[發(fā)明專利]一種提高氧化鋁陶瓷韌性的方法

有效

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• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN109896865B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設計）人: 張景賢;余明先;李曉光;段于森
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/64
• 分類號: C04B35/64;C04B35/10
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種提高氧化鋁陶瓷韌性的方法。用于提高氧化鋁陶瓷韌性的低溫燒結助劑體系包括組分A和組分B；其中，所述組分A為TiB₂、ZrB₂和HfB₂中的至少一種；所述組分B包括xMgO·ySiO₂，1≤x≤3、1≤y≤4，優(yōu)選為MgSiO₃、滑石、石棉和蛇紋石礦物中至少一種。

技術領域

本發(fā)明針對氧化鋁陶瓷韌性低的問題，提出一種復合燒結助劑體系(低溫燒結助劑體系)，可以有效促進氧化鋁晶粒發(fā)育成柱狀晶，大幅度提高氧化鋁陶瓷的韌性，屬于陶瓷的制備工藝和應用領域。

背景技術

氧化鋁陶瓷的應用歷史較為悠久，其原料來源廣泛，具有高強度、高硬度、耐高溫、耐磨損、抗氧化、電絕緣性高以及介電損耗低等優(yōu)異性能，因而被廣泛應用于結構陶瓷、生物陶瓷、電子陶瓷等領域。如磨料、磨具、刀具、人體關節(jié)、人工骨及人工牙根、汽車電子、功率混合電路、大功率半導體模塊等。然而與大多數陶瓷一樣，氧化鋁陶瓷低的斷裂韌性限制了它在實際應用中的可靠性和安全性。提高氧化鋁陶瓷的韌性是保證其應用的關鍵。

關于氧化鋁陶瓷的強韌化，國內外已經開展了大量研究工作。哈工大榮守范等人采用工業(yè)γ-Al₂O₃為主要原料，分別加入玻璃粉Al₂O₃-CaO-SiO₂(CAS)、Nb₂O₅等添加劑，通過無壓燒結制備了柱狀晶復合增韌的氧化鋁陶瓷，當CAS加入量為0.6wt.％時，能夠得到晶粒發(fā)育完全的柱狀晶，長徑比可達到8:1。池妙芳、錢鵬翔等人通過摻雜少量的TiO₂和SiO₂，熱壓燒結和常壓燒結制備了具有等軸晶和長柱狀晶的雙晶型氧化鋁陶瓷。Chan Woo Park等人通過摻雜100ppm的SiO₂和50ppm的CaO，1620℃常壓燒結時發(fā)現氧化鋁從等軸晶逐漸轉變?yōu)橹鶢罹Аeong-hyeon Hong，BATEMAN,CA，SONG,H等人通過摻雜少量的CaO和SiO₂，1650℃制備了具有雙晶型結構的氧化鋁陶瓷，即等軸晶和柱狀晶并存的微結構。Chong-Min Wang等人通過摻雜少量的Nd₂O₅(Nd/Al ratio：100-1000ppm)，熱壓燒結1450℃制備了具有柱狀晶結構的氧化鋁陶瓷。Lihua Xu等人采用球磨的方法向初始原料中添加晶種，采用熱壓燒結方式制備了具有柱狀晶結構的氧化鋁陶瓷。Matthew M.Seabaugh等人通過加入4wt.％的氧化鋁柱狀晶為晶種，CaO和SiO₂為燒結助劑，常壓燒結1400℃時氧化鋁晶粒由等軸晶全部轉變?yōu)殚L柱狀晶。Debra S.Horn，Anteneh Kebbede等人通過摻雜少量的TiO₂，采用勃云母為原料于1400℃-1600℃原位合成了柱狀晶氧化鋁陶瓷。

綜合以上關于氧化鋁柱狀晶的制備，可以總結為兩種方法：一種是加入晶種，如通過球磨的方法引入高純氧化鋁，或者加入柱狀氧化鋁晶種誘導氧化鋁燒結過程中各向異性生長為柱狀晶；另一種是加入少量添加劑，常用的是SiO₂、CaO、TiO₂等低熔點氧化物，調控燒結過程，使氧化鋁晶粒由等軸晶逐漸轉變?yōu)殚L柱狀晶。

但是，研究發(fā)現，采用以上的添加劑體系，通常都只能得到長柱狀晶粒含量較低的氧化鋁陶瓷，而無法得到具有大量長柱狀晶粒的結構。因此材料的韌性提高有限。對于應用并無太大幫助。氧化鋁陶瓷在機械、電子、航空航天和國防軍工等領域應用廣泛，是一種量大面廣的常用陶瓷。改善氧化鋁陶瓷的韌性將對其應用起到重要支撐作用。目前的關鍵的問題是制備出柱狀晶比例明顯提高的氧化鋁陶瓷。

發(fā)明內容