一种氧化铝陶瓷烧结方法及其得到的氧化铝陶瓷

本发明属于陶瓷制备领域，具体是涉及一种氧化铝陶瓷烧结方法及其得到的氧化铝陶瓷。

背景技术：

1、氧化铝陶瓷是氧化物陶瓷中应用最广、用途最宽、产量最大的陶瓷材料，因其较好的硬度、热稳定性与绝缘性能等众多特性，作为力学、化学、电学等特种材料得以广泛应用。

2、由于氧化铝晶体熔点高(2050℃)，阳离子电荷多、半径小、离子键强的特点，导致其晶格能比较大，扩散系数较低，高温产生的液相极少，因而其烧结主要靠氧化铝晶体的再结晶来完成，从而使得氧化铝陶瓷的烧结温度普遍较高。纯氧化铝陶瓷固相烧结，烧结温度高达1650～1990℃。实际生产过程中，85氧化铝陶瓷的烧成温度约为1500～1550℃，90氧化铝陶瓷的烧成温度一般在1550～1600℃，95氧化铝陶瓷的烧成温度为1600～1650℃，99氧化铝陶瓷的烧结温度高达1800℃。这增加了生产能耗，同时对工艺设备要求高，从而使生产成本居高不下，极大地制约了氧化铝陶瓷的生产和应用，目前，我国氧化铝陶瓷产品烧成方面的费用约占总成本的20％～30％，因而降低氧化铝陶瓷的烧结温度是迫切需要解决的问题。

3、目前，国内外对于降低氧化铝陶瓷烧结温度方面的研究较多，归纳起来主要是以下三个方面：

4、(1)提高原料粉体的细度和活性。这种方法是基于表面张力作用原理，采用粒度小、比表面积大、表面活性高的氧化铝细晶为原料，可以显著降低氧化铝陶瓷的烧结温度。但是，这种方法生产成本高、粉体产率低、颗粒的形状与尺寸难以调控，且粒度越小则颗粒团聚越严重的现象，已经成为一个无法避免的难题；

5、(2)采用特殊的烧结工艺。目前采用的低温烧结工艺包括热压烧结、热等静压烧结、微波加热烧结、微波等离子体烧结以及放电等离子体烧结等，可以起到降低烧结温度的作用。但是，这种改进方法能耗高，对设备、技术都有很严格的要求，实用性比较低；

6、(3)添加烧结助剂。采用不同的设计配方，在原料中引入不同的添加剂，通过形成固溶体、形成低共熔物、形成液相、形成新相等作用机理，实现氧化铝陶瓷的高温烧结。与前两种改进方法相比，使用添加剂因其成本低、操作性强，成为最贴近工业化低温烧结氧化铝陶瓷的途径。

7、然而，在使用烧结助剂降低陶瓷烧结温度的同时，会对其他方面的性能产生不利影响。例如，通过固溶体机理降低烧结温度，在提高致密度和强度的同时，不可避免地会降低材料的韧性和其他性能，对材料的综合性能产生不利的影响；cao的加入会降低材料的抗腐蚀性。另外，许多添加剂已在实验室证明能显著地降低烧结温度，但是工业生产与实验室的条件差异巨大，设备、技术要求等的限制阻碍了其工业化应用。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是克服现有技术中氧化铝陶瓷烧结温度过高的问题，通过添加氧化铝前驱体作为烧结助剂，降低氧化铝陶瓷的烧结温度，同时解决氧化铝陶瓷脆性大等问题，提高氧化铝陶瓷韧性，从而使产品密度和硬度一致性达到最优，且避免异质相材料的生成，工艺简便，可以有效降低生产成本，适用于工业化生产。

