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        氧化鎂對氧化鋁透明陶瓷性能分析

        發布時間:2021-07-05 14:20:33

        中國陶瓷CMF設計研究應用平臺

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        透明陶瓷是先進陶瓷材料中十分獨特的一個分支。就其化學組分、相結構和制備工藝以及性能要求而言,透明陶瓷是當前先進陶瓷領域中化學與相組成最為純凈、致密度最高、工藝要求最嚴格,同時性能要求最苛刻的一類陶瓷材料。





        自1959年,美國GE公司的COBLE等陶瓷學家成功制備出第一塊透明氧化鋁陶瓷以來,透明陶瓷的研究和發展進入了新的階段,引發了透明陶瓷研究和應用的開發熱潮。到目前為止,科研工作者已經開發出了Al2O3、MgO、Y2O3、TiO2、CaO、ThO2、ZrO2等氧化物透明陶瓷以及AlN、ZnS、CaF2、MgF2等非氧化物透明陶瓷。


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        氧化鋁透明陶瓷因具有耐高溫、耐腐蝕、高強度、高韌性和良好的透光性能,并且由于制備成本低,被廣泛應用于照明領域的高壓鈉燈、陶瓷金鹵燈的陶瓷放電管,電子工業領域的集成電路基片、高頻絕緣材料,以及紅外檢測窗口等領域。氧化鋁透明陶瓷是一種多晶無機材料,由多種顯微組織組成,包括晶粒、晶界、第二相、氣孔等,由于各自折射率的差異(理論透光率為86%),導致材料的透光性較低。


        所以,在氧化鋁透明陶瓷的制備過程中,除了采用高純度的原料粉體外,還需加入極少量的燒結助劑來促進燒結致密化以及燒結收縮過程中氣孔的排除。此外,微量燒結助劑還具有抑制晶粒異常生長的作用,因而燒結助劑的選擇及其含量對最終獲得高質量的透明陶瓷至關重要。今天我們就來了解一下MgO作為燒結助劑對氧化鋁透明陶瓷的影響。



        MgO對氧化鋁透明陶瓷的影響

        1、對相對密度的影響


        添加適量氧化鎂的氧化鋁透明陶瓷相對密度會有所提高,但是需要注意的是,隨著MgO摻雜量的增大,其相對密度有所下降,這是因為MgO添加劑過多會引起氣孔的增加而不利于樣品的致密化。當MgO的添加量在0.05%左右時,相對密度達到了99.5%,陶瓷樣品致密度非常高,透過率也達到最高。


        同時,隨著保溫時間的延長,陶瓷樣品的相對密度也隨之提高。說明隨著保溫時間的延長,陶瓷晶粒得到進一步的生長和完善,陶瓷樣品中的氣孔得到了進一步的排出,使樣品的相對密度有所增加。因此,延長保溫時間可以得到致密度更好透光率更優的透明Al2O3陶瓷。


        2、對顯微結構的影響


        MgO添加量的增加,陶瓷晶粒更加細小。這是因為在陶瓷中形成的MgO·Al2O3尖晶石相可以阻礙晶界移動,抑制晶粒的生長。但如果MgO的添加量過大,氣孔也逐漸增多。造成這種現象的原因可能是摻雜量過大會在晶界處形成不連續的液相,從而使得微小氣孔聚合成較大氣孔并殘留其中。這種氣孔排除較慢,因此當添加量過大時,體積密度反而呈現下降的趨勢。


        3、對光學性能的影響


        當MgO的摻雜量較低時,透明陶瓷的光透過率比較高,這是由于適量的MgO可以抑制晶界的快速移動,使得氣孔排出比較完全,陶瓷更加致密,透過率較高。但隨著摻雜量的增加,MgO含量超過在Al2O3中的固溶度后,會局部形成第二相,形成光的散射中心,造成透明陶瓷透過率的下降。




        參考來源:

        [1]張笑.MgO對快速燒結制備氧化鋁透明陶瓷光學性能的影響

        [2]余海龍等.MgO對Al2O3透明陶瓷顯微結構和透光性能的影響

        [3]覃顯鵬等.MgO對YAG透明陶瓷燒結性能的影響

        [4]山川.粉體網




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