ion și combinație de ajutoare de sinterizare la temperatură joasă pentru ceramica cu oxid de aluminiu
Ceramica cu oxid de aluminiu, cunoscute pentru izolarea lor ridicată, izolarea termică, rezistența la coroziune și duritatea ridicată, sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii, cum ar fi prelucrarea mecanică, electronică, industria chimică și aerospațială, datorită surselor extinse și a costului redus. Cu toate acestea, raza atomică mică a cristalelor de Al2O3, legăturile ionice puternice și energia mare a rețelei necesită depășirea interacțiunilor intense ale legăturilor ionice la temperaturi foarte ridicate (2050 ° C) pentru a obține topirea și sinterizarea. Acest lucru nu numai că consumă o cantitate considerabilă de energie și impune cerințe ridicate echipamentelor termice, dar duce și la creșterea anormală a boabelor la temperaturi ridicate, rezultând o structură neuniformă și chiar pori interni închiși mari, ceea ce reduce rezistența de aderență între boabe și scade performanța materialului. Prin urmare, cercetarea privind tehnologia de sinterizare la temperatură joasă pentru ceramica cu oxid de aluminiu este crucială, fie pentru reducerea consumului de energie, economii de costuri, fie pentru îmbunătățirea performanței.
În prezent, există trei metode principale pentru a reduce temperatura de sinterizare a oxidului de aluminiu:
1、Reducerea dimensiunii particulelor de pulbere de oxid de aluminiu;
2, Adoptarea altor tehnologii avansate de sinterizare la temperatură joasă;
3、Adăugarea de ajutoare pentru sinterizare.
Deoarece utilizarea pulberilor fine ca materii prime este costisitoare și tehnicile avansate de sinterizare la temperatură joasă, cum ar fi sinterizarea cu microunde și sinterizarea cu plasmă cu descărcare, au cerințe ridicate de proces și costuri de echipamente, adăugarea de ajutoare de sinterizare direct la materialele sub formă de pulbere de oxid de aluminiu este o metodă rentabilă, eficientă și metodă simplă în comparație cu primele două. În prezent, este cea mai eficientă și fezabilă metodă de sinterizare la temperatură joasă.
Clasificarea și mecanismul ajutoarelor de sinterizare la temperatură joasă a oxidului de aluminiu
Mecanismul prin care ajutoarele de sinterizare promovează densificarea ceramicii cu oxid de aluminiu este complex. În funcție de diferitele roluri ale cationilor în diferite ajutoare de sinterizare în promovarea sinterizării, aceștia pot fi împărțiți aproximativ în patru tipuri: formarea de soluții solide cu oxid de aluminiu, formarea de sisteme eutectice cu oxid de aluminiu în timpul sinterizării, formarea de noi faze cu oxid de aluminiu, și promovarea sinterizării în fază lichidă datorită prezenței fazelor de sticlă cu punct de topire scăzut în materiile prime.
1, formarea soluțiilor solide cu oxid de aluminiu
Soluția solidă de substituție între adjuvanții de sinterizare și oxidul de aluminiu este un mecanism important pentru promovarea densificării sinterizării oxidului de aluminiu. Când ajutoarele de sinterizare și oxidul de aluminiu sunt supuși unei substituții de soluție solidă la temperaturi ridicate, atomii de dizolvat vor înlocui atomii de solvenți din rețea. Diferența de rază ionică dintre cation și Al3+ va provoca distorsiunea rețelei și va genera defecte ale rețelei. Mai mult, datorită diferenței de stare de valență dintre cation și Al2O3, tendința cristalului la neutralitate are ca rezultat formarea de locuri libere de cationi în cristal, determinând contracția rețelei. Aceste defecte de rețea și locuri libere de cationi facilitează activarea rețelei, cresc ratele de difuzie și fac ceramica cu oxid de aluminiu mai ușor de recristalizat, promovând astfel sinterizarea și reducând temperatura de sinterizare. De obicei, ajutoarele de sinterizare care pot forma soluții solide cu oxid de aluminiu sunt oxizi cu constante de rețea apropiate de Al2O3, conținând în mare parte elemente cu valență variabilă, cum ar fi TiO2, Cr2O3, Fe2O3 și MnO2.
