豐瑞瓷業：氧化鋁陶瓷制作工藝

豐瑞瓷業：氧化鋁陶瓷制作工藝

氧化鋁陶瓷目前分為高純型與普通型兩種。高純型氧化鋁陶瓷系Al2O3含量在99.9％以上的陶瓷材料，由于其燒結溫度高達1650-1990℃，透射波長為1～6μm，一般制成熔融玻璃以取代鉑坩堝：利用其透光性及可耐堿金屬腐蝕性用作鈉燈管；在電子工業中可用作集成電路基板與高頻絕緣材料。普通型氧化鋁陶瓷系按Al2O3含量不同分為99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品種，有時Al2O3含量在80％或75％者也劃為普通氧化鋁陶瓷系列。其中99氧化鋁瓷材料用于制作高溫坩堝、耐火爐管及特殊耐磨材料，如陶瓷軸承、陶瓷密封件及水閥片等；95氧化鋁瓷主要用作耐腐蝕、耐磨部件；85瓷中由于常摻入部分滑石，提高了電性能與機械強度，可與鉬、鈮、鉭等金屬封接，有的用作電真空裝置器件。其制作工藝如下：

　　一、粉體制備：

　　將入廠的氧化鋁粉按照不同的產品要求與不同成型工藝制備成粉體材料。粉體粒度在1μm微米以下，若制造高純氧化鋁陶瓷制品除氧化鋁純度在99.99％外，還需超細粉碎且使其粒徑分布均勻。采用擠壓成型或注射成型時，粉料中需引入粘結劑與可塑劑，一般為重量比在10-30％的熱塑性塑膠或樹脂？有機粘結劑應與氧化鋁粉體在150-200℃溫度下均勻混合，以利于成型操作。采用熱壓工藝成型的粉體原料則不需加入粘結劑。若采用半自動或全自動干壓成型，對粉體有特別的工藝要求，需要采用噴霧造粒法對粉體進行處理、使其呈現圓球狀，以利于提高粉體流動性便于成型中自動充填模壁。此外，為減少粉料與模壁的摩擦，還需添加1～2％的潤滑劑？如硬脂酸？及粘結劑PVA。

　　欲干壓成型時需對粉體噴霧造粒，其中引入聚乙烯醇作為粘結劑。近年來上海某研究所開發一種水溶性石蠟用作Al2O3噴霧造粒的粘結劑，在加熱情況下有很好的流動性。噴霧造粒后的粉體必須具備流動性好、密度松散，流動角摩擦溫度小于30℃。顆粒級配比理想等條件，以獲得較大素坯密度。

　　二、成型方法：

　　氧化鋁陶瓷制品成型方法有干壓、注漿、擠壓、冷等靜壓、注射、流延、熱壓與熱等靜壓成型等多種方法。近幾年來國內外又開發出壓濾成型、直接凝固注模成型、凝膠注成型、離心注漿成型與固體自由成型等成型技術方法。不同的產品形狀、尺寸、復雜造型與精度的產品需要不同的成型方法。摘其常用成型介紹：

　　1干壓成型：氧化鋁陶瓷干壓成型技術僅限于形狀單純且內壁厚度超過1mm，長度與直徑之比不大于4∶1的物件。成型方法有單軸向或雙向。壓機有液壓式、機械式兩種，可呈半自動或全自動成型方式。壓機最大壓力為200Mpa.產量每分鐘可達15～50件。由于液壓式壓機沖程壓力均勻，故在粉料充填有差異時壓制件高度不同。而機械式壓機施加壓力大小因粉體充填多少而變化，易導致燒結后尺寸收縮產生差異，影響產品質量。因此干壓過程中粉體顆粒均勻分布對模具充填非常重要。充填量準確與否對制造的氧化鋁陶瓷零件尺寸精度控制影響很大。粉體顆粒以大于60μm、介于60～200目之間可獲最大自由流動效果，取得最好壓力成型效果。

　　2注漿成型法：注漿成型是氧化鋁陶瓷使用最早的成型方法。由于采用石膏模、成本低且易于成型大尺寸、外形復雜的部件。注漿成型的關鍵是氧化鋁漿料的制備。通常以水為熔劑介質，再加入解膠劑與粘結劑，充分研磨之后排氣，然后倒注入石膏模內。由于石膏模毛細管對水分的吸附，漿料遂固化在模內。空心注漿時，在模壁吸附漿料達要求厚度時，還需將多余漿料倒出。為減少坯體收縮量、應盡量使用高濃度漿料。

　　氧化鋁陶瓷漿料中還需加入有機添加劑以使料漿顆粒表面形成雙電層使料漿穩定懸浮不沉淀。此外還需加入乙烯醇、甲基纖維素、海藻酸胺等粘結劑及聚丙烯胺、阿拉伯樹膠等分散劑，目的均在于使漿料適宜注漿成型操作。

　　三、燒成技術：

　　將顆粒狀陶瓷坯體致密化并形成固體材料的技術方法叫燒結。燒結即將坯體內顆粒間空洞排除，將少量氣體及雜質有機物排除，使顆粒之間相互生長結合，形成新的物質的方法。

　　燒成使用的加熱裝置最廣泛使用電爐。除了常壓燒結？即無壓燒結外，還有熱壓燒結及熱等靜壓燒結等。連續熱壓燒結雖然提高產量，但設備和模具費用太高，此外由于屬軸向受熱，制品長度受到限制。熱等靜壓燒成采用高溫高壓氣體作壓力傳遞介質，具有各向均勻受熱之優點，很適合形狀復雜制品的燒結。由于結構均勻，材料性能比冷壓燒結提高30～50％。比一般熱壓燒結提高10～15％。因此，目前一些高附加值氧化鋁陶瓷產品或國防軍工需用的特殊零部件、如陶瓷軸承、反射鏡、核燃料及槍管等制品、場采用熱等靜壓燒成方法。

此外，微波燒結法、電弧等離子燒結法、自蔓延燒結技術亦正在開發研究中。

　　四、精加工與封裝工序：

　　有些氧化鋁陶瓷材料在完成燒結后，尚需進行精加工。如可用作人工骨的制品要求表面有很高的光潔度、如鏡面一樣，以增加潤滑性。由于氧化鋁陶瓷材料硬度較高，需用更硬的研磨拋光磚材料對其作精加工。如SiC、B4C或金剛鉆等。通常采用由粗到細磨料逐級磨削，最終表面拋光。一般可采用＜1μm微米的Al2O3微粉或金剛鉆膏進行研磨拋光。此外激光加工及超聲波加工研磨及拋光的方法亦可采用。有些氧化鋁陶瓷零件需與其它材料作封裝處理。

　　氧化鋁陶瓷強化工藝

　　為了增強氧化鋁陶瓷，顯著提高其力學強度，國外新推一種氧化鋁陶瓷強化工藝。該工藝新穎簡單，所采取的技術手段是在氧化鋁陶瓷表面，采用電子射線真空鍍膜、濺射真空鍍膜或化學氣相蒸鍍方法，鍍上一層硅化合物薄膜，在1200℃～1580℃的加熱處理，使氧化鋁陶瓷鋼化。

　　經強化的氧化鋁陶瓷的力學強度可在原基礎上大幅度增長，獲得具有超高強度的氧化鋁陶瓷。


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