Tecnología de sinterización a baja temperatura de cerámica de alúmina

En la actualidad, la tecnología de sinterización a baja temperatura de varias cerámicas de alúmina se puede resumir en tres aspectos: procesamiento de materias primas, diseño de fórmulas y proceso de sinterización. Los siguientes se resumen respectivamente.

1. Al reducir el tamaño de partícula del polvo de alúmina y aumentar la actividad del polvo, se puede reducir la temperatura de sinterización del cuerpo de porcelana.

El polvo tiene mayor energía libre de superficie. La energía de superficie del polvo es la fuerza impulsora interna de la sinterización. Por lo tanto, cuanto más finas son las partículas de polvo de Al2O3, cuanto mayor es el grado de activación, más fácil es sinterizar el polvo y menor La temperatura de sinterización es En la tecnología de sinterización de baja temperatura de las cerámicas de alúmina, es uno de los medios importantes para utilizar polvo de alúmina de alta actividad como materia prima, por lo que la tecnología de preparación de polvo se convierte en un eslabón básico en la tecnología de sinterización de baja temperatura de las cerámicas.

En la actualidad, los métodos de preparación de polvo de alúmina fácilmente sinterizada activada ultrafina se dividen en dos categorías, una es método mecánico y la otra es método químico.

Metodo mecanico

La partícula de Al2O3 se refina mediante fuerza mecánica externa. La tecnología de trituración comúnmente utilizada incluye trituración de bolas, trituración por vibración, trituración de arena, trituración de flujo de aire, etc. Aunque es eficaz para aumentar la superficie específica del polvo mediante trituración mecánica, generalmente solo es capaz de reducir la partícula promedio tamaño del polvo a aproximadamente 1 mo un poco más fino. Además, tiene un amplio rango de distribución de tamaño de partícula y es fácil de incorporar impurezas.

Método químico

En los últimos años, la producción de polvo de Al2O3 ultrafino y de alta pureza mediante el método químico húmedo se ha desarrollado rápidamente, entre los cuales el método sol-gel es más maduro.Debido a la alta estabilidad del sol, una variedad de iones metálicos puede ser uniforme y estable distribuido en el coloide, mediante una mayor deshidratación para formar un gel uniforme (cuerpo amorfo), y luego, después de un tratamiento adecuado, se puede obtener una actividad extremadamente alta de óxido mixto en polvo ultrafino o solución sólida uniforme.

2. Reducir la temperatura de sinterización del cuerpo de porcelana mediante el diseño y el dopado de la fórmula del material de porcelana

La temperatura de sinterización de las cerámicas de alúmina está determinada principalmente por el contenido de alúmina en su composición química. Cuanto mayor sea el contenido de alúmina, mayor será la temperatura de sinterización de los materiales de porcelana. Además, también está relacionado con el sistema de composición de los materiales porcelánicos, la relación de composición y las especies agregadas, por lo que, con la premisa de asegurar que el cuerpo cerámico pueda cumplir con el propósito y los requisitos técnicos del producto, podemos elegir un precio razonable. sistema de material cerámico a través del diseño de la fórmula, y agregar los aditivos apropiados para ayudar a la cocción, a fin de reducir la temperatura de sinterización de las cerámicas de alúmina en la medida de lo posible.

En la actualidad, los aditivos añadidos en el diseño de la formulación se pueden dividir en dos categorías según su diferente mecanismo de promoción de la sinterización de la cerámica de alúmina, a saber, los aditivos que forman una nueva fase o solución sólida y los aditivos que forman la fase líquida.

Primera categoría: aditivos que forman una nueva fase o solución sólida con alúmina

Dichos aditivos son óxidos próximos a las constantes de celosía de la alúmina, como TiO2, Cr2O3, fe2O3, MnO2, etc. Este tipo de aditivo favorece la sinterización de la porcelana de alúmina con cierta regularidad:

A. Los aditivos que pueden formar solución sólida finita con alúmina tienen un efecto de enfriamiento mayor que los que forman solución sólida continua;

B. Los aditivos de iones de valencia variable tienen un efecto mayor que los aditivos de valencia constante;

C. Los aditivos catiónicos con alto precio de la electricidad tienen un mayor efecto de enfriamiento.

Cabe señalar que debido a que este tipo de aditivo se sinteriza en ausencia de fase líquida (sinterización por recristalización), los poros en el cristal son difíciles de llenar, la estanqueidad al aire es pobre y las propiedades eléctricas disminuyen más, lo que debe tomarse en cuenta en el diseño de la formulación.

