氧(yang)化鋁(lv)陶瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)簡(jian)介 氧(yang)化鋁(lv)陶瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)具有機械強(qiang)度(du)高(gao)(gao), 絕緣電阻(zu)大(da), 硬度(du)高(gao)(gao), 耐(nai)(nai)磨、耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)及耐(nai)(nai)高(gao)(gao)溫等一系(xi)列優良性能, 其(qi)廣(guang)泛(fan)應用于(yu)陶瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)、紡織、石油、化工、建筑及電子等各個行業(ye), 是(shi)(shi)目前氧(yang)化物陶瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)中(zhong)用途較廣(guang)、產銷(xiao)量較大(da)的(de)陶瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)新材料。 通(tong)常氧(yang)化鋁(lv)陶瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)分(fen)為(wei)2大(da)類(lei), 一類(lei)是(shi)(shi)高(gao)(gao)鋁(lv)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci), 另一類(lei)是(shi)(shi)剛(gang)玉瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)。高(gao)(gao)鋁(lv)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)是(shi)(shi)以(yi)Al2O3和SiO2為(wei)主要成分(fen)的(de)陶瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci), 其(qi)中(zhong)Al2O3的(de)含量在45%以(yi)上, 隨著Al2O3含量的(de)增多, 高(gao)(gao)鋁(lv)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)的(de)各項(xiang)性能指標都有所提(ti)高(gao)(gao);由于(yu)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)坯中(zhong)主晶相(xiang)的(de)不同, 又分(fen)為(wei)剛(gang)玉瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)、剛(gang)玉—莫(mo)來(lai)石瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)、莫(mo)來(lai)石瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)等。根(gen)據Al2O3含量的(de)不同, 習慣上又稱為(wei)75瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)、80瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)、85瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)、90瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)、92瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)、95瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)、99瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)等。
