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        透明陶瓷材料制备要点
        2020-02-27 16:46:40
        透明陶瓷材料制备要点
        (内部资料)
        1. 透光应分成两种:直线透光和漫射(积分)透光,后者是用总透射光来决定的,这是光线通过透明的空心圆桶又从积分球表面反射回来而得。
        2. 陶瓷透光在很大程度上取决于其组成相的折射率之差,差值越大和陶瓷中二次相数量越多,则其透光率越低。
        3. 结晶的多相性,结构特性,晶体的相互排列,晶体尺寸,玻璃相和气孔的存在是严重影响陶瓷透明度的主要因素。
        4. 入射光波长相当于晶体大小的情况下。发生最大的散射,既陶瓷材料必须避免尺寸为0.4-0.8的晶体存在。
        5. 氧化铝的折射率1.76,玻璃相折射率,空气折射率1.0
        6. 气孔体积占3%时,透光率1%,0.3时,透光率10%。
        7. 400瓦钠灯管有最广泛的应用,其发光效率117Im/W,工作6000小时后光通量下降不超过7%,总透光率90-92%。
        8. 烧结纯氧化物粉末时,如果不添加改性剂,甚至在接近于熔点温度下也不能获得高于97-98%理论密度的材料,因为在烧结最后阶段,晶体开始极快的生长而只留下封闭气孔之故。由于剧烈的再结晶,晶体捕获了大量的微小气泡,它们很快进入晶体内部而从晶界处消失。
        9. 添加剂由于生成固溶体而使晶格疏松或导致在晶格中生成空位,强化了烧结。
        10. 添加0.1%MgO的刚玉陶瓷是由正六方晶体组成,没有气孔和夹杂物。清晰的细晶粒主要以120度夹角相交,其理论密度3.98。
        11. 在空气中或惰性气体中烧结不能获得无气孔材料,因为惰性气体残留在气孔中并阻碍其生长。在真空或氢气中烧结氧化物时,伴随产生一些还原过程,即增加了材料的缺陷并从而增加了烧结的速度和完全程度。
        12. 氧化铝的烧成应放在能使阴离子空位浓度提高的氢界质中进行。
        13. 先在1270-1870K氧化气氛下烧结,然后在1870-2220K真空或氢气下烧结。
        14. 多相透光陶瓷的要求是
        (1) 单相并具有理论密度
        (2) 立方晶格及尽可能大的晶体尺寸
        (3) 表面应经过精细的研磨和抛光
        15. γ-Al2O3转变成α-Al2O3伴随体积缩小14.3%,若在氧化铝料中含有γ-Al2O3会导致烧成后制品的气孔率增高和收缩增大。
        16. 原始组分配合料的研磨是重要的工序,可用各种球磨机进行研磨,对研磨的总要求是保证材料的原始纯度和获得一定的分散度。
        17. 因为生成透明陶瓷时要求很高的分散行,这种分散性在一般的球磨机中很难达到。生产透明陶瓷材料时大部分采用振动研磨机
        18. 湿法研磨氧化铝到高度分散时,由于氧化铝的水化作用使其反应能力剧烈增大,当加热到620K时,氢氧化铝分解。
        19. 在等静压法压制瓷件情况下,湿法研磨是极有前途的,可用喷雾干燥来获得压制粉粒。有机粘接剂可引入该浆料中一起喷雾干燥
        20. 酸性泥浆具有较好的铸造性能,可行的PH值范围
             Al2O3    2-4.5和12-14
             ZrO2     1.2-2.5和7.5-9
        21. 一种不需要弹性模的等静压机已问世,它是在用任何方法获得的坯体上浸渍或喷涂一层有机化合物的粘接剂溶液,例如溶于二氯乙烷或水中的聚氯乙烯或胶乳溶液,制品表面干燥后形成一种致密的弹性外皮,此壳可保证制品均匀受压。
        22. 予烧时必须完全去掉有机粘接剂,否则在真空或还原气氛中最后烧成时由于渗碳作用而使瓷件带浅灰色。甚至10ppm的碳由于其高度分散而使瓷件带微黑色,予烧要在氧化气氛下进行。
        23. 瓷件表面加工光洁度,即表面平直度和光滑度取决于陶瓷材料的性能。。陶瓷材料应具有致密、均一的结构和尽可能少的主晶相以外的相。
        24. 高温氧化铝与多种低温变态氧化铝相比具有较小的反应能力,烧结时晶界迁移进行的较慢这样能较完全地除去掉气孔。
        25. 生产透明氧化铝通常采用α-Al2O3,氧化铝原料中γ-Al2O3导致烧结过程中半成品气孔率的提高和烧成件收缩的增大,由此看来,它的存在是不好的。
        26. 在晶粒形状方面应该为圆形。
        27. 制备透明陶瓷应使用高纯氧化铝,在所有加工阶段保持原料的纯度是工艺过程中最重要的要求。采用专用工艺设备,避免配合料中金属和其它杂质的污染,以保持陶瓷配合料的起始纯度。制备好的配合料应保持在关闭的容器中,最好放在聚乙烯容器中。
        28. 最佳氧化镁含量0.1%,最佳值含量低时对透光率的影响比含量高时更严重。第一种情况下,陶瓷中含有较多气孔;第二种情况下,陶瓷将具有细晶粒结构,并含有在烧成过程中不分解的尖晶石。
        29. 不同资料中所指出的原始配料内氧化镁的最佳含量是在较宽的范围内变化(0.05-0.4%)这是因为应用不同的原料,不同的分散度和不同的烧成条件所致。
        30. 作为调节刚玉晶粒长大的添加剂,除氧化镁外,还有氧化镧,氧化钇,氧化锆,它们与氧化镁相比具有较宽的浓度范围,在此范围内,最大透光率保持不变。
        31. 透光性也取决于表面粗糙度,刚玉陶瓷表面粗糙度与氧化铝分散度有关,其粗糙度变化范围1.25-3.25微米,符合5~7级光洁度,经研磨后,刚玉瓷透光率匆0~45%增加到50~60%,而抛光后 又增加捣80%(入射光波长为5微米)
        32. 透明陶瓷对基片的应用与其透明度无关,而与结构有关,既要求不含气孔和其它相,该结构保证基片在研磨时具有高表面光洁度。




