Technologie de frittage à basse température de la céramique d'alumine

À l'heure actuelle, la technologie de frittage à basse température de diverses céramiques d'alumine peut être résumée en trois aspects: le traitement des matières premières, la conception de la formule et le processus de frittage. Les éléments suivants sont respectivement résumés.

1. En réduisant la taille des particules de la poudre d'alumine et en augmentant l'activité de la poudre, la température de frittage du corps en porcelaine peut être réduite.

La poudre a une énergie libre de surface plus élevée.L'énergie de surface de la poudre est la force motrice interne du frittage.Par conséquent, plus les particules de poudre d'Al2O3 sont fines, plus le degré d'activation est élevé, plus la poudre est frittée facilement et plus le Dans la technologie de frittage à basse température des céramiques d'alumine, c'est l'un des moyens importants d'utiliser de la poudre d'alumine à haute activité comme matière première, de sorte que la technologie de préparation de poudre devient un lien de base dans la technologie de frittage à basse température de la céramique.

À l'heure actuelle, les méthodes de préparation de poudre d'alumine ultra-fine activée facilement frittée sont divisées en deux catégories, l'une est la méthode mécanique, l'autre est la méthode chimique.

Méthode mécanique

La particule Al2O3 est raffinée par une force mécanique externe. La technologie de broyage couramment utilisée comprend le broyage à billes, le broyage par vibration, le broyage au sable, le broyage à flux d'air, etc. taille de la poudre à environ 1 m ou un peu plus fin. De plus, il a une large plage de distribution granulométrique et est facile à introduire des impuretés.

Méthode chimique

Ces dernières années, la production de poudre d'Al2O3 ultrafine et de haute pureté par la méthode chimique humide s'est développée rapidement, parmi lesquelles la méthode sol-gel est plus mature.En raison de la stabilité élevée du sol, une variété d'ions métalliques peuvent être uniformément et stables. distribué dans le colloïde, par une déshydratation supplémentaire pour former un gel uniforme (corps amorphe), puis après un traitement approprié, on peut obtenir une activité extrêmement élevée de poudre ultrafine d'oxyde mixte ou de solution solide uniforme.

2. Réduisez la température de frittage du corps en porcelaine grâce à la conception et au dopage de la formule du matériau en porcelaine

La température de frittage des céramiques d'alumine est principalement déterminée par la teneur en alumine dans sa composition chimique. Plus la teneur en alumine est élevée, plus la température de frittage des matériaux en porcelaine sera élevée. En outre, il est également lié au système de composition des matériaux en porcelaine, au rapport de composition et aux espèces ajoutées.Par conséquent, dans le but de garantir que le corps en céramique peut répondre à l'objectif et aux exigences techniques du produit, nous pouvons choisir un système de matériau céramique grâce à la conception de la formule, et ajouter des additifs appropriés pour aider à la cuisson, afin de réduire la température de frittage des céramiques d'alumine autant que possible.

À l'heure actuelle, les additifs ajoutés dans la conception de la formulation peuvent être divisés en deux catégories selon leur mécanisme différent de promotion du frittage de la céramique d'alumine, à savoir les additifs formant une nouvelle phase ou solution solide et les additifs formant une phase liquide.

Première catégorie: additifs formant une nouvelle phase ou solution solide avec de l'alumine

De tels additifs sont des oxydes proches des constantes de réseau de l'alumine, tels que TiO2, Cr2O3, fe2O3, MnO2, etc. Ce type d'additif favorise le frittage de la porcelaine d'alumine avec une certaine régularité:

A. Les additifs qui peuvent former une solution solide finie avec de l'alumine ont un effet de refroidissement plus grand que ceux qui forment une solution solide continue;

B. Les additifs d'ion à valence variable ont un effet plus important que les additifs à valence constante;

C. Les additifs cationiques à prix élevé de l'électricité ont un plus grand effet de refroidissement.

Il est à noter que du fait que ce type d'additif est fritté en l'absence de phase liquide (frittage de recristallisation), les pores du cristal sont difficiles à remplir, l'étanchéité à l'air est mauvaise et les propriétés électriques diminuent davantage, ce qui doit être pris en compte dans la conception de la formulation.