作(zuo)為陶(tao)瓷原料主(zhu)要成分(fen)之一的氧(yang)化(hua)鋁(lv)(lv)在地殼中含量非常(chang)豐(feng)富, 在巖石中平均含量為15.34%, 是(shi)自然界中僅次(ci)于(yu)SiO2存量的氧(yang)化(hua)物。一般應(ying)用于(yu)陶(tao)瓷工(gong)業(ye)的氧(yang)化(hua)鋁(lv)(lv)主(zhu)要有2大類(lei), 一類(lei)是(shi)工(gong)業(ye)氧(yang)化(hua)鋁(lv)(lv), 另(ling)一類(lei)是(shi)電熔(rong)剛(gang)玉。
1、工業氧化鋁
工業氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁一般是(shi)以含鋁量高的(de)(de)天(tian)然礦物鋁土礦 (主要礦物組(zu)成(cheng)為(wei)鋁的(de)(de)氫氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物, 如一水(shui)硬鋁石 (xAl2O3·H2O) 、一水(shui)軟鋁石、三水(shui)鋁石等氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁的(de)(de)水(shui)化(hua)(hua)物組(zu)成(cheng)) 和(he)高嶺土為(wei)原料(liao), 通過化(hua)(hua)學(xue)法 (主要是(shi)堿法, 多(duo)采用拜爾法——堿石灰法) 處理, 除去硅、鐵、鈦等雜質制備出氫氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁, 再經煅燒而制得, 其礦物成(cheng)分絕大部分是(shi)γ-Al2O3。 工業氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋁是(shi)白色松散的(de)(de)結晶(jing)粉(fen)末, 顆粒是(shi)由許多(duo)粒徑(jing)<0.1 μm的(de)(de)γ-Al2O3晶(jing)體組(zu)成(cheng)的(de)(de)多(duo)孔球形聚集體, 其孔隙率約為(wei)30%, 平均粒徑(jing)為(wei)40～70 μm。
工(gong)業(ye)氧化(hua)鋁的(de)3項主要雜質(zhi)成分(fen)中(zhong), Na2O及Fe2O3將降低(di)氧化(hua)鋁瓷(ci)件的(de)電性(xing)能, Na2O的(de)含量(liang)應<0.5%～0.6%, Fe2O3含量(liang)應<0.04%。另外(wai), 在電真(zhen)空瓷(ci)件中(zhong), 工(gong)業(ye)氧化(hua)鋁不得(de)含有氯化(hua)物、氟化(hua)物等(deng), 因(yin)為它們能侵蝕電真(zhen)空裝(zhuang)置。
2、電熔剛玉
電(dian)熔剛(gang)(gang)玉(yu)(yu)是(shi)(shi)以(yi)工業氧(yang)化鋁或富含鋁的(de)(de)原(yuan)料在電(dian)弧爐中熔融, 緩(huan)慢冷卻使晶體(ti)析(xi)晶出來, 其Al2O3含量可(ke)達99%以(yi)上, Na2O含量可(ke)減(jian)少(shao)至0.1%～0.3%。電(dian)熔剛(gang)(gang)玉(yu)(yu)的(de)(de)礦物組成(cheng)(cheng)主要是(shi)(shi)α-Al2O3, 純正的(de)(de)電(dian)熔剛(gang)(gang)玉(yu)(yu)呈白色, 稱為白剛(gang)(gang)玉(yu)(yu);熔制(zhi)(zhi)時加入(ru)(ru)氧(yang)化鉻, 可(ke)制(zhi)(zhi)成(cheng)(cheng)紅色的(de)(de)鉻剛(gang)(gang)玉(yu)(yu);加入(ru)(ru)氧(yang)化鋯時可(ke)制(zhi)(zhi)成(cheng)(cheng)鋯剛(gang)(gang)玉(yu)(yu);電(dian)熔剛(gang)(gang)玉(yu)(yu)中含有TiO2則稱鈦剛(gang)(gang)玉(yu)(yu)。