Al2O3陶瓷.ppt

1、 Al2O3 陶瓷陶瓷ALUMINA CERAMICSAl2O3 roller（穆道彬等，（穆道彬等，1999）合成纳米材料的容器SiC晶须增强氧化铝钻头晶须增强氧化铝钻头 Al203短纤维短纤维/Al汽车活塞汽车活塞SiC/Al，Al203/Al汽车刹车盘，减重汽车刹车盘，减重60 应用领域应用领域n机机械械方方面面。耐耐磨磨氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷衬衬砖砖、衬衬板板、衬衬片片，氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷钉钉，陶陶瓷瓷密密封封件件，氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷切切削削刀刀具具，氧氧化化铝陶瓷柱塞等。铝陶瓷柱塞等。n电电子子、电电力力方方面面。各各种种氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷底底板板、基基片片、陶陶瓷瓷膜膜、高高压

2、压钠钠灯灯透透明明氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷以以及及各各种种氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷电电绝缘瓷件等。绝缘瓷件等。n化化工工方方面面。氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷化化工工填填料料球球，氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷微微滤滤膜，氧化铝陶瓷耐腐蚀涂层等。膜，氧化铝陶瓷耐腐蚀涂层等。n医医学学方方面面。氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷人人工工骨骨，羟羟基基磷磷灰灰石石涂涂层层多多晶晶氧化铝陶瓷人工牙齿、人工关节等。氧化铝陶瓷人工牙齿、人工关节等。应用领域应用领域n材材料料生生产产方方面面。球球磨磨机机用用氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷衬衬砖砖、微微晶晶耐耐磨磨氧氧化化铝铝球球石石，氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷辊辊棒棒、氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷保保护护管管及及各各

3、种种氧氧化化铝铝质质、氧氧化化铝铝结结合合其其他他材质耐火材料。材质耐火材料。n其其他他方方面面。航航空空航航天天、珠珠宝宝加加工工、涂涂料料、油油漆漆、化妆品、食品、制药等行业。化妆品、食品、制药等行业。Al2O3陶瓷陶瓷 3.1 Al2O3 的晶型、性质和用途的晶型、性质和用途3.2 Al2O3高温结构陶瓷高温结构陶瓷3.3 透明透明Al2O3陶瓷陶瓷3.4 Al2O3电介质陶瓷电介质陶瓷3.5 -Al2O3导电陶瓷导电陶瓷-Al2O3：俗俗称称刚刚玉玉，三三方方柱柱状状晶晶体体，晶晶体体结结构构中中氧氧离离子子形形成成六方密堆，铝离子在八面体中心；六方密堆，铝离子在八面体中心；熔熔点点高

4、高，硬硬度度大大，耐耐化化学学腐腐蚀蚀，优优良良的的介介电电性性，是是氧氧化化铝铝各各种种型型态态中中最最稳稳定定的的晶晶型型，也也是是自自然然界界中中唯唯一存在的氧化铝的晶型；一存在的氧化铝的晶型；用用于于制制备备结结构构陶陶瓷瓷、电电介介质质陶陶瓷瓷。也也可可用用于于制制备备 复复合材料的最佳抗氧化晶须。合材料的最佳抗氧化晶须。-Al2O3：尖尖晶晶石石结结构构，氧氧原原子子立立方方密密堆堆，铝铝原原子子填填隙隙；在在10501500范围内不可逆地转化为范围内不可逆地转化为Al2O3。密度小，机电性能差，结构松散，能被酸碱溶解；密度小，机电性能差，结构松散，能被酸碱溶解；可用以制备多孔陶瓷

5、材料。可用以制备多孔陶瓷材料。3.1 Al2O3的晶型、性质和用途的晶型、性质和用途Al2O3的晶型、性质和用途的晶型、性质和用途-AlAl2 2O O3 3：组成为组成为NaNa2 2O11O11AlAl2 2O O3 3或或CaO6CaO6AlAl2 2O O3 3，NaONaO-层、层、AlAl1111O O1212+类尖晶石单元交叠堆积，类尖晶石单元交叠堆积，氧原子立方密氧原子立方密堆，堆，Na Na+包含于包含于 C C轴的松散堆积平面内，轴的松散堆积平面内，是一种含是一种含碱金属碱金属(或碱土金属或碱土金属)的铝酸盐。的铝酸盐。Na-AlNa-Al2 2O O3 3 具具有层状结构

6、。有层状结构。在空气或氢气中在空气或氢气中12001200便开始分解；便开始分解；Na Na+能在层间能在层间迁移、扩散和离子交换，在层间的方向具有较高的迁移、扩散和离子交换，在层间的方向具有较高的离子导电能力和松弛极化现象；沿离子导电能力和松弛极化现象；沿C C 轴方向很小甚轴方向很小甚至无离子电导。至无离子电导。良好离子导体，用作电池隔膜材料。良好离子导体，用作电池隔膜材料。Al2O3的晶型的晶型n有有、及及无无定定型型氧氧化化铝铝等等12 种种，最最为为常常见见的的有有-Al2O3、-Al2O3 和和-Al2O3 3 种。种。第三章3.2 Al2O3高温结构陶瓷高温结构陶瓷3.2.1 概