Le deuxième type: l'additif qui forme la phase liquide lors de la cuisson

Les composants chimiques de ce type d'additif sont principalement SiO2, CaO, MgO, SrO, BaO, etc. Ils peuvent former des substances eutectiques binaires, ternaires ou multiples avec d'autres composants dans le processus de cuisson. à la basse température de formation de la phase liquide.Lorsqu'une quantité considérable (environ 12%) de la phase liquide apparaît, les particules solides ont une certaine solubilité dans la phase liquide et les particules solides peuvent être mouillées par la phase liquide, la promotion de le frittage est également plus important. Le mécanisme d'action réside dans la force de mouillage et la tension superficielle de la phase liquide à la surface de la phase solide, qui rapprochent et remplissent les pores des particules solides.

De plus, en raison de la forte activité de surface des cristaux fins et défectueux dans le processus de frittage, la solubilité dans la phase liquide est beaucoup plus grande que celle des gros cristaux De cette manière, dans le processus de frittage, les petits et moyens cristaux croître continuellement, les pores diminuent et la recristallisation se produit.Afin d'éviter une croissance excessive des grains due à la recristallisation et d'affecter les propriétés mécaniques des céramiques, il est nécessaire de sélectionner certains additifs qui n'ont aucun effet sur, voire inhibent la croissance des grains dans la conception de la formule, comme comme MgO, CuO et NiO.

3. Adoptez un processus de frittage spécial pour réduire la température de frittage du corps en porcelaine

Dans le processus de frittage par pressage à chaud, lorsque le corps cru est chauffé et mis sous pression en même temps, le frittage n'est pas seulement complété par la diffusion et le transfert de masse. A cette époque, l'écoulement plastique joue un rôle important. La température de frittage du corps vert sera bien inférieure à celle du frittage atmosphérique, le frittage par pressage à chaud est donc l'une des technologies importantes pour réduire la température de frittage des céramiques Al2O3.

À l'heure actuelle, il existe deux types de méthodes de frittage par pressage à chaud: le frittage sous pression et le frittage par pressage isostatique à haute température (HIP) .La méthode HIP peut rendre le corps soumis à une pression isotrope et la microstructure de la céramique est plus uniforme que la méthode de frittage sous pression.

Dans le cas de la porcelaine d'alumine, si le frittage ordinaire sous pression normale doit être brûlé à une température élevée au-dessus de 1800 ℃, le frittage sous pression à chaud à 20MPa, à une basse température autour de 1000 ℃ a été densifié.La technologie de frittage par pressage à chaud peut non seulement réduire considérablement la température de frittage des céramiques d'alumine, mais également inhiber la croissance des grains et obtenir des céramiques d'alumine denses à haute résistance microcristalline, particulièrement adaptées au frittage de céramiques d'alumine transparentes et de céramiques de corindon.En outre, le processus de frittage de l'alumine est lié à la vitesse de diffusion des anions, et l'atmosphère de réduction est propice à l'augmentation de la vacance anionique, ce qui peut favoriser le processus de frittage.Par conséquent, le frittage sous vide et le frittage sous atmosphère d'hydrogène sont des moyens auxiliaires efficaces pour réaliser le frittage à basse température des céramiques d'alumine.

Dans le processus de production proprement dit, afin d'obtenir les meilleurs avantages économiques globaux, les techniques de cuisson à basse température mentionnées ci-dessus sont souvent utilisées en coopération les unes avec les autres, parmi lesquelles la méthode d'ajout d'additifs pour la cuisson présente les caractéristiques de faible coût, bon et procédé simple et pratique par rapport à d'autres méthodes.Il est largement utilisé dans la production de porcelaine d'aluminium, de porcelaine d'alumine et de porcelaine de corindon.

De plus, du point de vue des matériaux, grâce à la technologie de modification du dopage, les propriétés mécaniques et électriques des céramiques d'alumine peuvent être grandement améliorées, et le corps en céramique à faible teneur en alumine peut remplacer le corps en céramique à haute teneur en alumine, ce qui est également un moyens techniques couramment utilisés par les entreprises pour réduire la température de frittage des produits en céramique d'alumine.