氧化鋁陶瓷分為高純型與(yǔ)普通型兩種。 高純型(xíng)氧化鋁陶瓷係Al2O3含量在99.9%以上的陶瓷(cí)材料,由於(yú)其燒結溫度高達1650—1990℃,透射波長為1~6μm,一般製(zhì)成熔融玻(bō)璃以取代(dài)鉑坩堝;利用(yòng)其透光性及可耐(nài)堿金屬腐蝕性用作鈉(nà)燈管;在電子工業中可用作集成電(diàn)路基板與高頻絕緣材料。 普通(tōng)型氧化鋁陶瓷係按Al2O3含量不同分為99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等(děng)品種,有時Al2O3含量在80%或(huò)75%者也劃為普通氧化鋁陶瓷係列。其中(zhōng)99氧化鋁瓷材料用於製作高溫坩堝、耐火爐管及特殊耐(nài)磨材料,如陶瓷軸承、陶瓷密封件及水閥片等;95氧化鋁瓷主要用(yòng)作(zuò)耐腐蝕、耐磨(mó)部件;85瓷中由於常摻入(rù)部分滑石,提高了電性能與機械(xiè)強度(dù),可(kě)與鉬、铌、鉭等金屬封接,有的用作電真空裝置器件。
粉體製備 將入廠(chǎng)的氧化鋁(lǚ)粉按照不同的產品要求與不同成(chéng)型工藝製備成粉體材料。粉體粒度在(zài)1μm以下,若製造高純氧化鋁陶瓷製品(pǐn)除氧化鋁純度在99.99%外,還需超細粉(fěn)碎(suì)且使其粒徑分布均勻。采用擠壓成型或注射成型時,粉料中需引入粘結劑與可塑劑,一(yī)般為重量比在10-30%的熱塑性塑膠或樹脂有機粘結劑應與(yǔ)氧化鋁粉體在150-200溫(wēn)度下均勻混合,以(yǐ)利於成型操作。采用熱壓工藝成型的粉體(tǐ)原料則不需加入粘結劑。若采用半自動或全自動幹壓成型,對粉體有特別的工藝(yì)要求,需要采用噴霧造粒法對粉體進行處理、使其呈現圓球狀,以利於(yú)提高粉體流動性便於成型(xíng)中自動充填模壁。此外,為減少粉料與模壁的摩擦,還需添加1~2%的潤滑劑,如硬(yìng)脂酸,及粘結劑PVA。 欲幹壓成(chéng)型時需對粉(fěn)體噴霧造粒,其中引入(rù)聚乙(yǐ)烯醇(chún)作為粘結(jié)劑。上海某研究所開發一種水溶性石蠟用作Al203噴霧(wù)造粒的粘結劑,在加(jiā)熱情況下有很好的流動性。噴霧(wù)造粒後的粉體具備流動性好、密度鬆散,流(liú)動角摩擦溫度(dù)小於(yú)30℃。顆粒級配(pèi)比理想等條件,以獲得較大(dà)素(sù)坯密度。 成型方(fāng)法 氧化鋁陶瓷製品成型方法有幹壓、注漿、擠壓、冷等靜壓、注射、流延(yán)、熱壓與熱等靜壓成型等多(duō)種方法。近幾(jǐ)年來國內外又開發出(chū)壓濾成型、直接凝固注模成型、凝膠注成(chéng)型、離心注漿成(chéng)型與固(gù)體自由成(chéng)型等成型技術(shù)方法。不同的產品形(xíng)狀(zhuàng)、尺寸、複雜造型與精度的產品需(xū)要(yào)不同的(de)成型方法。 常用成型介紹: 1、幹壓成型:氧化(huà)鋁陶瓷幹壓成型技術(shù)限於形狀單純且內壁厚度超過1mm,長度與(yǔ)直徑之比不大於4∶1的物件。成型方法有單軸向或雙向。壓機有液(yè)壓式、機械式兩種,可呈半自動或(huò)全自動成型方式。壓機壓力為200Mpa。產量每分鍾(zhōng)可達15~50件。由於液壓式(shì)壓機衝程壓力均勻,故在粉料充填有差異時壓製件高度不同。而機(jī)械式(shì)壓機施(shī)加壓力(lì)大小因粉體(tǐ)充填多少而變化,易導致燒結後尺寸收縮產(chǎn)生差異,影響產品質量。