這一系列的(de)(de)電(dian)熔剛(gang)(gang)玉(yu)(yu)由于熔點高(gao)(gao)、硬(ying)度(du)大, 是(shi)(shi)制(zhi)(zhi)造高(gao)(gao)級耐火(huo)材料、高(gao)(gao)硬(ying)磨料磨具的(de)(de)優質原(yuan)料 (剛(gang)(gang)玉(yu)(yu)熔點為2 050 ℃, 莫氏硬(ying)度(du)為10) 。
氧(yang)化鋁瓷燒結(jie)產品的(de)(de)抗彎強度可達250MPa，熱(re)壓產品可達500MPa。氧(yang)化鋁陶(tao)瓷的(de)(de)莫氏硬度可達到(dao)9，加上具有優良的(de)(de)抗磨(mo)損性能等(deng)，所以廣泛(fan)地用(yong)于制造刀具、球閥、磨(mo)輪、陶(tao)瓷釘(ding)、軸(zhou)承(cheng)等(deng)，其(qi)中(zhong)以氧(yang)化鋁陶(tao)瓷刀具和工業(ye)用(yong)閥應用(yong)較廣。
1、純氧化鋁陶瓷(ci)刀具
氧化鋁陶瓷刀具的(de)(de)較佳切(qie)(qie)(qie)削速度比一般的(de)(de)硬(ying)質合(he)金(jin)刀具高，可大幅提高對不同材(cai)料的(de)(de)切(qie)(qie)(qie)削效率。隨著科學工作者的(de)(de)大量研(yan)究，添加(jia)其它成(cheng)分構成(cheng)兩相或(huo)以固溶體形式存在于基體之(zhi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)氧化鋁基復合(he)陶瓷和晶須增(zeng)強陶瓷中(zhong)(zhong)。這(zhe)些技術彌補了(le)純氧化鋁陶瓷的(de)(de)不足，從而提高了(le)它的(de)(de)切(qie)(qie)(qie)削性能和耐(nai)用度。
2、復合(he)氧化鋁陶(tao)瓷刀具(ju)
氧化鋁(lv)-碳(tan)化物(wu)陶(tao)瓷刀(dao)具(ju)，是在氧化鋁(lv)中添加(jia)一(yi)定的(de)碳(tan)化物(wu)，以提(ti)高它的(de)強(qiang)度(du)、耐磨性(xing)、抗沖擊(ji)性(xing)以及高溫(wen)性(xing)能等。由于添加(jia)了金屬，提(ti)高了氧化鋁(lv)與碳(tan)化物(wu)的(de)連接強(qiang)度(du)，改善了使用性(xing)能，此(ci)類陶(tao)瓷刀(dao)具(ju)適合(he)(he)于加(jia)工淬火鋼、合(he)(he)金鋼、錳鋼、冷硬(ying)鑄(zhu)鐵、鎳基(ji)和鈷基(ji)合(he)(he)金以及非金屬材料等。
3、增(zeng)韌氧化(hua)鋁陶瓷刀具
增韌氧化鋁(lv)陶瓷(ci)刀具是(shi)指在氧化鋁(lv)基(ji)體中添加(jia)增韌或(huo)增強材料。目前(qian)常用的(de)增韌方法有：ZrO2相變增韌、晶須增韌、第二相顆粒彌散(san)增韌等。
在電(dian)(dian)子、電(dian)(dian)力(li)方面，有各(ge)種(zhong)氧化鋁陶(tao)(tao)瓷底板、基片、陶(tao)(tao)瓷膜、透明陶(tao)(tao)瓷以及(ji)各(ge)種(zhong)氧化鋁陶(tao)(tao)瓷電(dian)(dian)絕緣瓷件、電(dian)(dian)子材(cai)料(liao)、磁(ci)性材(cai)料(liao)等，其中以氧化鋁透明陶(tao)(tao)瓷和基片應(ying)用較廣。
1、氧化鋁透明陶瓷
當前透(tou)明陶瓷(ci)是材(cai)料(liao)領域研究(jiu)和(he)應用的重要前沿方向。透(tou)明陶瓷(ci)作為(wei)一種新興材(cai)料(liao)，除了本身具(ju)有(you)寬范(fan)圍(wei)的透(tou)光性外，還(huan)具(ju)有(you)高熱導率(lv)、低(di)電(dian)(dian)導率(lv)、高硬(ying)度、高強度、低(di)介電(dian)(dian)常數和(he)介電(dian)(dian)損耗、耐磨性和(he)耐腐(fu)蝕性好等一系列優點(dian)。