2、本发明的内容包括一种氧化铝陶瓷烧结方法，包括以下步骤：

3、s1、将氧化铝粉体、氧化铝前驱体和粘合剂球磨混合得到浆料，然后干燥、粉碎、过筛，得到陶瓷粉体；

4、s2、将陶瓷粉体通过干压成型得到陶瓷坯体；

5、s3、将陶瓷坯体通过烧结得到氧化铝陶瓷成品；

6、氧化铝前驱体的成分包括异丙醇铝。

7、更进一步地，氧化铝前驱体与氧化铝粉体的质量比为(1～3)：50。

8、更进一步地，粘合剂为阿拉伯树胶。

9、更进一步地，阿拉伯树胶与氧化铝粉体的质量比为3:100。

10、更进一步地，还包括在球磨时加入去离子水，去离子水与氧化铝粉体的质量比为(5～1)：1。

11、更进一步地，还包括在球磨时按照球料比(1～4)：1加入氧化铝磨球，球磨的转速为150～300rpm。

12、更进一步地，干燥时的温度为60～100℃，时间为8～12h。

13、更进一步地，干压成型的压力值为20～200kn。

14、更进一步地，烧结的温度为1200～1500℃，保温时间为12～14h，气氛为空气。

15、一种氧化铝陶瓷，通过上述任一项的氧化铝陶瓷烧结方法制备得到。

16、本发明的有益效果：

17、本发明通过采用主要成分为异丙醇铝的氧化铝前驱体作为烧结助剂，具有高纯度、高分散和热稳定性等特性，异丙醇铝溶解后加入乙醇溶剂，得到氧化铝前驱体溶液，氧化铝前驱体在460～480℃下发生分解，由有机相转化为无机氧化铝刚玉相，在高温烧结时，氧化铝前驱体为液相，在高温作用下氧化铝前驱体中的铝元素向氧化铝陶瓷内部扩散，氧化铝前驱体液相弥散分布或吸附于陶瓷颗粒表面孔隙与陶瓷颗粒内部，使得陶瓷颗粒表面可以立即产生液相并互相粘连，充分利用氧化铝前驱体液相扩散与转化增大陶瓷颗粒间粘连的正效应，从而有效降低烧结温度，同时，氧化铝前驱体的分解成氧化铝，可以避免引入其他异质相导致对材料产生不利影响，满足氧化铝陶瓷的纯度要求，获得综合性能优良的氧化铝陶瓷。

18、本发明的烧结方法工艺简便，原料成本低，烧结温度低，可以有效降低生产成本，提高生产氧化铝陶瓷的经济效益，适用于工业化生产，有利于实现节能减排，制得的氧化铝陶瓷的密度为3.65～3.75g/cm3，室温下抗弯强度为350～370mpa，维氏硬度在1200～1300，综合性能优良，满足使用需求。

19、本发明在烧结前通过干压成型制备陶瓷坯体，可以根据需求选用不同形状与规格的模具以获得不同形状与规格的样品生坯，产品具有多样性。

20、本发明适用于氧化铝陶瓷水暖阀片的应用。

技术特征：

1.一种氧化铝陶瓷烧结方法，其特征是，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的氧化铝陶瓷烧结方法，其特征是，在步骤s1中，所述氧化铝前驱体与所述氧化铝粉体的质量比为(1～3)：50。

3.如权利要求1所述的氧化铝陶瓷烧结方法，其特征是，在步骤s1中，所述粘合剂为阿拉伯树胶。

4.如权利要求4所述的氧化铝陶瓷烧结方法，其特征是，在步骤s1中，所述阿拉伯树胶与所述氧化铝粉体的质量比为3:100。

5.如权利要求1所述的氧化铝陶瓷烧结方法，其特征是，在步骤s1中，在所述球磨时加入去离子水，所述去离子水与所述氧化铝粉体的质量比为(5～1)：1。

6.如权利要求1所述的氧化铝陶瓷烧结方法，其特征是，在步骤s1中，在所述球磨时按照球料比(1～4)：1加入氧化铝磨球，转速为150～300rpm。

7.如权利要求1所述的氧化铝陶瓷烧结方法，其特征是，在步骤s1中，所述干燥时的温度为60～100℃，时间为8～12h。

8.如权利要求1所述的氧化铝陶瓷烧结方法，其特征是，在步骤s2中，所述干压成型的压力值为20～200kn。

9.如权利要求1所述的氧化铝陶瓷烧结方法，其特征是，在步骤s3中，所述烧结的温度为1200～1500℃，保温时间为12～14h，气氛为空气。

10.一种氧化铝陶瓷，其特征是，通过如权利要求1-9中任一项所述的氧化铝陶瓷烧结方法制备得到。

技术总结本发明公开了一种氧化铝陶瓷烧结方法及其得到的氧化铝陶瓷，属于陶瓷制备领域。包括：S1、将氧化铝粉体、氧化铝前驱体和粘合剂球磨混合得到浆料，然后干燥、粉碎、过筛，得到陶瓷粉体；S2、将所述陶瓷粉体通过干压成型得到陶瓷坯体；S3、将所述陶瓷坯体通过烧结得到氧化铝陶瓷成品；所述氧化铝前驱体的成分包括异丙醇铝。本发明通过添加氧化铝前驱体作为烧结助剂，有效降低氧化铝陶瓷的烧结温度，同时解决氧化铝陶瓷脆性大等问题，提高氧化铝陶瓷韧性，从而使产品密度和硬度一致性达到最优，且避免异质相材料的生成，工艺简便，可以有效降低生产成本，适用于工业化生产。技术研发人员：文瑾,罗飞,田修营,钟洪彬,朱凌,曹建辉受保护的技术使用者：湖南人文科技学院技术研发日：技术公布日：2024/6/18