的无机盐价格便宜且对大气环境不敏感[,我们利用锆的无机盐(氯化氧锆)作为前驱体溶液制备稳定的溶胶. 具体过程：
二氧化锆陶瓷的加工技术
二 氧 化 锆 材 料 的 加 工 技 术姓名：罗乔 学号：510011593
摘要 陶瓷材料种类很多，它具有熔点高、硬度高，化学稳定性高、耐高温、耐磨损、耐氧化、耐腐蚀，以及弹性模量大、强度高等优良性质。也正是由于陶瓷材料的这些性质能决定了它的加工也是和普通的材料有着截然不同的加工方式。随着现代工业的发展，对于新型材料的需求也越来越多，陶瓷材料在近十几年来得到飞速的发展。随着它的应用领域越来越广，人们对它的研究也越来越深入。本文将介绍二氧化锆这种比较典型的特种陶瓷材料（人工合成材料）并对其加工技术进行叙述和探讨在国内陶瓷材料的加工技术水平和发展程度。 关键词：陶瓷材料二氧化锆激光加工磨料水射流铣削加工金刚石套料钻
ABSTRACT There is so many kinds of Ceramic material.They have the excellent properties.Such as the High melting point,High hardness,High Chemical stability, Heat-resistant,Resistant to wear,Resistance to oxidation,Corrosion resisting,High Elastic modulus,High strength and so on.Because of these properties , its processing is also with ordinary materials a totally different processing methods.With the development of modern industry,The demand for new materials will be more and more.Ceramic materials get rapid development in recent decade.Along with its application field more and more widely, people have studied it also more and more deeply.This paper will introduce alumina and zro2 which is Synthetic material and its processing technology description and explore the domestic ceramic materials processing techniques and development degree. KEY WORD : Ceramic materials zirconium dioxide Laser processing Abrasive Water technology milling Diamond set of material drill
一种氧化锆增韧莫来石陶瓷材料及制备方法
? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. https://www.wendangku.net/doc/3b18115646.html, 5所示,磷酸脲的收率随反应活化剂RX -Ⅲ用量的 增加,先增加而后减少,当其用量为0.15%时,磷酸脲的收率达到67.6%。选择反应活化剂用量为0.15%。 图4 反应物物质的量比与收率的关系 图5 反应活化剂用 量与收率的关系 2.5 验证实验 从以上分析可以得到反应温度为75℃,反应时间0.9h,反应活化剂RX -Ⅲ用量0.15%,尿素与湿法磷酸的物质的量比为1.05∶1为比较合适的工艺条件。在上述条件下进行验证实验,所得磷酸脲收率为79.4%。 测定所得产品中的总氮质量分数(以干基计)为17.9%,磷质量分数(以P 2O 5计)为44.4%,氟质量分数为0.012%,铅质量分数为1.8mg/kg,砷质量分数为1.8mg/kg,重金属质量分数1.8mg /kg 。达到了饲料级磷酸脲的各项理化指标 [10] 。 3 结论与建议 1)在以湿法磷酸和工业尿素为原料悬浮净化法合成磷酸脲的工艺中,反应温度为75℃,反应时间0.9h,反应活化剂RX -Ⅲ用量0.15%,尿素与湿法磷酸的物质的量比为1.05∶1。2)分离母液直接用于加工木材阻燃剂或肥料,降低了由于母液循环利用而增加的能耗。又能防止对环境的污染,解决了环保问题。