Defecte ale rețelei cauzate de înlocuirea soluției solide
2, formarea sistemelor eutectice cu oxid de aluminiu
În timpul sinterizării Solvenții cu eutectice scăzută sunt amestecuri eutectice formate din două sau mai multe solide prin legături de hidrogen. Datorită interacțiunii puternice dintre anionii acceptorului de legături de hidrogen (HBA) și donorului de legături de hidrogen (HBD) și delocalizării sarcinii cauzate de alimentarea cu hidrogen HBD și componenta HBA, punctele lor de topire sunt mai mici decât cele ale fiecărei componente individuale. . De exemplu, principiul stropirii cu sare pe zăpadă utilizează principiul eutectic scăzut pentru a topi zăpada.
Aplicație tipică a sistemului eutectic gheață + sare
În sinterizarea la temperatură scăzută a oxidului de aluminiu, se adaugă ajutoare de sinterizare care pot forma sisteme eutectice binare, ternare sau multicomponente cu alte componente, cum ar fi SiO2, CaO, MgO, SrO și BaO. Când este încălzit la cea mai scăzută temperatură eutectică, începe să apară o fază lichidă. Deoarece temperatura eutectică este mai mică decât temperatura de sinterizare teoretică înainte de adăugarea auxiliarului, se realizează sinterizarea la temperatură scăzută.
3, formarea de noi faze cu oxid de aluminiu
În timpul sinterizării În timpul sinterizării oxidului de aluminiu, unii auxiliari de sinterizare (cum ar fi MgO, SiO2 etc.) adăugați vor suferi reacții în fază solidă cu oxid de aluminiu pentru a forma faze secundare, cum ar fi spinelul de aluminat de magneziu și mullita. Formarea fazelor secundare poate activa rețeaua, poate promova sinterizarea oxidului de aluminiu și poate îmbunătăți proprietățile ceramicii. În general, formarea fazelor secunde este adesea însoțită de generarea altor mecanisme precum faze lichide și soluții solide, jucând un rol auxiliar în promovarea sinterizării. Este de menționat faptul că formarea de noi faze joacă un rol important în îmbunătățirea proprietăților ceramicii cu oxid de aluminiu. De exemplu, spinelul de magneziu aluminiu format pe suprafața Al2O3 de către MgO poate reduce energia interfacială, poate reduce viteza de difuzie a granițelor, poate inhiba eficient creșterea cristalelor de Al2O3 și poate acționa ca un stabilizator.
Diagrama schematică a reacției aluminei și magneziei pentru a forma spinelul de magnezie-alumină
4, Utilizarea fazelor de sticlă cu punct de topire scăzut cu puncte de topire scăzute inerente pentru a forma faze lichide
În timpul sinterizării ceramice, introducerea de substanțe în fază de sticlă cu punct de topire scăzut (cum ar fi borati etc.) cu puncte de topire scăzute va trece treptat de la faza solidă la faza lichidă odată cu creșterea temperaturii. Vâscozitatea fazei de sticlă se modifică de asemenea. Când vâscozitatea scade pentru a iniția fluxul vâscos la o anumită temperatură datorită presiunii capilare, poate promova rearanjarea particulelor de pulbere în corpul verde, poate obține o stivuire spațială mai densă și poate promova dizolvarea particulelor mici sau a particulelor în fază solidă în lichid. fază. Prin difuzie lichidă, se produce condensarea pe suprafața particulelor grosiere, accelerând procesul de reacție, realizând astfel sinterizarea ceramicii la temperaturi mai scăzute. În prezent, utilizarea ajutoarelor de sinterizare în fază de sticlă cu topire scăzută poate reduce temperatura de sinterizare a oxidului de aluminiu la aproximativ 900°C.