2、氧化鋁陶瓷基片
氧化鋁陶瓷基(ji)(ji)片(pian)(pian)具有機械強度高、絕(jue)緣性好、避光(guang)性高等優良性能(neng)，廣泛(fan)用于多(duo)層布線(xian)陶瓷基(ji)(ji)片(pian)(pian)、電(dian)子(zi)封(feng)裝及高密(mi)度封(feng)裝基(ji)(ji)片(pian)(pian)。
在化(hua)(hua)工應(ying)用(yong)方面(mian)，氧化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)陶(tao)(tao)瓷也(ye)有較廣泛的用(yong)途，如氧化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)陶(tao)(tao)瓷化(hua)(hua)工填(tian)料球(qiu)、無機微濾膜、耐腐(fu)蝕涂(tu)層等，其中以(yi)氧化(hua)(hua)鋁(lv)(lv)陶(tao)(tao)瓷膜和(he)涂(tu)層的研究和(he)應(ying)用(yong)較多。
在醫學方(fang)面，氧化鋁更多的是(shi)用(yong)于(yu)制(zhi)造人(ren)(ren)工骨、人(ren)(ren)工關節、人(ren)(ren)工牙(ya)齒(chi)等。
優點(dian)：氧(yang)化(hua)鋁陶瓷具有優良的生(sheng)物相容性、生(sheng)物惰性、理(li)化(hua)穩定(ding)性及高(gao)硬度(du)、高(gao)耐磨性，是制備人造骨(gu)和人造關(guan)節(jie)的理(li)想材料。
缺點：脆性大(da)、斷裂韌性低、機加工技術難度(du)高、工藝(yi)復(fu)雜等。
在建(jian)筑衛生陶(tao)瓷方面，產品隨處可(ke)見，如氧化(hua)(hua)鋁(lv)陶(tao)瓷襯磚、研磨(mo)介(jie)質、輥棒、陶(tao)瓷保護管以(yi)及氧化(hua)(hua)鋁(lv)質耐火材料等。其(qi)中以(yi)氧化(hua)(hua)鋁(lv)球磨(mo)介(jie)質應用較廣。
氧化(hua)鋁(lv)陶瓷是目(mu)前新(xin)材料(liao)中研(yan)究(jiu)較多、應用較廣(guang)的(de)材料(liao)之(zhi)一，除了以(yi)上的(de)幾種應用外，它還廣(guang)泛應用于其它一些(xie)高科技領域，如(ru)航空航天、高溫(wen)工業爐、復合增(zeng)強等領域。
氧化鋁(lv)陶瓷(ci)的制備會經(jing)歷較(jiao)多(duo)生產工(gong)序，在過程(cheng)中物料(liao)與(yu)機械、設備、工(gong)具、器皿(min)、環境接觸機會較(jiao)多(duo)，因此，出現污染及瓷(ci)件質量(liang)問題的因素也較(jiao)多(duo)。一般情況(kuang)下，氧化鋁(lv)陶瓷(ci)燒成(cheng)后(hou)常見的有(you)關顏色的質量(liang)問題有(you)：
（1）瓷件表(biao)面有斑點(dian)，如黑點(dian)、棕點(dian)、紅點(dian)；
（2）瓷件表面產(chan)生斑塊，如暗斑(陰斑)，黑(hei)色云斑、亮斑等；
（3）瓷件有色(se)差現象，如整體(ti)發黃或發灰；
（4）瓷件呈現淡黃色。
下面(mian)我們就針對(dui)上(shang)述問題一一來分析。
有(you)(you)些氧化鋁(lv)陶(tao)瓷(ci)制品表面會有(you)(you)黑色(se)(se)(se)、褐(he)色(se)(se)(se)、棕(zong)色(se)(se)(se)和(he)粉紅(hong)(hong)色(se)(se)(se)斑(ban)(ban)點，仔細(xi)觀(guan)察內(nei)部也有(you)(you)，一(yi)(yi)般比(bi)(bi)較明顯，采集(ji)樣品分析(xi)(xi)也比(bi)(bi)較容易(yi)，可(ke)用電(dian)鏡、能譜分析(xi)(xi)或化學分析(xi)(xi)，一(yi)(yi)般定性分析(xi)(xi)即可(ke)。