Tecnologia de Sinterização de Baixa Temperatura de Cerâmica de Alumina

Atualmente, a tecnologia de sinterização de baixa temperatura de várias cerâmicas de alumina pode ser resumida em três aspectos: processamento de matéria-prima, design de fórmula e processo de sinterização. A seguir estão resumidos respectivamente.

1. Ao reduzir o tamanho das partículas do pó de alumina e aumentar a atividade do pó, a temperatura de sinterização do corpo de porcelana pode ser reduzida.

O pó tem maior energia livre de superfície. A energia de superfície do pó é a força motriz interna da sinterização. Portanto, quanto mais finas as partículas de pó de Al2O3, maior o grau de ativação, mais fácil o pó é sinterizado e menor o A temperatura de sinterização é. Na tecnologia de sinterização a baixa temperatura de cerâmica de alumina, é um dos meios importantes para usar pó de alumina de alta atividade como matéria-prima, então a tecnologia de preparação de pó torna-se um elo básico na tecnologia de sinterização de baixa temperatura de cerâmica.

Atualmente, os métodos de preparação de pó de alumina facilmente sinterizada de ativação ultrafina são divididos em duas categorias, uma é o método mecânico e a outra é o método químico.

Método mecânico

A partícula de Al2O3 é refinada por força mecânica externa. A tecnologia de britagem comumente usada inclui moagem de bola, moagem de vibração, moagem de areia, moagem de fluxo de ar e assim por diante. Embora seja eficaz para aumentar a área de superfície específica do pó por meio de britagem mecânica, geralmente só é capaz de reduzir a partícula média tamanho do pó para cerca de 1 m ou um pouco mais fino. Além disso, tem uma ampla faixa de distribuição de tamanho de partícula e é fácil de trazer impurezas.

Método químico

Nos últimos anos, a produção de pó de Al2O3 ultrafino e de alta pureza pelo método de química úmida se desenvolveu rapidamente, entre os quais o método sol-gel é mais maduro. Devido à alta estabilidade do sol, uma variedade de íons metálicos pode ser uniforme e estável distribuído no colóide, por meio de desidratação adicional para formar um gel uniforme (corpo amorfo), e então após o tratamento adequado pode ser obtida atividade extremamente elevada de pó ultrafino de óxido misto ou solução sólida uniforme.

2. Reduzir a temperatura de sinterização do corpo de porcelana através do design e dopagem da fórmula do material de porcelana

A temperatura de sinterização de cerâmicas de alumina é determinada principalmente pelo teor de alumina em sua composição química. Quanto maior for o teor de alumina, maior será a temperatura de sinterização dos materiais de porcelana. Além disso, também está relacionado ao sistema de composição dos materiais de porcelana, à relação de composição e às espécies adicionadas. Portanto, na premissa de garantir que o corpo cerâmico atenda à finalidade e aos requisitos técnicos do produto, podemos escolher um razoável sistema de material cerâmico através do desenho da fórmula, e adicionar aditivos apropriados para ajudar na queima, de modo a reduzir a temperatura de sinterização da cerâmica de alumina tanto quanto possível.

Atualmente, os aditivos adicionados no projeto da formulação podem ser divididos em duas categorias de acordo com seus diferentes mecanismos de promoção da sinterização de cerâmica de alumina, a saber, os aditivos que formam a nova fase ou solução sólida e os aditivos que formam a fase líquida.

Primeira categoria: aditivos formando nova fase ou solução sólida com alumina

Esses aditivos são óxidos próximos às constantes de rede da alumina, como TiO2, Cr2O3, fe2O3, MnO2, etc. Este tipo de aditivo promove a sinterização da porcelana de alumina com certa regularidade:

A. Os aditivos que podem formar uma solução sólida finita com alumina têm um efeito de resfriamento maior do que aqueles que formam uma solução sólida contínua;

B. Os aditivos de íon de valência variável têm um efeito maior do que os aditivos de valência constante;

C. Os aditivos catiônicos com alto preço de eletricidade têm um maior efeito de resfriamento.

Deve-se notar que, como este tipo de aditivo é sinterizado na ausência de fase líquida (sinterização de recristalização), os poros no cristal são difíceis de preencher, a estanqueidade é pobre e as propriedades elétricas diminuem mais, o que deve ser levado em consideração em consideração no desenho da formulação.

