jon och kombination av lågtemperatursintringshjälpmedel för aluminiumoxidkeramik
Aluminiumoxidkeramik, kända för sin höga isolering, värmeisolering, korrosionsbeständighet och höga hårdhet, används i stor utsträckning inom olika områden såsom mekanisk bearbetning, elektronik, kemisk industri och flygindustrin på grund av deras omfattande källor och låga kostnader. Den lilla atomradien av Al2O3-kristaller, starka jonbindningar och hög gitterenergi kräver dock att man övervinner intensiva jonbindningsinteraktioner vid mycket höga temperaturer (2050°C) för att uppnå smältning och sintring. Detta förbrukar inte bara en ansenlig mängd energi och ställer höga krav på termisk utrustning utan leder också till onormal korntillväxt vid förhöjda temperaturer, vilket resulterar i ojämn struktur och till och med stora inre stängda porer, vilket minskar bindningsstyrkan mellan korn och minskar materialets prestanda. Därför är forskning om lågtemperatursintringsteknik för aluminiumoxidkeramik avgörande, oavsett om det gäller att minska energiförbrukningen, kostnadsbesparingar eller förbättra prestanda.
För närvarande finns det tre huvudsakliga metoder för att sänka sintringstemperaturen för aluminiumoxid:
1、 Minska partikelstorleken för aluminiumoxidpulver;
2、Anta andra avancerade lågtemperatursintringsteknologier;
3、Lägga till sintringshjälpmedel.
Eftersom det är kostsamt att använda fina pulver som råmaterial och avancerade lågtemperatursintringstekniker som mikrovågssintring och urladdningsplasmasintring har höga processkrav och utrustningskostnader, är det kostnadseffektivt och effektivt att lägga till sintringshjälpmedel direkt till aluminiumoxidpulvermaterial. enkel metod jämfört med de två tidigare. Det är för närvarande den mest effektiva och genomförbara lågtemperatursintringsmetoden.
Klassificering och mekanism för aluminiumoxidlågtemperatursintringshjälpmedel
Mekanismen genom vilken sintringshjälpmedel främjar förtätning av aluminiumoxidkeramer är komplex. Beroende på katjonernas olika roller i olika sintringshjälpmedel för att främja sintring, kan de grovt delas in i fyra typer: bildning av fasta lösningar med aluminiumoxid, bildning av eutektiska system med aluminiumoxid under sintring, bildning av nya faser med aluminiumoxid, och främjande av sintring i vätskefas på grund av närvaron av lågsmältande glasfaser i råvarorna.
1、 Bildning av fasta lösningar med aluminiumoxid
Den substitutionella fasta lösningen mellan sintringshjälpmedel och aluminiumoxid är en viktig mekanism för att främja förtätningen av aluminiumoxidsintring. När sintringshjälpmedel och aluminiumoxid genomgår fast lösningssubstitution vid höga temperaturer kommer lösta atomer att ersätta lösningsmedelsatomer i gittret. Skillnaden i jonradie mellan katjonen och Al3+ kommer att orsaka gitterdistorsion och generera gitterdefekter. Dessutom, på grund av skillnaden i valenstillståndet mellan katjonen och Al2O3, resulterar kristallens tendens till neutralitet i bildandet av katjonvakanser i kristallen, vilket orsakar gitterkontraktion. Dessa gitterdefekter och katjonvakanser underlättar gitteraktivering, ökar diffusionshastigheter och gör aluminiumoxidkeramik lättare att omkristallisera, vilket främjar sintring och sänker sintringstemperaturen. Typiskt är sintringshjälpmedel som kan bilda fasta lösningar med aluminiumoxid oxider med gitterkonstanter nära Al2O3, mestadels innehållande element med variabel valens som TiO2, Cr2O3, Fe2O3 och MnO2.
Gallerdefekter orsakade av ersättning av fast lösning
2、 Bildning av eutektiska system med aluminiumoxid
Under sintring Låeutektiska lösningsmedel är eutektiska blandningar som bildas av två eller flera fasta ämnen genom vätebindning. På grund av den starka interaktionen mellan anjonerna av vätebindningsacceptorn (HBA) och vätebindningsdonatorn (HBD) och laddningsdelokaliseringen orsakad av HBD-vätetillförseln och HBA-komponenten, är deras smältpunkter lägre än de för varje enskild komponent . Till exempel använder principen att strö salt på snö den låga eutektiska principen för att smälta snö.
Typisk användning av is + salt eutektiskt system
Vid lågtemperatursintring av aluminiumoxid tillsätts sintringshjälpmedel som kan bilda binära, ternära eller flerkomponents eutektiska system med andra komponenter, såsom SiO2, CaO, MgO, SrO och BaO. När den värms upp till den lägsta eutektiska temperaturen börjar en flytande fas uppträda. Eftersom den eutektiska temperaturen är lägre än den teoretiska sintringstemperaturen före tillsatsen av hjälpmedlet, uppnås lågtemperatursintring.
