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    粉體的優劣對先進陶瓷材料的性能至關重要

    中國粉體網 2019/7/12 08:07:31 點擊 581 次

    導讀 制備高性能氧化鋁陶瓷的關鍵在于其原料粉體的純度、顆粒形貌及粒徑分布。

    中國粉體網訊  先進陶瓷材料的性能在一定程度上是由其顯微結構來決定,而顯微結構的優劣取決于制備工藝過程。先進陶瓷的制備工藝過程主要由粉體制備、成型和燒結等主要環節組成。在三個環節中,粉體制備是基礎,若基礎的粉體質量不高,即使在成型和燒結時做出再大的努力,也難以獲得理想的顯微結構和高質量的先進陶瓷產品。

    粉體性能的優劣將直接影響到成型和燒結的質量。例如,粉體顆粒粗大、團聚嚴重、流動性差,無論通過何種成型方法,也難以得到質地均勻、缺陷少、致密度高的素坯,這樣的素坯必然導致燒結溫度狹窄,使燒結條件難以控制,不可能制得顯微結構均勻、致密度高、內部缺陷少、外部平整的燒結體。所以粉體的優劣對先進陶瓷材料的性能至關重要。

    以氧化鋁陶瓷為例,湖南大學陶瓷研究所所長肖漢寧教授講過,制備高性能氧化鋁陶瓷的關鍵在于其原料粉體的純度、顆粒形貌及粒徑分布。例如,制備透明氧化鋁陶瓷的原料為純度高達99.99%、粒徑小于100nm的高純超細粉,而藍寶石晶體生長則要求原料的純度達到99.999%。

    目前國內高純氧化鋁粉體雖已進入產業化生產階段,但因生產工藝和設備的不穩定以及試驗研究和生產應用的脫節,在批次穩定性、粉體粒徑分布以及微量元素脫除等方面與國外相比依然存在不小的差距,高品質的透明氧化鋁陶瓷和藍寶石晶體所用氧化鋁原料仍需大量從國外進口。

    性能穩定的粉體原料對于制備高性能氧化鋯陶瓷來說依然是關鍵。肖漢寧教授講過,PSZ陶瓷常以3%氧化釔穩定的氧化鋯納米粉體為原料,該氧化鋯納米粉一般采用化學共沉淀法制備,平均粒徑為20~40nm,因活性高,很容易團聚。解決氧化鋯納米粉體的團聚問題是制備結構均勻、性能穩定氧化鋯陶瓷的關鍵。

    目前國產氧化鋯納米粉體與日本TOSOH生產的同類產品相比,在產品批次穩定性、粉體形貌和粉體團聚狀態以及耐老化性能等方面仍存在較大差距;此外粉體的結晶度也有明顯差異。

    除了氧化物陶瓷,先進的碳化物、氮化物陶瓷的優異性能也都依賴于原料粉體的性能。一般來講,先進陶瓷對粉體原料的特性有以下的要求:

    1)化學組成精確。這是一個最基本的要求,對先進陶瓷而言,化學組成直接決定了產品的晶相和性能。

    2)化學組成均勻性好。即化學組成分布均勻一致,如果化學組分不均勻將會導致局部化學組成的偏離,進而產生局部相的偏析和顯微結構的差異和異常,同時導致最后燒結體性能的下降。

    3)純度高。要求粉體中雜質含量低,特別是有害的雜質含量要盡量的低,因為雜質的存在將會影響到粉體的工藝性能和燒結體的物理、化學性能。

    4)適當小的顆粒尺寸。顆粒尺寸適當小可以降低燒結溫度和有效降低燒結體的顆粒尺寸,同時能滿足陶瓷材料的要求小于臨界尺寸。

    5)球狀顆粒,且尺寸均勻單一。球形顆粒的流動性好,顆粒堆積密度高,氣孔分布均勻,從而在成型與燒結致密化過程中可對晶粒的生長和氣孔的排除與分布進行有效的控制,以獲得顯微結構均勻、性能優良、一致性好的產品。

    6)分散性好,團聚少。盡量減少軟團聚和硬團聚。

    在“2019第二屆新型陶瓷技術與產業高峰論壇”(8月27-28日,長沙)即將舉辦之際,中國粉體網小編特將本網此前發布的特種陶瓷粉體相關的文章做了以下匯總,期望能夠引起業界對陶瓷粉體技術的重視。

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      小編從本次論壇組委會獲悉,以下特邀嘉賓的報告將以“陶瓷粉體”為主題:

      中科院理化技術研究所李江濤研究員:
      《燃燒合成陶瓷粉體以及基于高溫潤濕性的陶瓷制品研發》


      濟南大學侯憲欽教授:
      《氧化鋁粉料的低成本超細研磨新技術》


      東華大學張國軍研究員:
      《國內外陶瓷粉體的內稟特性與燒結活性分析》

      參考資料:
      肖漢寧等.工程陶瓷的技術現狀與產業發展
      劉欣.氧化鋁基復相陶瓷的制備工藝及性能研究


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