3)湿法磷酸合成磷酸脲生产成本较低;反应活化剂和悬浮剂的加入和工艺条件的改变,加快了湿法磷酸与尿素的反应速率,提高了湿法磷酸的转化率,减免了传统工艺中对湿法磷酸进行 的净化预处理工序,简化了湿法磷酸生产磷酸脲的 工艺流程,降低了磷酸脲晶体中的杂质含量,提高了磷酸脲产品的品位。4)由湿法磷酸和工业尿素生产饲料级的磷酸脲的悬浮净化法工艺流程的研究是一个非常复杂的问题,尚有许多问题有待于进一步研究解决。如反应活化剂和悬浮剂的配方优化;反应条件和结晶条件的进一步优化,使磷酸脲晶体以更加规整、更好的晶形析出;磷酸脲晶体的过滤和干燥等指标的量化等等。 参考文献: [1] Fowler C W.U rea and urea phos phate fertilizers[M ].Park R idge: N.J.Noyes Data Cor porati on,1976. [2] Harry T L,Ewell F D.Pr oducti on of urea phos phate:US,T103206 [P ].1983-07-05. [3] Cecil P H.Granulati on of urea phos ophate fr om urea and merchant -grade phos phoric acid:US,4512793[P ].1985-04-23. [4] 崔小明.磷酸脲的制备和应用[J ].四川化工与腐蚀控制, 1998,1(1):49-51. [5] 李长彪,李荫泉,彭延明.湿法磷酸制备磷酸脲的连续工艺 [J ].化肥工业,1990,17(3):47-50. [6] 杨晓辉,刘利军,李文强,等.湿法磷酸合成磷酸脲的工艺研究 [J ].宁夏工程技术,2006,5(1):48-50. [7] Dahlia Si m eona Greidinger,Benedict Cytter .Pr ocess for the manu 2 facture of crystalline urea phos phate:US,3936501[P ].1976-02-03. [8] Tang Jianwei,Mu Rongzhe,Zhang Baolin,et al .Solubility of urea phos phate in water +phos phoric acid fr om (277.00t o 354.50)K [J ].Journal of Chem ical &Engineering Data,2007,52(4):1179-1181. [9] 张健,叶世超,陈晓东,等.影响磷酸脲生成质量因素的实验研 究[J ].化学研究与应用,2005,17(1):86. [10] NY/T 917—2004中华人民共和国农业行业标准:饲料级磷酸 脲[S]. 收稿日期:2008-01-15 作者简介:解田(1963— ),男,高级工程师,主要从事精细化工以 及磷复肥生产技术的研究和开发工作,已发表论文5篇,申请专利6项,获贵州省优秀技术创新项目一等奖。 联系方式:xietian@public .gz .cn 一种氧化锆增韧莫来石陶瓷材料及制备方法 本发明涉及一种氧化锆增韧莫来石陶瓷材料及制备方法。采用硅酸锆和α相氧化铝为基体,运用现代增韧和增强技术,加入氧化钇、氧化镁、氧化钙和氧化钛为矿化剂,外加莫来石作晶种,改性增强增韧。采用等静压成型技术,使生 坯体具有均匀性和致密性。在烧结工艺中采用常压高温抽屉窑一次性烧成,温度均匀且成本低。本发明与氧化铝陶瓷材料相比,具有高强度、高韧性、高耐磨性能,生产工艺简单,烧成温度大幅度下降,达到节能降耗的目的。CN,101143783 81 无机盐工业 第40卷第5期
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展 关键词：透明氧化铝，透光率，烧结助剂，烧结工艺 1引言 透明氧化铝陶瓷最早是由美国Coble博士发明的，他通过在Al2O3中添加0．25wt% MgO，于1700～1800℃氢气气氛下烧结出呈半透明的氧化铝陶瓷，从此开创了透明氧化铝陶瓷研究和应用的新篇章［1］。经过半个世纪的不懈努力和研究，科研工作者发现，通过提高氧化铝的纯度、致密度以及合理的调控显
