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燒結(jié)助劑
燒結(jié)助劑又稱(chēng)助燒劑,陶瓷燒結(jié)過(guò)程中加入的促進(jìn)燒結(jié)致密化的氧化物或非氧化物。
加入燒結(jié)助劑的作用 (1)與燒結(jié)物形成固溶體。當(dāng)燒結(jié)助劑能與燒結(jié)物形成固溶體時(shí),將使晶格畸變而得到活化。故可降低燒結(jié)溫度,使擴(kuò)散和燒結(jié)速度增大,這對(duì)于形成缺位型或填隙型固溶體尤為強(qiáng)烈。因此,對(duì)于擴(kuò)散機(jī)理起控制作用的高溫氧化物燒結(jié)過(guò)程,選擇與燒結(jié)物陽(yáng)離子半徑相近但電價(jià)不同的燒結(jié)助劑以形成缺位型固溶體;或是選用半徑較小的陽(yáng)離子以形成填隙型固溶體通常會(huì)有助于燒結(jié)。(2)阻止晶型轉(zhuǎn)變。有些氧化物在燒結(jié)時(shí)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變并伴有較大體積效應(yīng),這就會(huì)使燒結(jié)致密化發(fā)生困難,并容易引起坯體開(kāi)裂。這時(shí)若能選用適宜的燒結(jié)助劑加以抑制,即可促進(jìn)燒結(jié)。Zr02燒結(jié)時(shí)添加一定量的CaO、MgO就屬于這一機(jī)理。在1200℃左右,穩(wěn)定的單斜Zr02轉(zhuǎn)變成四方ZrOz并伴有約10%的體積收縮,使制品穩(wěn)定性變壞。引入電價(jià)比Zr4+低的Ca2+(或Mg抖),可形成立方型的Zr1-xCaxO2穩(wěn)定固溶體。這樣既防止了制品開(kāi)裂,又增加了晶體中空位濃度使燒結(jié)加速。(3)抑制晶粒長(zhǎng)大。由于燒結(jié)后期晶粒長(zhǎng)大,對(duì)燒結(jié)致密化有重要作用。但若二次再結(jié)晶或間斷性晶粒長(zhǎng)大過(guò)快,又會(huì)因晶粒變粗、晶界變寬而出現(xiàn)反致密化現(xiàn)象并影響制品的顯微織構(gòu)。這時(shí),可通過(guò)加入能抑制晶粒異常長(zhǎng)大的燒結(jié)助劑,來(lái)促進(jìn)致密化進(jìn)程。例如上面提及的在Al2O3中加入少量MgO就有這種作用。此時(shí),MgO與Al2O3形成的鎂鋁尖晶石分布于Al2O3顆粒之間,抑制了晶粒長(zhǎng)大,并促使氣孔的排除,因而可能獲得充分致密的透明氧化鋁多晶體。但應(yīng)指出,由于晶粒成長(zhǎng)與燒結(jié)的關(guān)系較為復(fù)雜,正常的晶粒長(zhǎng)大是有益的,要抑制的只是二次再結(jié)晶引起的異常晶粒長(zhǎng)大。因此,并不是能抑制晶粒長(zhǎng)大的燒結(jié)助劑都會(huì)有助于燒結(jié)。(4)產(chǎn)生液相。燒結(jié)時(shí)若有適宜的液相,往往會(huì)大大促進(jìn)顆粒重排和傳質(zhì)過(guò)程。燒結(jié)助劑的另一作用機(jī)理,就在于能在較低溫度下產(chǎn)生液相以促進(jìn)燒結(jié)。液相的出現(xiàn),可能是燒結(jié)助劑本身熔點(diǎn)較低;也可能與燒結(jié)物形成多元低共熔物。例如,在BeO中加入少量CaO、SrO、Ti02;在MgO中加入少量V205或CuO等是屬于前者;而在Al2O3中加入CaO和TiO2、MnO和TiO2以及SiO2和CaO等混合燒結(jié)助劑時(shí),則兩種作用兼而有之,從而能更有效加速燒結(jié)。例如在生產(chǎn)“九五瓷”(95%Al2O3)時(shí),加入少量CaO和SiO2,因形成CaO—Al2O3一SiO2玻璃可能使燒結(jié)溫度降低到1500℃左右,并能改善其電性能。