產生黑色(se)(se)(se)、棕(zong)色(se)(se)(se)和(he)褐(he)色(se)(se)(se)斑(ban)(ban)點的(de)(de)主要(yao)雜質成分為Fe，粉紅(hong)(hong)色(se)(se)(se)斑(ban)(ban)點的(de)(de)主要(yao)雜質為Fe，Cr、Ni。通過分析(xi)(xi)斑(ban)(ban)點成分和(he)追蹤生產工藝(yi)和(he)生產過程，可(ke)以(yi)初步(bu)判定黑色(se)(se)(se)、棕(zong)色(se)(se)(se)、褐(he)色(se)(se)(se)斑(ban)(ban)點主要(yao)在原(yuan)料(liao)及陶(tao)瓷(ci)生產過程中(zhong)混入機械鐵粒(li)子造成。而粉紅(hong)(hong)色(se)(se)(se)斑(ban)(ban)點從成分分析(xi)(xi)可(ke)以(yi)判斷是由(you)不銹鋼材料(liao)的(de)(de)細(xi)小顆粒(li)造成。機械雜質混入主要(yao)有(you)(you)兩方(fang)面：一(yi)(yi)是原(yuan)料(liao)；二是生產過程。
解決方案
在模壓(ya)成型時要注意：
原料(liao)：盡量(liang)選(xuan)擇質量(liang)好含鐵低(di)的(de)原料(liao)，必要時進行磁選(xuan)除鐵。
研磨：掉磚，注意觀察球磨機襯磚是否脫落，并(bing)及時修(xiu)補。
造粒：料(liao)漿(jiang)輸(shu)送加裝(zhuang)磁選除鐵，熱風爐、熱風過濾以避免(mian)熱風系統鐵銹進(jin)入物料(liao)。造粒粉在(zai)較終產品包裝(zhuang)前(qian)進(jin)行(xing)磁選除鐵。
管道：所有輸送管道盡可能加襯(chen)聚(ju)氨(an)酯。
有些氧化鋁陶(tao)瓷制品(pin)在生(sheng)產(chan)過程(cheng)中會有暗斑(ban)，這種暗斑(ban)常(chang)常(chang)出現在管狀瓷件(jian)(jian)(jian)或比(bi)(bi)較厚(hou)，面(mian)積比(bi)(bi)較大的瓷件(jian)(jian)(jian)上，尤其是以(yi)造粒，等靜壓成型工藝的比(bi)(bi)較常(chang)見。暗斑(ban)一(yi)般隱藏在瓷件(jian)(jian)(jian)內部，要在燈光照射下才能發(fa)現，嚴重的瓷件(jian)(jian)(jian)表面(mian)也(ye)會出現。
暗(an)斑(ban)形(xing)成(cheng)的(de)原因(yin)與陶(tao)瓷配方、生產(chan)過程(cheng)和(he)生產(chan)工藝都有(you)關系。
解決方案
要根據生(sheng)產現場的具體情況來分析(xi)，基(ji)本(ben)措施如下(xia)：
（1）制定(ding)合(he)理的燒成曲線，在瓷件的燒成過程中(zhong)要有(you)足夠的排膠溫度(du)和(he)時間；
（2）加強窯爐的排(pai)風，保持適當氧(yang)化氣氛；
（3）在(zai)燒成溫度范圍內盡量(liang)提高燒成溫度，或(huo)者適度延長高溫段停留時間。
氧化鋁(lv)陶瓷(ci)(95、99瓷(ci))薄片(pian)狀瓷(ci)件(jian)，特別是流延(yan)法(fa)生產(chan)工(gong)藝的(de)基板，有時(shi)會產(chan)生亮(liang)(liang)斑(ban)，大小在(zai)(zai)1-2mm，在(zai)(zai)燈光照射下更加明顯(xian)。 通過(guo)100倍以(yi)上(shang)的(de)顯(xian)微鏡觀(guan)察(cha)可發現，亮(liang)(liang)斑(ban)處為瓷(ci)件(jian)表面呈凹陷狀。由于凹陷處較薄造(zao)(zao)成透光率大，產(chan)生亮(liang)(liang)斑(ban)。觀(guan)察(cha)凹陷形狀和結構，應該是機械(xie)損傷造(zao)(zao)成，如流延(yan)法(fa)成型時(shi)，基板坯體(ti)與(yu)基帶粘連或其它原因造(zao)(zao)成的(de)機械(xie)損傷。這種情況要(yao)注意在(zai)(zai)坯體(ti)生產(chan)和存放及搬(ban)移過(guo)程中避免(mian)機械(xie)損傷。