        补充:
        1术语"透明陶瓷"的确切定义,目前还不存在。日本学者将这个术语确定为:用无机粉末经过烧结使之具有一定的透明度,当把这抛光的1mm厚的材料放在带有文字的智商,则通过他可以读出字母。相当于在可见光波长,  透过率大于40%。
        2 入射波长越短,陶瓷的折射率越高, 从绝对光滑透明材料表面所产生的反射越大。
        3 烧结是高温下晶体混合物或粉体压制品中所进行的复杂物理-化学过程,在烧结时产生了晶体混合物或压制品的致密化和强固化,外部主要表现为体积变化、密度增大、和气孔率降低。
        4 在烧结细分散氧化物陶瓷时,致密化过程主要由体积扩散决定。体积扩散机理是物质在整个颗粒容积内依靠空位定向迁移。空位扩散的驱动力是体积内各点上空位浓度的不同(浓度梯度)
        5 如果气孔分布在晶界上,则致密过程得以充分的速度进行,但是如果气孔在晶粒内,烧结过程就会大大减慢。而晶粒内气孔的形成,也就是封闭气孔,主要与激烈再结晶有关。所以要避免激烈再结晶。
        6 当烧结材料中存在杂质与基体形成固溶体或在晶界上形成第二相时,再结晶程度就会大大减小。
        7 添加剂由于生成固溶体而使晶格疏松或导致在晶格中生成自由的(空位)结点,这些添加剂强化了晶体粉末的烧结。
        8 引入的添加剂将在主要材料的境界上生成高浓度是固溶体,能阻止最后烧结阶段晶体的生长并仅残留封闭气孔。该过程缩短了空位从气孔到晶界的路径,形成空位通道,
        9 要使用与主要烧结氧化物阳离子原子价态不同的阳离子作为添加剂,以及在真空或者氢气气氛中烧结,能促进胚体的除气和增大结构的缺陷性。
        10 在氧介质中加热氧化物时,阴离子空位减少,阳离子数目增多
            在氢气介质中加热,则引起阳离子空位减少,阴离子数目增多。
        11 在加热过程中,必须保证均匀加热瓷件的整个体积,减慢晶体生长已达到完全除掉晶体中气孔并制得一定尺寸的晶粒。
        12 机械混合硫酸盐、碳酸盐、草酸盐,随后进行粉末热分解,是众所周知的方法。瞬间分解形成的氧化物具有高度的缺陷性、较大的结构电子迁移率和高度的反应能力。
        13 决定透明陶瓷的基本因素
        1) 多相性--晶界要薄
        2) 各相异性--尽可能选择立方结构的材料
        3) 晶体尺寸--当入射光波长等于晶粒尺寸时,则产生最大是光吸收。因而要提高透明氧化物陶瓷的透过率,如透过波长为0.3-9微米,则材料的晶体尺寸处于上述尺寸的极限之外才能实现。
        4) 气孔率--不惜一切代价降低气孔率,达到理论密度
        5) 表面加工光洁度

        14 在研制任意一种透明陶瓷材料时,其最终目的实际上是使陶瓷材料不含气孔。利用原材料合适的颗粒组成、添加剂的形式和数量、烧成的规范和条件来控制显微结构。
        15 在半干压(包括等静压)时粉料应该具有良好的松散性、流动性和最大的颗粒填装密度,颗粒本身也应具有一定的密度。
        16 用于等静压成型的粉料,最好采用喷雾干燥。
        17 在生产透明陶瓷制品中通常规定两次煅烧。第一次煅烧叫做预烧,在较低温度下进行(1370-1570K),以便去除有机粘结剂。一定要走专用的陶瓷耐火器具中。比如氧化铝胚体放在填有氧化铝粉体的匣钵中。预烧在氧化性气氛下进行。

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