微结构，可以显著提高氧化铝陶瓷的透光性。 随着研究的不断开展，制备氧化铝陶瓷的烧结助剂得到了极大地扩展，除了MgO，一些稀土氧化物（如Y2O3、La2O3、ZrO2等）同样可以作为氧化铝陶瓷的烧结助剂，并且采用复合添加剂的效果优于单独使用MgO。关于添加剂的引入方式，谢志鹏等［2］提出了化学沉淀包覆工艺，在1800℃氢气气氛下烧结，制备了透明氧化铝陶瓷。与传统的球磨工艺相比，该方法能够实现添加剂在氧化铝基体中的均匀分布，从而大大提高了陶瓷的透光性。 关于透明氧化铝陶瓷的烧结技术，最近的研究工作表明，采用热等静压（HIP）、放电等离子（SPS）等特种烧结工艺可以制备出亚微米晶的高性能透明氧化铝陶瓷。例如，Jin等［3］采用SPS工艺，于1250～1350℃，80MPa压力下烧结，制备了晶粒尺寸小于1μm，直线透光率为53%的透明陶瓷。由于晶粒细小，其机械强度也非常优异。 此外，Mao等［4］就氧化铝晶粒光轴取向对透光性的影响进行了研究，他们通过在强磁场条件下进行透明Al2O3陶瓷浆料的注浆成型，使烧结后的Al2O3陶瓷晶粒光轴趋于一致，从而减少六方晶系Al2O3陶瓷因双折射率不同带来的光损失，显著提高透明Al2O3陶瓷的透过率。下面就影响氧化铝陶瓷透光性的各种因素，以及氧化铝粉体选择、烧结助剂及作用、烧结工艺及透明氧化铝陶瓷的应用进行综述。 2影响氧化铝陶瓷透明性的因素 2.1.1气孔 对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率，又包括气孔尺寸、数量、种类。普通陶瓷即使具有高的密度，往往也不是透明的，这是因为其中有很多封闭气孔，并且当陶瓷内部的气孔率大于1%时，陶瓷就基本不再透明。有实验
氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷（alumina ceramics）是一种以α- Al2O3为主晶的陶瓷材料。其Al2O3含量一般在75～99.99%之间。通常习惯以配料中Al2O3的含量来分类。Al2O3含量在75%左右的为“75瓷“，含量在85%左右的为“85瓷“，含量在95%左右的为“95瓷“，含量在99%左右的为“99瓷“。 工业Al2O3是由铝钒土（Al2O3·3H2O）和硬水铝石制备的，对于纯度要求不高的，一般通过化学方法来制备。电熔刚玉即是用上述原料加碳在电弧炉内于2000～2400C熔融制得，也称人造刚玉。 Al2O3有许多同质异晶体。根据研究报道过的变体有十多种，但主要有三种，即γ- Al2O3，β- Al2O3，α- Al2O3。Al2O3的晶体转化关系如下图，其结构不同，因此其性质也不同，在1300度以上的高温几乎完全转变为α- Al2O3。 γ- Al2O3，属尖晶石型（立方）结构，氧原子形呈立方密堆积，铝原子填充在间隙中。它的密度小。且高温下不稳定，机电性能差，在自然界中不存在。由于是松散结构，因此可利用它来制造多孔特殊用途材料。 β- Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物。它的化学组成可以近似地用RO·6 Al2O3和R2O·11 Al2O3来表示（RO指碱土金属氧化物，R2O指碱金属氧化物），其结构由碱金属或碱土金属离子如[NaO]ˉ层和[Al11O12]＋类型尖晶石单元交叠堆积而成，氧离
子排列成立方密堆积，Na＋完全包含在垂直于C轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快扩散，呈现离子型导电。 α- Al2O3，属三方晶系，单位晶胞是一个尖的菱面体，在自然办只存在α- Al2O3，如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物。α- Al2O3结构最紧密、活 性低、高温稳定。它是三种形态中最稳定的晶型，电学性质最好，具有优良的机电性能。 Al2O3中的化学键是离子键，离子键也称“电价键”，它是由金属原子失去外层电子形成正离子，非金属原子取得电子形成负离子，互相结合形成的。离子键是依靠正负离子间静电引力所产生的化学键，它没有方向性也没有饱和性。A Al2O3陶瓷属于氧化物晶体结构，氧化物结构的结合键以离子键为主，它的分子式通常以AmXn 表示。A(或者B)表示与氧结合的正离子，n为离子数，x表示氧离子，n表示它的数量。大多数氧化物中的氧离子半径大于正离子的半径。所以它们的结构是以大直径的氧离子密堆排列的骨架，组成六方或面心立方点阵，小直径的正离子嵌入骨架的间隙处。这种陶瓷材料具有高的硬度和熔点。 陶瓷体的相组成中，晶相相对含量波动范围很大，通常特种陶瓷中晶相体相对含量较高。晶相对陶瓷材料性质有很大的影响。表中列出了一般陶瓷到特种陶瓷中的刚玉相(α- Al2O3)含量的变化及表现出的性能差异。
氧化锆陶瓷(材料科学概论论文)