Principii pentru selectarea și combinarea ajutoarelor de sinterizare
De obicei, un singur ajutor nu poate îndeplini simultan cerințele de sinterizare și proprietăți mecanice și electrice. În unele cazuri, utilizarea unui singur ajutor pentru a scădea temperatura de sinterizare poate duce la o scădere a performanței ceramicii. Prin urmare, în producția practică, este adesea necesară utilizarea unei combinații de ajutoare multiple pentru a forma aditivi compoziți.
Pentru a maximiza eficacitatea ajutoarelor de sinterizare fără a afecta performanța materialului, la selectarea ajutoarelor compozite trebuie respectate următoarele principii:
．Diferite ajutoare ar trebui să aibă un efect sinergic în promovarea sinterizării. Utilizarea mai multor ajutoare cu diferite mecanisme de sinterizare poate reduce mai bine temperatura de ardere în comparație cu un singur ajutor.
．Diferiții ajutoare ar trebui, de preferință, să nu reacționeze unul cu celălalt, deoarece acest lucru le poate slăbi sau compensa efectele lor de promovare a sinterizării.
．Ajutoare diferite se pot completa reciproc. Efectele adverse ale unui ajutor asupra proprietăților materialelor în timpul promovării sinterizării pot fi compensate de un alt ajutor.
Atunci când se selectează diferiți adjuvanți pentru formarea ajutoarelor compozite, formatorii de sticlă, cum ar fi SiO2, sunt utilizați în principal ca aditivi principali pentru formarea sistemelor cu eutectice scăzută, completați cu materiale intermediare din sticlă, cum ar fi BeO și ZnO, și materiale modificatoare de sticlă, cum ar fi MgO, Li2O, BaO, CaO și Sr2O sunt utilizate pentru a forma MgO-Al2O3-SiO2 (MAS), CaO-Al2O3-SiO2 (CAS), Li2O-Al2O3-SiO2 (LAS) și alte sisteme auxiliare de sinterizare. Pentru ceramica cu oxid de aluminiu de înaltă puritate, MgO este de obicei selectat ca ajutor de bază de sinterizare pentru a forma spinel de aluminat de magneziu și pentru a construi sisteme cu eutectice scăzută. Cu toate acestea, volatilitatea la temperatură ridicată a MgO va provoca granule mari pe suprafața ceramicii, care vor afecta proprietățile oxidului de aluminiu. Prin urmare, sunt necesari alți adjuvanti de sinterizare pentru a reduce rata de creștere a graniței oxidului de aluminiu, cum ar fi utilizarea MgO și La2O3 sau Y2O3 în combinație. În prezent, s-a dovedit experimental că ajutoarele compozite utilizate în mod obișnuit, cum ar fi sistemul CaO-MgO-SiO2, sistemul MnO2-TiO2-MgO și sistemul CuO-SiO2 pot reduce semnificativ temperatura de sinterizare în timp ce rafinează boabele, stabilizează structura și îmbunătățirea proprietăților mecanice ale materialului.
XIAMEN MASCERA TECHNOLOGY CO., LTD. este un furnizor reputat și de încredere specializat în producția și vânzarea de piese ceramice tehnice. Oferim producție personalizată și prelucrare de înaltă precizie pentru o serie largă de materiale ceramice de înaltă performanță, inclusiv ceramică de alumină, ceramică din zirconiu, nitrură de siliciu, carbură de siliciu, nitrură de bor, nitrură de aluminiu și sticlă ceramică prelucrabilă. În prezent, piesele noastre ceramice pot fi găsite în multe industrii precum mecanică, chimică, medicală, semiconductoare, vehicule, electronice, metalurgie etc. Misiunea noastră este de a oferi piese ceramice de cea mai bună calitate pentru utilizatorii globali și este o mare plăcere să vedem ceramica noastră. piesele funcționează eficient în aplicațiile specifice ale clienților. Putem coopera atât la prototip, cât și la producția de masă, bine ați venit să ne contactați dacă aveți cerințe.