7、念和分类概念和分类3.2.2 性质和用途性质和用途3.2.3 粉体原料的制备与处理粉体原料的制备与处理3.2.4 生产工艺生产工艺3.2.5 氧化铝陶瓷的组成、结构、工艺与性能之氧化铝陶瓷的组成、结构、工艺与性能之间的关系间的关系3.2.1 Al3.2.1 Al2 2O O3 3结构陶瓷概念和分类结构陶瓷概念和分类n定义：以定义：以-Al2O3为主晶相的结构陶瓷为主晶相的结构陶瓷 Al2O3 含量含量=75.099.9%n分类：依据配料中分类：依据配料中Al2O3含量含量 75瓷，瓷，85瓷，瓷，95瓷，瓷，99瓷瓷Al2O33.3.2 性质与用途性质与用途Al2O3结构结构陶瓷的性质陶瓷的性

8、质nTm=20500Cn莫氏硬度：莫氏硬度：9n膨胀系数（膨胀系数（10-6/，20100 ）：）：8.0，与金与金属接近属接近n体积密度体积密度 v（g/cm3）：3.70n抗弯强度（抗弯强度（MPa）：）：385n抗张强度（抗张强度（MPa，1000）：）：245n弹性模量（弹性模量（GPa）：）：300n比体积电阻（比体积电阻（cm/1000C）：）：1014n化学稳定性良好化学稳定性良好结构材料的性能对比（结构材料的性能对比（袁鸿昌，袁鸿昌，1998）n体积密度体积密度 v（g/cm3）：3.70n抗弯强度（抗弯强度（MPa）：）：385n抗张强度（抗张强度（MPa，1000）：）：2

9、45n弹性模量（弹性模量（GPa）：）：300Al2O3结构结构陶瓷的用途陶瓷的用途高强度，高硬度高强度，高硬度:磨料磨具磨料磨具纺织瓷件纺织瓷件刀具等刀具等耐高温，化学稳定性耐高温，化学稳定性:铂坩埚替代品铂坩埚替代品催化剂载体催化剂载体航空及磁流体发电材料航空及磁流体发电材料密封等密封等95 氧化铝陶瓷在密封领域的应用氧化铝陶瓷在密封领域的应用n水泵机械密封水泵机械密封n水暖阀芯水暖阀芯n气动元件气动元件n化工设备化工设备n太阳能热水器太阳能热水器应用研究进展应用研究进展n年资料，美国年资料，美国Aremco公司生产的氧化公司生产的氧化铝产品已经开始用于制造气体燃烧器的喷嘴，铝产品已经开始

10、用于制造气体燃烧器的喷嘴，使用温度可高达使用温度可高达1650。是一种高度致密、完。是一种高度致密、完全烧结的、氧化铝纯度为全烧结的、氧化铝纯度为96%的陶瓷，具有优的陶瓷，具有优异的耐磨性能和抗腐蚀性能能以及高的机械强异的耐磨性能和抗腐蚀性能能以及高的机械强度和电绝缘性能，可在度和电绝缘性能，可在1650 的温度下连续使的温度下连续使用，抗高浓度的硫酸腐蚀。用，抗高浓度的硫酸腐蚀。Al2O33.2.3 Al2O3陶瓷陶瓷粉体粉体原料的制备和处理原料的制备和处理 1）制备）制备Al2O3粉的原料：粉的原料：铝矾土（三水铝石铝矾土（三水铝石）Al2O3 3H2O 硬水铝石硬水铝石 Al2O3 H

11、2O or -AlO(OH)一水软铝石一水软铝石 -AlO(OH)2）生产方法生产方法(拜尔法拜尔法)：用用NaOH溶液处理铝矿石，得铝酸钠溶液：溶液处理铝矿石，得铝酸钠溶液：Al2O3 (13)H2O+2 NaOH 2 NaAl(OH)4 过滤除去不溶性渣：过滤除去不溶性渣：2 NaAl(OH)4+H2O 2 NaOH+Al(OH)3 过滤、干燥、煅烧后成过滤、干燥、煅烧后成Al2O3，粒度粒度115 mAl2O3陶瓷粉体的制备陶瓷粉体的制备 3）Al2O3超细粉的制备：超细粉的制备：a 硫酸铝铵热分解法：硫酸铝铵热分解法：1)液相中合成硫酸铝铵液相中合成硫酸铝铵 (NH4)SO4+Al2(

