15589356621 瀏覽數(shù)量： 0 作者： 本站編輯 發(fā)布時間： 2025-10-05 來源： 本站
促進(jìn)燒結(jié)：降低燒結(jié)溫度，提高致密度。
抑制晶粒長大：細(xì)化晶粒，提升強(qiáng)度和韌性。
引入增韌機(jī)制：如相變增韌、微裂紋增韌。
改善熱學(xué)性能：調(diào)節(jié)熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)。
提升功能特性：如絕緣性、耐磨性、抗熱震性。
| 添加劑 | 典型添加量 | 主要功能 | 適用場景 | 注意事項 |
|---|---|---|---|---|
| MgO（氧化鎂） | 0.1–0.5 wt% | 抑制Al?O?晶粒異常長大，細(xì)化晶粒，提高致密度和強(qiáng)度 | 高強(qiáng)度、高硬度陶瓷環(huán)（如密封件、研磨環(huán)） | 過量會形成晶界玻璃相，降低高溫性能和絕緣性 |
| Y?O?（氧化釔） | 0.5–2.0 wt% | 抑制晶粒生長，改善燒結(jié)，提高抗熱震性和斷裂韌性 | 高溫部件、熱循環(huán)頻繁環(huán)境（如爐膛支撐環(huán)） | 成本較高，需精確控制 |
| La?O?（氧化鑭） | 0.5–2.0 wt% | 類似Y?O?，可細(xì)化晶粒，提高致密度和韌性 | 高性能結(jié)構(gòu)陶瓷 | 原料較貴，儲存需防潮 |
| ZrO?（氧化鋯） | 10–30 wt% | 相變增韌（t→m相變），顯著提高斷裂韌性（KIC）和抗熱震性 | 易受沖擊或熱沖擊的部件（如機(jī)械密封環(huán)、耐磨環(huán)） | 需用Y?O?或CeO?穩(wěn)定，防止“時效開裂”；含量過高會降低硬度 |
| SiC（碳化硅） | 5–20 vol% | 提高熱導(dǎo)率，引入殘余應(yīng)力增韌，提升耐磨性和抗熱震性 | 高功率電子基板、高溫耐磨件 | 導(dǎo)電，不適用于絕緣場合；需防氧化處理 |
| Cr?O?（氧化鉻） | 0.5–3 wt% | 著色劑（綠色），輕微提高硬度和耐磨性 | 特殊標(biāo)識或裝飾性陶瓷環(huán) | 高溫下可能揮發(fā)，影響環(huán)境 |
| TiO?（二氧化鈦） | 0.5–2 wt% | 促進(jìn)燒結(jié)，降低燒結(jié)溫度 | 低溫?zé)Y(jié)陶瓷 | 增加介電損耗，不適用于高頻絕緣件 |
| CeO?（氧化鈰） | 5–15 wt% | 穩(wěn)定ZrO?，提高相變增韌穩(wěn)定性，抗“老化” | 長壽命密封件、人工關(guān)節(jié) | 成本高，適用于高端應(yīng)用 |
要強(qiáng)度和硬度 → 選 MgO（細(xì)化晶粒）
要韌性與抗熱震 → 選 ZrO?/Y?O?（增韌）
要高導(dǎo)熱 → 選 SiC（但犧牲絕緣性）
要低成本燒結(jié) → 選 TiO?（但影響絕緣）
要長期穩(wěn)定性 → 選 CeO?-ZrO? 而非 Y?O?-ZrO?
95% Al?O?：通常已含少量SiO?、CaO等，可與MgO協(xié)同形成液相燒結(jié)。
99%+ Al?O?：需高純添加劑（如高純MgO、Y?O?），避免引入雜質(zhì)。
燒結(jié)方式：熱壓燒結(jié)可少加助劑；常壓燒結(jié)需適量助劑促進(jìn)致密化。
燒結(jié)氣氛：還原氣氛下，TiO?可能變黑；氧化氣氛適合大多數(shù)添加劑。
電性能：金屬氧化物（TiO?、Cr?O?）可能增加介電損耗，不適用于高頻絕緣件。
高溫性能：玻璃相（來自SiO?-MgO系統(tǒng)）在高溫下軟化，降低高溫強(qiáng)度。
成本：Y?O?、CeO?價格高，需評估性價比。
MgO + Y?O?：協(xié)同抑制晶粒生長，優(yōu)于單一添加。
ZrO? + MgO：在ZTA（ZrO?-Toughened Al?O?）陶瓷中常用，MgO穩(wěn)定ZrO?并細(xì)化Al?O?基體。
避免不良反應(yīng)：如CaO與SiO?形成低熔點鈣長石，應(yīng)避免。
| 應(yīng)用場景 | 推薦添加劑組合 | 目的 |
|---|---|---|
| 機(jī)械密封環(huán)（腐蝕+熱沖擊） | 10–20% Y-TZP (Y?O?-ZrO?) + 0.25% MgO | 高韌性、抗熱震、耐腐蝕 |
| 電子基板（高絕緣+散熱） | 99.5% Al?O? + 0.1% MgO | 高絕緣、高致密、細(xì)晶 |
| 耐磨研磨環(huán) | 95% Al?O? + 0.3% MgO | 高硬度、低成本、良好耐磨性 |
| 高溫爐內(nèi)支撐環(huán) | 95% Al?O? + 1% Y?O? 或 15% SiC | 抗熱震、耐高溫變形 |
| 人工關(guān)節(jié)球頭 | 99.5% Al?O? + CeO?-ZrO?（復(fù)合） | 高生物相容性、高韌性、抗老化 |
初步篩選：根據(jù)目標(biāo)性能選擇2–3種候選添加劑。
正交實驗設(shè)計：變量包括添加劑種類、含量、燒結(jié)溫度/時間。
性能測試：檢測密度、硬度、強(qiáng)度、斷裂韌性、熱震次數(shù)等。
微觀分析：SEM觀察晶粒尺寸、分布、氣孔、界面結(jié)合。
確定配方：綜合性能與成本，確定最終添加劑方案。
選擇添加劑不是“越多越好”或“越貴越好”，而是要匹配需求。基本原則是：
? 目標(biāo)導(dǎo)向：先問“我要什么性能”？
? 少而精：微量添加，避免引入過多雜質(zhì)。
? 協(xié)同設(shè)計：考慮添加劑與基體、工藝、成本的匹配。
? 驗證迭代：通過實驗驗證，優(yōu)化配方。
通過科學(xué)選擇和搭配添加劑，可顯著提升氧化鋁陶瓷環(huán)的綜合性能，滿足從工業(yè)耐磨到高端醫(yī)療的多樣化需求。
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