氧化鋁具備高強度、高硬度、抗磨損、耐高溫、高電阻率等性能,是一種用途極為廣泛的陶瓷材料。
對氧化鋁陶瓷而言,高品質(zhì)氧化鋁粉體是高性能陶瓷材料的前提保障,如果氧化鋁粉體的品質(zhì)不好,則可能是受很多因素導(dǎo)致,例如:前驅(qū)體的粒度、前驅(qū)體的雜質(zhì)含量、燒結(jié)溫度、添加劑的種類等等。
1.前驅(qū)體的顆粒度對氧化鋁粉體的影響
有研究表明前驅(qū)體氫氧化鋁的顆粒度對高溫?zé)Y(jié)氧化鋁的微觀形貌有著較大影響。其中,當(dāng)前驅(qū)體的D50>30μm時,燒結(jié)后可形成團聚的蠕蟲狀α-Al2O3顆粒;前驅(qū)體的D50<10μm時,燒結(jié)后可形成近球形且分散性好的α-Al2O3顆粒,其顆粒度為0.5μm左右。另有研究表明α-Al2O3的相變轉(zhuǎn)化率,隨前驅(qū)體顆粒度的減小而增大;且隨著前驅(qū)體顆粒度的減小,燒結(jié)后氧化鋁的分散性趨于較好,從而氧化鋁粉體具有了較好的流動性。
2.雜質(zhì)對氧化鋁粉體的影響
拜耳法生產(chǎn)的氫氧化鋁粉體中的主要雜質(zhì)包括Na2O、SiO2、CaO、Fe2O3、MgO等,其中Na2O含量相對較高,為0.25 wt%左右。Na2O是堿法制備氧化鋁粉體中殘存于氫氧化鋁顆粒中的雜質(zhì),其存在不僅對氧化鋁產(chǎn)品的純度有影響,且大大降低了產(chǎn)品中α-氧化鋁的結(jié)晶度,是工業(yè)化生產(chǎn)氧化鋁中除雜的主要目標產(chǎn)物。
有研究指出在氧化鋁的煅燒過程中,Al2O3可與Na2O反應(yīng)形成化合物高鋁酸鈉(Na2O·11Al2O3),高鋁酸鈉的存在不僅降低了氧化鋁產(chǎn)品的性能,且對過渡相氧化鋁的物相轉(zhuǎn)變有著較大的影響。另有研究指出在氧化鋁的煅燒過程中,當(dāng)溫度大于1400 ℃時,氧化鋁與氧化鈉反應(yīng)生成的化合物導(dǎo)致氧化鋁晶粒粗化,從而降低了氧化鋁的比表面積與晶體結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。
3.溫度對氧化鋁粉體的影響
燒結(jié)過程中的燒結(jié)溫度不僅對氧化鋁晶體的物相有重要影響,對氧化鋁粉體的各項性能均有著重要的影響。在氧化鋁燒結(jié)的過程中,其比表面積逐漸增加,在400 ℃左右時達到大值。在這一過程中,氫氧化鋁可脫去羥基水生成γ-Al2O3,其晶體結(jié)構(gòu)也更為致密,而由于晶體脫水劇烈導(dǎo)致結(jié)晶集合體破裂,使得晶體內(nèi)部存在著大量缺陷,強度降低。隨著溫度的升高,α-Al2O3開始形成且含量不斷增加,晶體結(jié)構(gòu)逐漸趨于完善,強度提高;當(dāng)燒結(jié)溫度達到1200 ℃時,氧化鋁比表面積降到較低。而氧化鋁的密度隨著溫度的升高逐漸增大,在1200 ℃時,密度也達到較高。
4.添加劑對氧化鋁粉體的影響
在氧化鋁粉體制備過程中,加入一定量的添加劑是控制粉體粒度、調(diào)控顆粒形貌以及反應(yīng)動力比較有效的方法。添加劑的種類繁多,其中比較常見的是晶種添加劑以及礦化劑。在成核過程中新物相的生成較為困難,而當(dāng)加入一定量的晶種時,晶種的存在為晶核的生成提供引導(dǎo)作用,也可大大促進晶核的生長,從而加快了晶體間的轉(zhuǎn)變。晶種的存在可對粉體的粒徑以及微觀形貌產(chǎn)生作用。礦化劑的存在不僅能夠促進氧化鋁物相的轉(zhuǎn)變,且對氧化鋁顆粒的微觀形貌有著調(diào)控作用。
除以上外,氧化鋁粉體的團聚對其使用性能也有極大的影響。如軟團聚和硬團聚,一次團聚和二次團聚等。團聚的顆粒逐漸增大,影響粉體的粒度和形貌。(更多資訊請關(guān)注粉體網(wǎng)公眾號哦!)