氧化锆陶瓷 摘要：本文介绍了氧化锆的基本性质、氧化锆超细粉体的制备方法、高性能氧化锆陶瓷材料的成型工艺以及其在各领域的应用情况。 关键词：氧化锆；高性能陶瓷；制备；应用 材料所处的环境极为复杂，材料损坏引起事故的危险性不断增加，研究与开发对损坏能自行诊断并具有自修复能力的材料是十分重要而急迫的任务，氧化锆就是具有这种功能的智能材料！ 一、名称：氧化锆陶瓷，ZrO2陶瓷，Zirconia Ceramic 二、种类及特点 纯ZrO2为白色，含杂质时呈黄色或灰色，一般含有HfO2，不易分离。世界上已探明的锆资源约为1900万吨，氧化锆通常是由锆矿石提纯制得。在常压下纯ZrO2共有三种晶态：单斜氧化锆（m-ZrO2）、四方氧化锆（t-ZrO2）和立方氧化锆（c-ZrO2），上述三种晶型存在于不同的温度范围，并可以相互转化： 单斜（Monoclinic）氧化锆（m-ZrO2）<950℃ 5.65g/cc 四方（Tetragonal）氧化锆（t-ZrO2）1200-2370℃ 6.10g/cc 立方（Cubic）氧化锆（c-ZrO2）>2370℃ 6.27g/cc 三、增韧原理 氧化锆增韧的方法,主要是利用氧化锆的相变才能达到的!. 部分稳定ZrO2陶瓷在烧结冷却过程中，ｔ－ZrO2晶粒会自发相变成m－ZrO2，引起体积膨胀，在基体中产生微裂纹，相变诱导的微裂纹会使主裂纹扩展时分叉或改变方向而吸收能量，使主裂纹扩展阻力增大，从而使断裂韧性提高。这种机理称微裂纹增韧。主要增韧方法有：应力诱导相变增韧、微裂纹增韧、残余应力增韧、表面增韧以及复合增韧等。 其中t-ZrO2转化为m-ZrO2相变具有马氏体相变的特征，并且相变伴随有3%～5%的体积膨胀。不加稳定剂的ZrO2陶瓷在烧结温度冷却的过程中，就会由于发生相变而严重开裂。解决的办法是添加离子半径比Zr小的Ca、Mg、Y等金属的氧化物。 材料中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中仍保持四方相形态，当材料受到外应力的作用时，受应力诱导发生相变，由t相转变为m相。由于ZrO2晶粒相变吸收能量而阻碍裂纹的继续扩展，从而提高了材料的强度和韧性。相转变发生之处的材料组成一般不均匀，因结晶结构的变化，导热和导电率等性能随之而变，这种变化就是材料受到外应力的信号，从而实现了材料的自诊断。 对氧化锆材料压裂而产生裂纹，在300℃热处理50h后，因为t相转变为m 相过程中产生的体积膨胀补偿了裂纹空隙，可以再弥合，实现了材料的自修复。 四、氧化锆粉体的制备 ZrO2超细粉体的制备技术 锆英石的主要成分是ZrSiO4，一般均采用各种火法冶金与湿化学法相结合的工艺，即先采用火法冶金工艺将ZrSiO4破坏，然后用湿化学法将锆浸出，其中间
氧化铝陶瓷增韧
1)应力诱导相变增韧：应力诱导相变增韧是利用应力诱导四方ZrO2马 氏体相变来改变陶瓷材料的韧性，当部分稳定ZrO2增韧陶瓷烧结致密后，四方晶型ZrO2颗粒弥散分布与陶瓷基体中，冷却时亚稳态的四方晶型颗粒受到基体的抑制而处于压应力状态，这时基体中沿颗粒连线方向也处于压应力状态。材料在外力作用下所产生的裂纹尖端附近由于应力集中的作用，存在张应力场，从而减轻了对四方相的束缚，在应力诱发作用下发生四方相(t-ZrO2) 转变成单斜相(m-ZrO2)的马氏体相变，将引起3%～5%的体积膨胀，而相变 颗粒的剪切应力和体积膨胀对基体产生压应变，使裂纹停止延伸，以致需要更大的能量才使主裂纹扩展，即在裂纹尖端应力场的作用下，ZrO2粒子发生马氏体相变而吸收了能量，外力做了功，从而提高了断裂韧性。 2)微裂纹增韧：ZrO2在由四方相向单斜相转变时，因体积膨胀产生的 微裂纹将起到分散基体中主裂纹尖端能量的作用，不论是陶瓷在冷却过程中产生的相变诱发微裂纹，还是裂纹在扩展过程中其尖端区域形成的应力诱发相变导致的微裂纹，都将起到分散主裂纹尖端能量的作用，并导致主裂纹扩展路径发生扭曲和分叉，从而提高断裂能，引起陶瓷断裂韧性的增加； 3)弥散增韧：基体材料中加入ZrO2颗粒，对裂纹起钉扎作用，耗散裂 纹前进的动力。同时，颗粒在基体中受拉伸时阻止横向截面收缩，消耗更多的能量，达到增韧目的。 1)热膨胀失配增韧：热膨胀系数α失配，从而能在第二相颗粒及周 基体内部产生残余应力场，假设第二相颗粒与基体之间不发生化学反应， 果第二相颗粒与基体之间存在热膨胀系数的失配，即?α=αp―αm不等 0(p，m分别表示颗粒和基体)，当?α>0时，第二相颗粒处于拉应力状态 而基体径向处于拉伸状态；当?α<0时，第二相颗粒处于压应力状态，切 受到拉应力，这时裂纹倾向于在颗粒处钉扎或穿过颗粒。微裂纹的出现可 吸收能量从而达到增韧的目的。 2)裂纹编转：裂纹编转是一种裂纹尖端效应，是指裂纹扩展过程中 裂纹尖端遇上偏转剂(颗粒、纤维、晶须、界面等)所发生的倾斜和偏转。 3)裂纹桥联：裂纹桥联是一种裂纹尖端尾部效应，是发生在裂纹尖 后方内某显微结构单元(称为桥联剂，例如纤维、晶须、棒状晶、细长晶粒5 等)连接裂纹的两个表面，并提供一个使两个裂纹面相互靠近的应力，即 合力，这样导致应力强度因子随裂纹扩展而增加，如图1-2所示。当裂纹 展遇上桥联剂时，桥联剂有可能穿晶破坏，如图1-2中第一个颗粒；也有 能出现互锁现象，即裂纹绕过桥联剂沿晶界扩展(裂纹偏转)并形成摩擦桥 如图1-2中第二个颗粒；而第3、4颗粒形成弹性桥，即裂纹桥联。 裂纹扩展路径
