粉体圈首页     您好,欢迎来到粉体圈网络!
个人注册   企业注册   登录   找回密码   进入供求市场
粉体圈专注为粉碎设备,粉体设备等厂家提供粉体技术,粉体会议等信息及粉体展示和交流平台。 粉体圈专注为粉碎设备,粉体设备等厂家提供粉体技术,粉体会议等信息及粉体展示和交流平台。
当前位置:粉体圈首页>粉体技术>粉体加工技术>正文
氧化铝陶瓷为何要加添助剂?
2019年01月22日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:260
0

氧化铝陶瓷有许多可圈可点的优势,例如高硬度,耐高温,耐磨、抗氧化等等,广泛应用于各工业领域。然而,氧化铝自身阳离子电荷多,半径小,离子键强的特点,导致其晶格能较大,扩散系数低,烧结温度高。一般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较难普遍实现,而且不利于降低成本,同时结构上也会有存在较多的缺陷,对氧化铝陶瓷的材料力学性能不利,为了促进氧化铝陶瓷致密化,降低烧结温度,一般在原料里引入添加剂来降低其烧结温度或改善其烧结性能。

 

添加剂的类型和特征

添加剂的作用机理与其离子半径和化合价有关。根据作用机理的不同,根据作用机理的不同,可以把添加剂分为2类:第一类是生成液相,这类添加剂如SiO2MgO、CaO、SrO、BaO等碱土金属氧化物,在晶界形成低熔点的玻璃相,促进烧结,电性能良好,适于制备电子陶瓷;第二类是生成固溶体,这类添加剂如Cr2O3Fe2O3TiO2MnO等,它们与氧化铝基体形成置换固溶体,降低烧结温度,同时降低陶瓷的体积电阻率,适于有力学要求的场合。

 

第一类示例:氧化铝陶瓷基片

 

 

第二类示例:氧化铝结构件

来源:宜兴市锦程机械精磨厂

 

生成液相添加剂的作用机理:第一类添加剂多为立方密堆积、NaCl型晶体结构。由于晶体结构的差异,它们在Al2O3中的“溶解度”极小,通过杂质聚集在晶界处的方式,减少了它们在基体中的含量,随着烧结的继续进行,晶界数量和面积减少,晶界处杂质的浓度相对增加,使晶界处的共溶温度下降,当达到一定极限,就成为液相,促进了烧结,提高了材料的密度。这种材料内部晶粒往往很大。

 

生成固溶体添加剂的作用机理:这类添加剂如晶格类型与氧化铝一样或接近,Cr2O3Fe2O3可与Al2O3形成无限置换固溶体,TiO2MnO可与Al2O3形成有限置换固溶体,使晶格发生一定程度的畸变,而且由于这些化合物为变价化合物,可以活化晶格,降低烧结温度。它们主要是通过质点扩散或界面移动来实现致密化,促进烧结;它们多为有色添加剂,加入它们后,会改变瓷片的白色状态;由于这些化合物为变价化合物,在电场和高温、高湿环境下易发生电子的转移,从而导致介电损耗增加,体积电阻率降低,在Al2O3陶瓷基板配方中,不用或者慎用这些化合物。

 

主要添加剂的作用

1、MgO的作用

MgOAl2O3烧结过程中的显微结构稳定剂,它可以细化晶粒,大大减小晶界能的差异,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晶粒生长的机理看法不一,大致有4种机理:①第二相钉扎在晶界,抑制气孔与晶界脱附,避免气孔被包裹;②)固溶杂质偏析在晶界,抑制晶粒生长;③由于晶界能与表面能的比值在烧结时发生较小的变化,导致气相形态的变化,产生气相在晶界钉扎;④由于二价镁产生缺陷结构的变化,加快了致密化速率,该速率明显大于晶粒生长速率。

 

由于MgO高温挥发性较强,为了达到良好的效果,常将La2O3 Y2O3 MgO混合引入。La2O3 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

原料中SiO2的含量的提高,能显著削弱或消除Na2O杂质对瓷体介电损耗的有害影响。在SiO2存在的情况下,钠离子可以转移到硅酸盐玻璃相中或者形成钠长石(NaO·Al2O3·6SiO2)之类的化合物,从而减少和消除陶瓷中的β-Al2O3,减少了其有害作用。

 

3、CaO、SrO、BaO的作用

①对介电性能的影响

CaO的引入可有效地降低瓷料的介电损耗。但CaO、SrO、BaO等碱土金属氧化物的加入量不宜过多,否则,会使瓷坯中的显气孔率迅速增大。文献报道,CaO含量超过MgO的一半时,陶瓷基板的耐酸能力将下降


②对烧结温度的影响

种种研究表明,在氧化铝陶瓷里,要得到显微结构致密、晶粒均匀细小的结构,必须含有MgO和微量的CaO。这类添加剂通常用于与其他成分配伍形成低共熔点体系。

 

4、TiO2、Cr2O3Fe2O3MnO2V2O5的作用

这类添加剂与CaO、MgO、SiO2不同,它们不形成液相,由于他们的晶体结构与Al2O3接近或一样,离子半径接近,故它们在氧化铝里形成有限或无限固溶体,导致晶格发生畸变,且它们均为变价化合物,在烧结过程中,电价还可以发生变化,活化晶格,可显著促进烧结。

 

这类添加剂的作用规律:

①能与Al2O3形成有限固溶体的添加剂较形成连续固溶体的添加剂的降温作用大;②可变价离子的添加剂比不变价的添加剂的作用大;③阳离子电荷多的、电价高的添加剂的降温作用更大。

 

这类添加剂的缺点是:由于这类添加剂是在缺少液相的条件下烧结的(重结晶烧结),故晶体内的气孔较难填平,气密性较差,且由于添加物为变价化合物,在潮湿或电场作用下,易发生电子的迁移,导致电性能下降很多。故在陶瓷电路基板行业中不用或慎用这类添加剂。

 

参考来源:

1、添加剂对氧化铝陶瓷性能的影响;西京电气总公司,白军信;西安创联宏晟电子有限公司,李宏杰,张志旭,卫海民,蒋文军,曲海霞;西安瑞泰电气有限公司,肖永强。

 

编辑:Alpha


相关内容:
0
 

点击加入粉体技术交流群粉体技术群
返回页顶