O segundo tipo: o aditivo que forma a fase líquida na queima

Os componentes químicos deste tipo de aditivo são principalmente SiO2, CaO, MgO, SrO, BaO, etc. Eles podem formar substâncias binárias, ternárias ou eutéticas múltiplas com outros componentes no processo de queima. A temperatura de sinterização da cerâmica de alumina é bastante reduzida devido à baixa temperatura de formação da fase líquida. Quando uma quantidade considerável (cerca de 12%) da fase líquida aparece, as partículas sólidas têm uma certa solubilidade na fase líquida e as partículas sólidas podem ser umedecidas pela fase líquida, a promoção de a sinterização também é mais significativa. O mecanismo de ação reside na força de umedecimento e na tensão superficial da fase líquida sobre a superfície da fase sólida, que aproxima as partículas sólidas e preenche os poros.

Além disso, devido à alta atividade superficial dos cristais finos e defeituosos no processo de sinterização, a solubilidade na fase líquida é muito maior do que a dos cristais grandes. Desta forma, no processo de sinterização, os cristais pequenos e médios crescem continuamente, os poros diminuem e ocorre a recristalização. Para evitar o crescimento excessivo de grãos devido à recristalização e afetar as propriedades mecânicas da cerâmica, é necessário selecionar alguns aditivos que não têm efeito ou mesmo inibem o crescimento de grãos no design da fórmula, como MgO, CuO e NiO.

3. Adote um processo especial de sinterização para reduzir a temperatura de sinterização do corpo de porcelana

No processo de sinterização por prensagem a quente, quando o corpo verde é aquecido e pressurizado ao mesmo tempo, a sinterização não é completada apenas por difusão e transferência de massa. Neste momento, o fluxo de plástico desempenha um papel importante. A temperatura de sinterização do corpo verde será muito mais baixa do que a sinterização atmosférica, portanto, a sinterização por prensagem a quente é uma das tecnologias importantes para reduzir a temperatura de sinterização de cerâmicas Al2O3.

Atualmente, existem dois tipos de métodos de sinterização por prensagem a quente: sinterização por pressão e sinterização por prensagem isostática de alta temperatura (HIP). O método HIP pode fazer o corpo sujeito a pressão isotrópica, e a microestrutura da cerâmica é mais uniforme do que o método de sinterização por pressão.

No caso de porcelana de alumina, se a sinterização comum sob pressão normal deve ser queimada a uma temperatura alta acima de 1800 ℃, a sinterização de pressão a quente a 20MPa, a uma temperatura baixa em torno de 1000 ℃ foi densificada. A tecnologia de sinterização de prensagem quente não pode apenas reduzir significativamente a temperatura de sinterização de cerâmicas de alumina, mas também inibir o crescimento de grãos e obter cerâmicas de alumina densa com microcristalina de alta resistência, especialmente adequadas para a sinterização de cerâmicas de alumina transparente e cerâmicas de corindo. Além disso, o processo de sinterização de alumina está relacionado à taxa de difusão de ânions, e a atmosfera de redução é propícia ao aumento da vacância de ânions, o que pode promover o processo de sinterização. Portanto, a sinterização a vácuo e a sinterização com atmosfera de hidrogênio são meios auxiliares eficazes para realizar a sinterização a baixa temperatura de cerâmicas de alumina.

No processo de produção real, a fim de obter os melhores benefícios econômicos abrangentes, as técnicas de baixa queima mencionadas acima são frequentemente utilizadas em cooperação entre si, entre as quais o método de adição de aditivos para queima tem as características de baixo custo e bom efeito e processo simples e prático em comparação com outros métodos. É amplamente utilizado na produção de porcelana de alumínio, porcelana de alumina e porcelana de corindo.

Além disso, do ponto de vista dos materiais, por meio da tecnologia de modificação de dopagem, as propriedades mecânicas e elétricas da cerâmica de alumina podem ser muito melhoradas, e o corpo de cerâmica com baixo teor de alumina pode substituir o corpo de cerâmica com alto teor de alumina, o que também é eficaz meios técnicos comumente usados ​​pelas empresas para reduzir a temperatura de sinterização de produtos cerâmicos de alumina.