透明陶瓷材料
透明陶瓷材料 在我们《材料学导论》课上，何老师介绍了一种材料叫做无色透明陶瓷，这个让我惊奇，因为在我的潜意识里，我一直觉得陶瓷是白色的，又或者是镶嵌一些其他的色彩，比如我们日常生活里见到的碗、盘子、花瓶、酒盅之类的，都不是无色的，因此透明陶瓷引起了我的兴趣。 一般陶瓷是不透明的，但是光学陶瓷像玻璃一样透明，故称透明陶瓷。一般陶瓷不透明的,原因是其内部存在有杂质和气孔，前者能吸收光，后者令光产生散射，所以就不透明了。因此如果选用高纯原料，并通过工艺手段排除气孔就可能获得透明陶瓷。早期就是采用这样的办法得到透明的氧化铝陶瓷，后来陆续研究出如烧结白刚玉（Al2O3)、氧化镁{MgO)、氧化铍(BeO)、氧化钇(Y2O3)、氧化钇-二氧化锆(Y2O3-ZrO2)等多种氧化物系列透明陶瓷。近期又研制出非氧化物透明陶瓷，如砷化镓(GaAs)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)等。 这些透明陶瓷不仅有优异的光学性能，而且耐高温，一般它们的熔点都在2000℃以上。如氧化钍-氧化钇透明陶瓷的熔点高达3100℃，比普通硼酸盐玻璃高1500℃。透明陶瓷的重要用途是制造高压钠灯，它的发光效率比高压汞灯提高一倍，使用寿命达2万小时，是使用寿命最长的高效电光源。高压钠灯的工作稳定高达1200℃，压力大、腐蚀性强，选用氧化铝透明陶瓷为材料成功地制造出高压钠灯。透明陶瓷的透明度、强度、硬度都高于普通玻璃，它们耐磨损、耐划伤，用透明陶瓷可以制造防弹汽车的窗、坦克的观察窗、轰炸机的轰炸瞄准器和高级防护眼镜等。透明陶瓷的制造是有意识地在玻璃原料中加入一些微量的金属或者化合物（如金、银、铜、铂、二氧化钛等）作为结晶的核心，在玻璃熔炼、成型之后，再用短波射线（如紫外线、X射线等）进行照射，或者进行热处理，使玻璃中的结晶核心活跃起来，彼此聚结在一起，发育成长，形成许多微小的结晶，这样，就制造出了玻璃陶瓷。用短波射线照射产生结晶的玻璃陶瓷，称为光敏型玻璃陶瓷，用热处理办法产生结晶的玻璃陶瓷，称为热敏型玻璃陶瓷。 透明陶瓷的机械强度和硬度都很高，能耐受很高的温度，即使在一千度的高温下也不会软化、变形、析晶。电绝缘性能、化学稳定性都很高。光敏型玻璃陶瓷还有一个很有趣的性能，就是它能象照相底片一样感光，由于这种透明陶瓷有这样的感光性能，故又称它为感光玻璃。并且它的抗化学腐蚀的性能也很好，可经受放射性物质的强烈辐射。它不但可以象玻璃那样透过光线，而且还可以透过波长10微米以上的红外线，因此，可用来制造立体工业电视的观察镜，防核爆炸闪光危害的眼镜，新型光源高压钠灯的放电管。 透明陶瓷的用途十分广泛，在机械工业上可以用来制造车床上的高速切削刀，汽轮机叶片，水泵，喷气发动机的零件等，在化学工业上可以用作高温耐腐蚀材料以代替不锈钢等，在国防军事上，透明陶瓷又是一种很好的透明防弹材料，还可以做成导弹等飞行器头部的雷达天线罩和红外线整流罩等；在仪表工业上可用作高硬度材料以代替宝石，在电子工业上可以用来制造印刷线路的基板和镂板，在日用生活中可以用来制作各种器皿，瓶罐，餐具等等。 透明陶瓷最早是使用在灯具上。高压钠灯是一种发光效率很高的电光源，但在钠蒸气放电时产生1000℃以上的高温，具有很强的腐蚀性，玻璃灯管根本没法耐受，所以高压钠灯一直没能问世，直到有了透明陶瓷，高庄钠灯才得到实际应用，除高压钠灯外，透明陶瓷还使用于其它新型灯具，如艳灯、铷灯、钾灯等。响尾蛇导弹头部的红外探测器，外面有一个整流罩，它不仅要有足够的强度，还要能透过红外线，以确保导弹能跟踪敌机辐射的红外线。担当此任的材料只有透红外陶瓷，响尾蛇导弹的整流罩就是用透红外陶瓷做的。电焊工人操作时，要不断地把面罩举起拿下，十分不方便。有一种锆钛酸铅镧透明铁电陶瓷，能透光，耐高温，用它造成具有夹层的护目镜，能根据光线的亮暗自动进行调节，有了这种护目镜，电焊工人工作起来就十分方便。这种护目镜，正在核试验工作人员和飞行员中得到广泛的作用。新型材料进入市场的商标为ALON，
影响Al2O3透明陶瓷透光性的因素