12、SO4)2(NH4)SO4 Al2(SO4)3 24H2O 2)多次重结晶提高纯度多次重结晶提高纯度 3)热解法热解法/溶液喷雾热解法溶液喷雾热解法-Al2O3细粉细粉 纯度纯度99.99%，粒度，粒度69nm(NH4)SO4 Al2(SO4)3 24H2O2NH3+3SO3+Al2O3 4)高温灼烧高温灼烧 -Al2O3 -Al2O3 条件：条件：T=1200，粒度粒度160200nm 5)缺点：污染严重缺点：污染严重 b 热解碳酸铝铵：热解碳酸铝铵：3(NH4)2CO3 Al2(CO3)3 nH2O 粉体粒度粉体粒度0.40.5 m，纯度纯度99.99%污染较轻，制备技术要求高污染较轻，制

13、备技术要求高 c 硝酸铝硝酸铝+碳酸铵复分解法：碳酸铵复分解法：2Al(NO3)3+3(NH4)2CO3 2Al(OH)3+6NH4NO3+3CO2 控制：溶液控制：溶液pH=5.0，T=30 10C 搅拌速度搅拌速度810r/min，反应反应t=15mind sol-gel法：法：1)以异丙醇铝以异丙醇铝Al(OC3H7)3、甲苯、蒸馏水等为甲苯、蒸馏水等为原料配制胶体溶液，得到原料配制胶体溶液，得到sol 2)sol gel 3)真空干燥真空干燥，研磨研磨 4)煅烧：煅烧：400 -Al2O3 1200 粒径长大粒径长大 40nm，接近球形接近球形 -Al2O3呈团聚状态，粒度呈团聚状态，

14、粒度200nme 气相沉积法气相沉积法(1)：惰性气体中，金属惰性气体中，金属Al减压蒸发减压蒸发(等离子体等离子体)气相气相Al原子原子 聚集成超细粒子聚集成超细粒子 收集于冷凝器中收集于冷凝器中 氧化为陶瓷微粉氧化为陶瓷微粉 气相沉积法气相沉积法(2)：320-4500C 醇铝醇铝Al(OR)3蒸汽热分解蒸汽热分解 Al2O3超细粉超细粉Al2O3粉体的预烧粉体的预烧n预烧目的：预烧目的：-Al2O3 -Al2O3 减少烧成收缩（减少烧成收缩（14.3%)排除原料中的排除原料中的Na2O，提高纯度提高纯度Al2O3粉体原料预烧粉体原料预烧n预烧质量的影响因素：预烧质量的影响因素：添加剂添加

15、剂：H3BO3 NH4F AlF3 0.33.0%无添加剂：无添加剂：T=1600 H3BO3，T=1400-1450 ，t=2-3h Na2O+2H3BO3=Na2B2O4 +3H2O NH4F，T=1250 ，t=1-2h 预烧温度预烧温度：过低过低 不能完全转变为不能完全转变为-Al2O3，电性能降低电性能降低 过高过高 粉料烧结，不易粉碎，活性降低粉料烧结，不易粉碎，活性降低 Al2O3预烧预烧预烧气氛预烧气氛：物料物料 气氛气氛 Na2O(%)T()工业工业Al2O3 0.3 -预烧预烧Al2O3 氧化氧化 0.2 1450 预烧预烧Al2O3 还原还原 0.05 1450 预烧预烧

16、Al2O3 还原还原 0 15001550 预烧预烧Al2O3 氧化氧化 0.05 14001450 (+1%H3BO3)3.2.4 Al2O3结构结构陶瓷的生产工艺流程陶瓷的生产工艺流程 原料煅烧原料煅烧 磨料磨料 配料与混料配料与混料 塑化塑化 成型成型 干燥干燥 修坯修坯 烧烧结结 表面处理表面处理性能检测性能检测 Al2O3陶瓷的生产工艺陶瓷的生产工艺磨细磨细球磨：湿磨效率较高；干磨外加油酸等外加剂球磨：湿磨效率较高；干磨外加油酸等外加剂1-3%，以，以防粘结，提高效率。防粘结，提高效率。刚玉瓷的要求：小于刚玉瓷的要求：小于1微米的颗粒微米的颗粒15-30%；大于大于4微米的微米的颗粒含量控制在颗粒含量控制在10%以内以内。Al2O3陶瓷的生产工艺陶瓷的生产工艺配料与混料配料与混料辅料的种类及其加入的目的：辅料的种类及其加入的目的：目的：目的：(1)降低烧成温度；降低烧成温度；(2)促进烧结促进烧结辅料的种类：辅料的种类：1)变价氧化物变价氧化物 TiO2 Cr2O3 Fe2O3 等等 晶格常数与晶格常数与Al2O3相近，生成固溶体相近，生成固溶体 变价使变价使Al2O3产生缺