3、 Bildande av nya faser med aluminiumoxid
Under sintring Under sintringen av aluminiumoxid kommer vissa tillsatta sintringshjälpmedel (såsom MgO, SiO2, etc.) att genomgå fastfasreaktioner med aluminiumoxid för att bilda andra faser såsom magnesiumaluminatspinell och mullit. Bildandet av andra faser kan aktivera gittret, främja sintring av aluminiumoxid och förbättra de keramiska egenskaperna. Generellt åtföljs bildandet av andra faser ofta av genereringen av andra mekanismer såsom flytande faser och fasta lösningar, som spelar en hjälproll för att främja sintring. Det är värt att nämna att bildandet av nya faser spelar en viktig roll för att förbättra egenskaperna hos aluminiumoxidkeramer. Till exempel kan magnesiumaluminiumspinellen som bildas på ytan av Al2O3 av MgO minska gränsytenergin, minska diffusionshastigheten för korngränser, effektivt hämma tillväxten av Al2O3-kristaller och fungera som en stabilisator.
Schematiskt diagram över reaktionen mellan aluminiumoxid och magnesiumoxid för att bilda magnesia-aluminiumoxidspinell
4、Användning av lågsmältande glasfaser med inneboende låga smältpunkter för att bilda vätskefaser
Under keramisk sintring kommer införandet av lågsmältande glasfasämnen (som borater etc.) med låga smältpunkter gradvis att genomgå en övergång från fast fas till flytande fas med ökande temperatur. Viskositeten hos glasfasen förändras också. När viskositeten minskar för att initiera viskös flöde vid en viss temperatur på grund av kapillärtryck, kan det främja omarrangemanget av pulverpartiklar i den gröna kroppen, uppnå en tätare rumslig stapling och främja upplösningen av små partiklar eller fastfaspartiklar i vätskan fas. Genom vätskediffusion sker kondensation på ytan av grova partiklar, vilket påskyndar reaktionsprocessen och därigenom uppnår keramisk sintring vid lägre temperaturer. För närvarande kan användningen av lågsmältande glasfassintringshjälpmedel minska sintringstemperaturen för aluminiumoxid till cirka 900°C.
Principer för att välja och kombinera sintringshjälpmedel
Ett enda hjälpmedel kan vanligtvis inte samtidigt uppfylla kraven på sintring och mekaniska och elektriska egenskaper. I vissa fall kan användningen av ett enda hjälpmedel för att sänka sintringstemperaturen leda till en minskning av den keramiska prestandan. Därför är det i praktisk produktion ofta nödvändigt att använda en kombination av flera hjälpmedel för att bilda sammansatta tillsatser.
För att maximera effektiviteten hos sintringshjälpmedel utan att påverka materialets prestanda, bör följande principer följas vid val av komposithjälpmedel:
．Olika hjälpmedel bör ha en synergistisk effekt för att främja sintring. Att använda flera hjälpmedel med olika sintringsmekanismer kan bättre sänka bränningstemperaturen jämfört med ett enda hjälpmedel.
．Olika hjälpmedel ska helst inte reagera med varandra, eftersom det kan försvaga eller uppväga deras sintringsfrämjande effekter.
．Olika hjälpmedel kan komplettera varandra. De negativa effekterna av ett stöd på materialegenskaper under sintringsfrämjande kan kompenseras av ett annat stöd.
När man väljer olika hjälpmedel för att bilda komposithjälpmedel, används glasbildare som SiO2 huvudsakligen som de huvudsakliga tillsatserna för att bilda lågeutektiska system, kompletterat med mellanliggande glasmaterial som BeO och ZnO, och glasmodifierande material som MgO, Li2O, BaO, CaO och Sr2O används för att bilda MgO-Al2O3-SiO2 (MAS), CaO-Al2O3-SiO2 (CAS), Li2O-Al2O3-SiO2 (LAS) och andra sintringshjälpsystem. För aluminiumoxidkeramik med hög renhet väljs MgO vanligtvis som det grundläggande sintringshjälpmedlet för att bilda magnesiumaluminatspinell och konstruera lågeutektiska system. MgO:s flyktighet vid hög temperatur kommer dock att orsaka stora korn på ytan av keramen, vilket kommer att påverka egenskaperna hos aluminiumoxid. Därför behövs andra sintringshjälpmedel för att minska korngränsens tillväxthastighet för aluminiumoxid, som att använda MgO och La2O3 eller Y2O3 i kombination. För närvarande har det bevisats experimentellt att vanligt använda komposithjälpmedel som CaO-MgO-SiO2-systemet, MnO2-TiO2-MgO-systemet och CuO-SiO2-systemet avsevärt kan sänka sintringstemperaturen samtidigt som man raffinerar korn, stabiliserar strukturen och förbättra materialets mekaniska egenskaper.
XIAMEN MASCERA TECHNOLOGY CO., LTD. är en ansedd och pålitlig leverantör specialiserad på tillverkning och försäljning av tekniska keramiska delar. Vi tillhandahåller skräddarsydd produktion och högprecisionsbearbetning för en bred serie av högpresterande keramiska material inklusive aluminiumoxid keramik, zirkonium keramik, kiselnitrid, kiselkarbid, bornitrid, aluminiumnitrid och bearbetbar glaskeramik. För närvarande kan våra keramiska delar hittas i många industrier som mekanisk, kemisk, medicinsk, halvledare, fordon, elektronik, metallurgi etc. Vårt uppdrag är att tillhandahålla keramiska delar av bästa kvalitet för globala användare och det är ett stort nöje att se vår keramik delar fungerar effektivt i kundernas specifika applikationer. Vi kan samarbeta om både prototyp och massproduktion, välkommen att kontakta oss om du har önskemål.