影响Al2O3透明陶瓷透光性的因素 摘要：简要分析了陶瓷透明的机理：气孔散射、晶界散射、第二相散射、折射与吸收、多晶体吸收等效应都会影响光线透过陶瓷基体。原料纯度、粒度,氢气或真空烧成气氛,添加剂，气孔数量、尺寸,晶界等因素会对Al2O3透明陶瓷的透光性产生影响,其中原料、添加剂、气孔影响因素占主导位置。 关键词：透明陶瓷，透光性，添加剂，气孔 Factors of Transparency of Transparent Al2O3 Ceramics Abstract:A brief analysis of the mechanism of transparent ceramics: pore scattering, grain boundary scattering, the second phase of the scattering, refraction and absorption, polycrystalline absorption effect will affect the light through the ceramic matrix. Purity and size of raw materials,hydrogen or vacuum firing atmosphere, addition agent, pore number and their size, grain boundary will affect the transparency of transparent Al2O3 ceramics.Raw materials,addition agent and gas hole are the most importang factors of them. Key words:t ransparent ceramics, transparency, addition agent, gas hole 1 引言 自从1962年Coble制备出透明氧化铝陶瓷以来，打破了陶瓷不透明的传统概念，也开辟了陶瓷新的应用领域。照明技术、特种仪器制造、无线电子学、信息探测、高温技术以及军事工业的发展，都需要有大量高性能的光学功能材料来提供关键的物质基础。 透明陶瓷的一个关键性能在于其透光度。光通过某一介质时，由于介质的吸收、散射和折射等效应而使其强度衰减，对于Al2O3透明陶瓷而言，这种衰减除了与材料的基本化学组成有关外，主要取决于材料的显微组织结构。要使陶瓷材料具有很好的透光性，应消除造成光散射的各种因素，即应具备如下性
氧化铝陶瓷综述(原版)
目 录 摘 要 ................................................................................................................................ 1 正文： ................................................................................................................................ 1 1氧化铝的同质多晶变体及其性能简介 . (1) 1.1α-32O Al ................................................................................................................ 1 1.2β-32O Al ................................................................................................................. 1 1.3γ-32O Al ................................................................................................................. 1 2氧化铝陶瓷的分类及功能简介 . (2) 2.1分类 (2) 2.1.1氧化铝陶瓷按其中氧化铝含量不同分为高纯型和普通型两种。.......... 2 2.1.2氧化铝陶瓷根据主晶相不同可分为刚玉瓷、刚玉—莫来石瓷及莫来石瓷。................................................................................................................................. 2 2.2功能 ........................................................................................................................ 