氧化鋁95瓷(ci)一(yi)(yi)般為白色(se)，由于配方不同白度略有(you)差別。但有(you)時在(zai)生產(chan)過程中會(hui)發現(xian)有(you)些瓷(ci)件(jian)呈現(xian)發灰的(de)現(xian)象，此現(xian)象一(yi)(yi)般是(shi)整批出現(xian)，單獨(du)看不出來，只有(you)和正常瓷(ci)件(jian)放在(zai)一(yi)(yi)起對比(bi)(bi)觀(guan)察才能(neng)發現(xian)。另(ling)外(wai)，瓷(ci)件(jian)的(de)電性能(neng)、機(ji)械性能(neng)均無(wu)明顯差異，一(yi)(yi)般情(qing)況下并不影響(xiang)用戶使用，但由于產(chan)品批次(ci)之間對比(bi)(bi)有(you)色(se)差，往往用戶會(hui)產(chan)生疑問，影響(xiang)產(chan)品銷售。這個問題主要是(shi)生產(chan)過程中引入的(de)雜(za)質污染(ran)造成。
解決措施
（1）調整(zheng)改進研(yan)磨(mo)(mo)工藝，選擇磨(mo)(mo)耗較低的研(yan)磨(mo)(mo)介(jie)質，找出較佳研(yan)磨(mo)(mo)條件，如料球比(bi)、研(yan)磨(mo)(mo)時間(jian)、磨(mo)(mo)機(ji)工作參數等(deng)降(jiang)低瓷(ci)球和瓷(ci)襯(chen)的磨(mo)(mo)耗，減少(shao)研(yan)磨(mo)(mo)過(guo)程雜質的引入；
（2）熱壓鑄成型(xing)時，定期更換排(pai)蠟粉(fen)(fen)并選(xuan)用(yong)專用(yong)排(pai)蠟粉(fen)(fen)，避免在排(pai)蠟過程中污染瓷件坯體。
正常情況下，氧化(hua)鋁陶(tao)瓷(ci)瓷(ci)燒成后(hou)為白色(se)，但有(you)(you)些卻呈(cheng)現出淡淡的黃色(se)，隨著氧化(hua)鋁含量越高及瓷(ci)件(jian)(jian)的致(zhi)密性(xing)越高，這種現象越明顯(xian)。而(er)且經過日光照射后(hou)會變(bian)色(se)，與(yu)沒(mei)有(you)(you)照射的瓷(ci)件(jian)(jian)比較略(lve)顯(xian)黃色(se)，并有(you)(you)隨著照射時間的增加，顏色(se)愈深。
這種情況可能是以下幾(ji)個原因造成的(de)：
（1）陽光照射之后，其內部的(de)成分發生的(de)變化(hua)(hua)，而這(zhe)種變化(hua)(hua)又是不(bu)可逆的(de)，因此(ci)顏色也(ye)會有所改變。
（2）可能(neng)是(shi)氧(yang)化鋁(lv)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)發生了(le)潮解，從而產(chan)生了(le)水合(he)氧(yang)化鋁(lv)。其實(shi)不(bu)僅是(shi)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)產(chan)品有這種特性(xing)，其他材料也(ye)會有，所以我們也(ye)只能(neng)通過盡量(liang)減(jian)少外界因(yin)素的影響來(lai)克服氧(yang)化鋁(lv)精密陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)變色的現象。
（3）高氧化鋁含(han)量的(de)(de)99以(yi)上陶瓷(ci)以(yi)固相燒(shao)結(jie)(jie)為(wei)主(zhu)，燒(shao)結(jie)(jie)助劑固熔到氧化物晶(jing)體并富集在(zai)晶(jing)界上，導致(zhi)晶(jing)體純度下降(jiang)，呈(cheng)現(xian)出以(yi)黃為(wei)基調的(de)(de)顏(yan)色，并且由于(yu)(yu)表面(mian)晶(jing)格缺陷等原因導致(zhi)表面(mian)處(chu)于(yu)(yu)亞穩定狀態，易于(yu)(yu)吸附各種微細的(de)(de)物質，呈(cheng)現(xian)變色。