服务热线:
0755-29080301
栏目导航
行业动态
企业新闻
行业动态
联系我们
服务热线
0755-29080301
电话:0755-29080301
邮箱:2850720820@qq.com
地址:广东省深圳市龙华区大浪街道浪口社区华悦路东锋厂1栋602
当前位置:主页 > 新闻动态 > 行业动态 >
烧结氧化铝陶瓷为什么要加添助剂?
作者: 发布日期:2020-07-27

  氧化铝陶瓷具有许多显著的优点,如高硬度、耐高温、耐磨、抗氧化等,广泛应用于各种工业领域。然而,氧化铝自己的阳离子电荷多具有半径小、离子键强的特点,导致其晶格能大、扩散系数低、烧结温度高。一般来说,纯氧化铝陶瓷的烧结温度在1700以上。这样高的烧结温度在工业上难以普遍实现,不利于降低成本。同时,结构中存在许多缺陷,不利于氧化铝陶瓷的力学性能。为了促进氧化铝陶瓷的致密化并降低烧结温度,通常在原料中引入添加剂以降低烧结温度或改善其烧结性能。

氧化铝陶瓷

  一、添加剂的种类和特性

  添加剂的作用机理与其离子半径和价态有关。根据作用机理的不同,添加剂可分为两类:第一类是生成液相,如碱土金属氧化物如二氧化硅、氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡等。其在晶界形成低熔点的玻璃相,促进烧结,并具有良好的电性能,适用于制备电子陶瓷;第二类是固溶,的形成,如Cr2O3、Fe2O3、二氧化钛、氧化锰等。可与氧化铝基体形成替代固溶,同时降低陶瓷的烧结温度和体积电阻率,适用于有机械要求的场合。

  1、生成液体添加剂的作用机理:

  第一类添加剂大多具有立方致密堆积和氯化钠晶体结构。由于晶体结构的差异,它们在Al2O3中的“溶解度”非常小,并且它们在基体中的含量通过杂质聚集在晶界的方式而降低。随着连续烧结,晶界数量和面积减少,晶界杂质浓度相对增加,降低了晶界共溶解温度。当达到一定的极限时,它变成液相,这促进了烧结并提高了材料的密度。这种材料的内部晶粒通常很大。

  2、添加剂形成固溶的作用机理:

  晶格类型等添加剂与氧化铝cr2o 3相同或相近,Fe2O3可以与Al2O3形成无限取代的固溶,二氧化钛和二氧化锰可以与Al2O3形成有限取代的固溶,使晶格发生一定程度的畸变。此外,因为这些化合物是变价化合物,它们可以激活晶格并降低烧结温度。它们主要通过质点扩散或界面运动实现致密化和促进烧结;大多数是彩色添加剂,加入后会改变瓷片的白色状态;由于这些化合物是变价化合物,在电场、高温、高湿环境中容易发生电子转移,导致介电损耗增加,体积电阻率降低。因此,这些化合物不应在氧化铝陶瓷基板配方中使用或谨慎使用。

氧化铝陶瓷

  二、主要添加剂的作用

  1、MgO的作用

  MgO是Al2O3烧结过程中的微观结构稳定剂,可以细化晶粒,大大减小晶界能差,削弱晶粒生长的各向异性,抑制不连续的晶粒生长。

  人们对MgO抑制Al2O3晶粒生长的机理有不同的看法,大致有四种机理:第二相被钉扎在晶界上,抑制了孔隙和晶界的脱附,避免了孔隙的包裹;固溶杂质在晶界处偏析,抑制了晶粒的生长;由于晶界能与表面能的比值在烧结时发生较小的变化,导致气相形貌发生变化,气相钉扎在晶界处;由于二价镁引起的缺陷结构变化,致密化速率加快,明显高于晶粒的生长速率。

  由于MgO高温挥发性较强,为了达到良好的效果,常将La2O3或Y2O3同MgO混合引入。La2O3或Y2O3的引入,可以细化晶粒,促进烧结致密化,但会降低致密化的速率。

  2、SiO2的作用

  随着原料中二氧化硅含量的增加,Na2O杂质对瓷介电损耗的有害影响可以明显减弱或消除。在二氧化硅存在下,钠离子可以转移到硅酸盐玻璃相或形成化合物如钠长石(NaO Al2O3 6SiO 2),从而减少和消除陶瓷中的-Al2O3,减少其有害影响。

  3、CaO、SrO和BaO的作用

  (1)对介电性能的影响

  曹参的引入有效地降低了陶瓷材料的介电损耗。但是,CaO、SrO、BaO等碱土金属氧化物的加入量不应过多,否则,瓷体的表观孔隙率会迅速增加。据报道,当氧化钙含量超过氧化镁的一半时,陶瓷基体的耐酸性会降低。

  (2)对烧结温度的影响

  各种研究表明,氧化铝陶瓷必须含有氧化镁和微量氧化钙,才能获得致密的显微组织和均匀细腻的晶粒。这种添加剂通常与其他成分结合使用,形成共晶点体系。

  4、二氧化钛、Cr2O3、Fe2O3、二氧化锰和V2O5的影响

  与氧化钙、氧化镁和二氧化硅不同,这些添加剂不形成液相。由于它们的晶体结构与Al2O3相近或相同,离子半径相近,在氧化铝,形成有限或无限的固溶,导致晶格畸变,它们都是变价化合物。在烧结过程中,电价也会发生变化,激活晶格,从而显著促进烧结。

氧化铝陶瓷

  这种添加剂的作用规律:

  ①与Al2O3形成有限固溶的添加剂比形成连续固溶;的添加剂具有更大的冷却效果;②变价离子的添加剂比恒定价离子的添加剂具有更大的冷却效果;③电价高的阳离子电荷多添加剂降温效果更好。

  这种添加剂的缺点是:由于这种添加剂在没有液相的情况下烧结(重结晶烧结),晶体中的孔隙难以填充,气密性差;并且由于添加剂是价化合物,在湿度或电场的作用下容易引起电子迁移,这导致电性能的大量下降。因此,在氧化铝陶瓷电路基板工业中不使用或谨慎使用这些添加剂。

粤ICP备19023384号-1  技术支持:天晟新材料 备案号:粤ICP备19023384号-1
电话:0755-29080301邮箱:2850720820@qq.com
地址:广东省深圳市龙华区大浪街道浪口社区华悦路东锋厂1栋602
天晟新材料(深圳)有限公司主要从事陶瓷产品生产与销售等相关业务,欢迎来电咨询!

订购咨询