2 3氧化铝陶瓷的原料及其加工 .. (3) 3.1原料及其制备 ........................................................................................................ 3 3.232O Al 的预烧 .......................................................................................................... 4 3.332O Al 粉体的制备 .................................................................................................. 4 4氧化铝陶瓷的成型工艺 . (5) 4.1成型辅助剂 ............................................................................................................ 5 4.2成型方法 . (5) 4.2.1模压成型...................................................................................................... 5 4.2.2等静压成型.................................................................................................. 5 4.2.3注浆成型...................................................................................................... 5 4.2.4凝胶注模成型.............................................................................................. 5 4.2.5热压铸成型.. (6) 5烧结 (6) 5.1烧结方法 (6) 5.1.1常压烧结法.................................................................................................. 6 5.1.2热压烧结和热等静压烧结.. (6)
透明陶瓷
透明陶瓷 鲁成强 （山东轻工业学院） 摘要：简要地介绍了透明陶瓷的研究现状，同时探讨了透明陶瓷透光的原理以及影响透明性能的主要因素，叙述了透明陶瓷的制备方法，并展望了透明陶瓷研究发展趋势。 关键字：透明陶瓷现状原理制备发展趋势 1透明陶瓷的现状 透明陶瓷是二十世纪50年代末发展起来的。经过几十年的发展，已制备了一系列的透明陶瓷。如氧化铝透明陶瓷、氧化钇透明陶瓷、氮化铝透明陶瓷以及电光透明陶瓷和激光透明陶瓷等。 所谓透明陶瓷就是能透过光线的陶瓷。通常陶瓷是不透明的，其原因是陶瓷材料内部含有的微气孔等缺陷对光线产生折射和散射作用，使得光线几乎无法透过陶瓷体。1959年通用电气公司首次提出了一些陶瓷具有可透光性,随后美国陶瓷学家R.L.Coble制备得到透明氧化铝陶瓷证实了这一点。 这种材料不仅具有较好的透明性，且耐腐蚀，能在高温高压下工作，还有许多其他材料无可比拟的性质，如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等，所以逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用[1]。 2影响透明陶瓷性能的主要因素 2.1气孔率 对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率。普通陶瓷即使具有很高的致密度，往往也不是透明的，这是因为其中有很多封闭的气孔。文献指出,总气孔率超过1%的氧化物陶瓷基本是不透明的，因为气孔的折射率非常低(约为1.0)，这些气孔在光线传播的过程中会使光线发生多次反射，从而大大降低材料的透明度。 陶瓷内部的气孔可存在于晶体之间和晶体内部。晶体之间的气孔处于晶界上容易排除，而晶体内部的气孔即使是小于微米级的也很难排除。 因此晶体内部气孔对于获得透明陶瓷是最危险的。因此要从每一个工艺阶段：原料粉体的制备、预烧、烧成。来防止气孔的产生。 2.2晶界结构 首先，晶界是破坏陶瓷体光学均匀性、从而引起光的散射、致使材料的透光