El segundo tipo: el aditivo que forma la fase líquida en la cocción.

Los componentes químicos de este tipo de aditivo son principalmente SiO2, CaO, MgO, SrO, BaO, etc. Pueden formar sustancias eutécticas binarias, ternarias o múltiples con otros componentes en el proceso de cocción. La temperatura de sinterización de las cerámicas de alúmina se reduce considerablemente debido a a la baja temperatura de formación de la fase líquida.Cuando aparece una cantidad considerable (alrededor del 12%) de la fase líquida, las partículas sólidas tienen una cierta solubilidad en la fase líquida y las partículas sólidas pueden ser humedecidas por la fase líquida, la promoción de La sinterización también es más significativa. El mecanismo de acción radica en la fuerza de humectación y la tensión superficial de la fase líquida en la superficie de la fase sólida, lo que hace que las partículas sólidas se acerquen y llenen los poros.

Además, debido a la alta actividad superficial de los cristales finos y defectuosos en el proceso de sinterización, la solubilidad en la fase líquida es mucho mayor que la de los cristales grandes, de esta forma, en el proceso de sinterización, los cristales pequeños y medianos crecen continuamente, los poros disminuyen y se produce la recristalización.Para evitar el crecimiento excesivo de granos debido a la recristalización y afectar las propiedades mecánicas de la cerámica, es necesario seleccionar algunos aditivos que no tienen efecto o incluso inhiben el crecimiento de granos en el diseño de la fórmula, como como MgO, CuO y NiO.

3. Adopte un proceso de sinterización especial para reducir la temperatura de sinterización del cuerpo de porcelana

En el proceso de sinterización por prensado en caliente, cuando el cuerpo verde se calienta y presuriza al mismo tiempo, la sinterización no solo se completa mediante difusión y transferencia de masa. En este momento, el flujo de plástico juega un papel importante. La temperatura de sinterización del cuerpo verde será mucho más baja que la sinterización atmosférica, por lo que la sinterización por presión en caliente es una de las tecnologías importantes para reducir la temperatura de sinterización de las cerámicas de Al2O3.

En la actualidad, existen dos tipos de métodos de sinterización por prensado en caliente: sinterización a presión y sinterización por prensado isostático a alta temperatura (HIP). El método HIP puede hacer que el cuerpo se someta a presión isotrópica, y la microestructura de la cerámica es más uniforme que el método de sinterización a presión.

En el caso de la porcelana de alúmina, si la sinterización ordinaria a presión normal debe quemarse a una temperatura alta por encima de 1800 ℃, la sinterización a presión en caliente a 20MPa, a una temperatura baja alrededor de 1000 ℃ se ha densificado.La tecnología de sinterización de prensado en caliente no solo puede reducir significativamente la temperatura de sinterización de las cerámicas de alúmina, pero también inhibe el crecimiento de grano y obtiene cerámicas de alúmina densa con microcristalina de alta resistencia, especialmente adecuada para la sinterización de cerámicas de alúmina transparente y cerámicas de corindón.Además, el proceso de sinterización de alúmina está relacionado con la velocidad de difusión de aniones, y la atmósfera de reducción es propicia para el aumento de la vacancia de aniones, lo que puede promover el proceso de sinterización. Por lo tanto, la sinterización al vacío y la sinterización en atmósfera de hidrógeno son medios auxiliares eficaces para realizar la sinterización a baja temperatura de cerámica de alúmina.

En el proceso de producción real, para obtener los mejores beneficios económicos integrales, las técnicas de baja combustión mencionadas anteriormente se utilizan a menudo en cooperación entre sí, entre las cuales el método de agregar aditivos para la cocción tiene las características de bajo costo, buen efecto y proceso simple y práctico en comparación con otros métodos. Es ampliamente utilizado en la producción de porcelana de aluminio, porcelana de alúmina y porcelana de corindón.

Además, desde la perspectiva de los materiales, a través de la tecnología de modificación del dopaje, las propiedades mecánicas y eléctricas de las cerámicas de alúmina pueden mejorarse en gran medida, y el cuerpo cerámico con bajo contenido de alúmina puede reemplazar el cuerpo cerámico con alto contenido de alúmina, lo cual también es un efectivo Medios técnicos comúnmente utilizados por las empresas para reducir la temperatura de sinterización de productos cerámicos de alúmina.