因此幹壓過程中粉體顆粒均勻(yún)分布對模具充填非常重要。充填量準確與否對製造的氧化鋁陶瓷(cí)零件尺寸精度(dù)控製(zhì)影響很大。粉體(tǐ)顆粒以大於60μm、介於60~200目之間可獲自由流動效果,取(qǔ)得壓力成型效果(guǒ)。 2、注漿成型法:注漿成型是氧化鋁陶(táo)瓷(cí)使用早的成型方法。由於采用石膏模、成本低且易於成型大尺(chǐ)寸、外形(xíng)複雜的(de)部件。注漿成(chéng)型的關鍵是氧化鋁漿料的製備。通常以水(shuǐ)為熔劑介質,再加入解(jiě)膠劑與粘結劑,充分研磨之後排(pái)氣,然(rán)後倒注入石膏模內。由(yóu)於石膏模毛細管對水分的吸附,漿料遂固化在模內。空心注(zhù)漿時,在模(mó)壁吸附漿(jiāng)料達(dá)要求厚度時,還需將多餘漿料倒出。為減少坯體收縮量、應盡量(liàng)使用(yòng)高(gāo)濃度漿(jiāng)料(liào)。 氧化鋁陶瓷漿料(liào)中還需加入有機添加劑以使料漿顆粒表麵形成雙電層使料漿穩定懸浮不沉澱。此外還(hái)需(xū)加入乙烯醇、甲基纖維素、海(hǎi)藻(zǎo)酸胺等粘結劑及聚丙烯胺、阿拉伯樹膠等分散劑,目的均在於使漿料適宜注漿成型操作。
將顆粒狀(zhuàng)陶瓷坯(pī)體致(zhì)密化並形(xíng)成固體材料的技術方法叫燒結。燒結即將坯體內顆粒間空洞排除,將少量氣體及雜質有機物排除,使顆(kē)粒(lì)之間相互生(shēng)長結合,形成新的物質的方法。 燒成使用的加熱(rè)裝置廣泛使用電爐。除了常壓燒結即無壓燒結外(wài),還有熱壓燒結及熱等靜壓燒結等。連續熱壓燒結雖然提高產量,但設備和模具費用太(tài)高,此外由於屬軸(zhóu)向受(shòu)熱,製品(pǐn)長度受製。熱(rè)等靜壓燒(shāo)成采用高(gāo)溫高壓氣體作壓力傳遞介質,具有各向均勻受熱之優點,很適合形狀(zhuàng)複雜製品的燒結。由於結構均勻,材料性能比冷壓燒結提高30~50%。比一般熱壓燒結(jié)提高10-15%。因此,一些高附加值(zhí)氧化鋁陶瓷產品或(huò)國防軍工需用的特殊零(líng)部件、如陶瓷軸承、反射鏡、核燃料及槍管等製品、場采用(yòng)熱等靜壓燒成方法。 此外,微波燒結法、電弧等離子燒結法、自蔓延燒結(jié)技(jì)術亦正在開發(fā)研究中。 精加工與封裝(zhuāng)工序 有些氧化鋁陶瓷材料在(zài)完成燒結後,尚需進行精加工。如可用作(zuò)人工骨的製品要求表麵有很(hěn)高的光潔度、如鏡麵一樣(yàng),以增加潤滑性。由於氧化鋁陶瓷材料硬度較高,需用更硬的研(yán)磨拋光磚材料對其作精加工。如SIC、B4C或金剛(gāng)鑽等。通常采用由粗到細磨料逐(zhú)級磨(mó)削,表麵拋(pāo)光。一般可采(cǎi)用<1μm微米的Al2O3微粉或金剛鑽膏進行研磨拋光。此外激光加工及超聲波加工(gōng)研磨及拋光的方法亦可采用。 氧化鋁陶瓷強化工藝 為了增強氧化鋁陶(táo)瓷,顯(xiǎn)著(zhe)提高其力學強度,國外(wài)新推一種氧化鋁陶瓷強化工藝。該工藝新(xīn)穎簡單,所采取的技術(shù)手段是(shì)在氧化鋁陶瓷表麵,采用電子射線真空鍍膜、濺射真空鍍膜或化學氣(qì)相蒸鍍方法,鍍上(shàng)一層矽化合物薄膜,在1200℃~1580℃的加熱處理,使氧化鋁(lǚ)陶瓷鋼化。 經強化的氧化鋁陶瓷的力學強度可在原基礎上大幅度增長,獲(huò)得具有(yǒu)超高強(qiáng)度的氧化鋁陶瓷。