85알루미나 세라믹의 소결온도를 낮추는 방법

1. Al2O3 분말의 미세도와 활성도를 높여 도자기 본체의 소결 온도를 낮춥니다.

분말은 덩어리에 비해 비표면적이 크며, 이는 분말에 외부 작업을 가한 결과입니다. 기계적 작용이나 화학적 작용으로 분말을 제조할 때 소비되는 기계적 에너지나 화학적 에너지의 일부는 분말에 표면 에너지로 저장되며, 또한 분말을 제조하는 과정에서 분말의 표면과 내부에 손상을 입히게 됩니다. 다양한 격자 결함이 나타나 격자가 활성화됩니다. 이러한 이유로 분말은 표면 자유 에너지가 높습니다. 이러한 분말의 표면 에너지는 분말의 소결을 위한 본질적인 원동력입니다. 따라서 Al2O3 분말의 입자가 미세하고 활성화도가 높을수록 분말의 소결이 용이하고 소결온도가 낮아진다. 알루미나 세라믹의 저온 소결 기술에 있어서 활성이 높고 소결이 용이한 Al2O3 분말을 원료로 사용하는 것은 중요한 수단 중 하나이므로 분말 제조 기술은 저온 소결의 기본 연결 고리가 되었습니다. 도자기의 소결 기술.

현재 초미세 활성 및 소결이 용이한 Al2O3 분말을 제조하는 방법은 기계적 방법과 화학적 방법으로 나누어진다. 기계적 방법은 기계적 외력을 사용하여 Al2O3 분말 입자를 미세화합니다. 일반적으로 사용되는 분쇄 공정에는 볼 밀링, 진동 분쇄, 모래 분쇄, 기류 분쇄 등이 있습니다. 기계적 분쇄를 통해 분말의 비표면적을 증가시키는 것은 효과적이지만 일반적으로 분말의 평균 입자 크기를 약 1μm 이하로 줄일 수 있으며 입자 크기 분포 범위가 넓습니다. .불순물이 쉽게 유입되는 단점. 최근 몇 년 동안 초미세, 고순도 Al2O3 분말을 생산하기 위한 습식 화학적 방법의 사용이 급속히 발전했으며, 그 중 더 성숙한 방법은 졸-겔 방법입니다. 졸은 안정성이 높기 때문에 다양한 금속이온이 콜로이드 내에 균일하고 안정적으로 분포할 수 있어 추가적인 탈수를 통해 균일한 겔(비정질체)을 형성할 수 있으며, 적절한 가공을 통해 고활성의 초미세 분말 혼합물을 만들 수 있습니다. 산화물 또는 균질한 고용체를 얻습니다. 현재 이 방법에는 일반적으로 다음과 같은 세 가지 프로세스 흐름이 있습니다. (1) 금속 산소 유기 복합체 졸 형성 → 가수분해 및 수산기를 함유한 3차원 고분자 구조로 축합 → 증발 및 탈수하여 겔로 → 저온에서 하소하여 활성 산화물 분말로 생성. (2) 서로 다른 금속 이온과 유기 콜로이드를 함유한 산성 용액을 혼합하여 용액으로 만들고 → 졸을 증발 및 탈수하여 겔로 만들고 → 저온에서 소성하여 분말로 만듭니다. (3) 서로 다른 금속 이온을 함유한 졸을 직접 담금질하거나 침전 또는 가열하여 겔로 만들고 → 저온에서 하소하여 분말로 만듭니다. 습식 화학적 방법으로 제조된 Al2O3 분말의 입자 크기는 나노미터 수준에 도달할 수 있으며 입자 크기 분포 범위가 좁고 화학적 순도가 높으며 결정 결함이 많습니다. 따라서 화학 분말의 표면 에너지와 활성은 기계 분말의 표면 에너지와 활성보다 훨씬 높습니다. 이 초미세 Al2O3 분말을 원료로 사용하면 알루미나 자기의 소결 온도(150℃~300℃)를 크게 낮출 수 있을 뿐만 아니라 미결정성, 고강도 고알루미나 자기 재료를 얻을 수 있습니다. Table 2는 일본 Sumitomo Chemical Co., Ltd.에서 생산한 소결 용이성 Al2O3 분말의 물리화학적 지표를 나타낸 것이다.

또한 일부 전문가들은 참고용으로 초미세 Al2O3 분말을 제조하기 위해 다음 세 가지 방법을 권장합니다. (1) (NH4)SO4Al2(SO4)3·2H2O와 (MgCO3)4Mg(OH)2를 결합합니다. ·5H2O를 혼합한 후 1200°C까지 가열하여 분해하면 순도 99%, 입도 0.2~0.5μm의 MgO를 함유한 α-Al2O3 초미세 분말을 얻을 수 있습니다. (2) 무수알루미늄디아세테이트를 1200°C로 가열하고 3시간 이상 유지함으로써 입도가 0~5μm 이하인 α-Al2O3 초미세분말을 얻을 수 있다. (3) 철통과 쇠구슬을 수백시간 동안 습식분쇄하고, 슬러리를 가열 및 산세척하여 철을 제거한 후 부유하는 과정을 여러번 반복하여 입자크기가 0?3-0? 5μm 생산 가능합니다.

2. 도자기 재료 공식의 설계 및 도핑을 통해 도자기 본체의 소결 온도를 낮춥니다

알루미나 세라믹의 소결 온도는 주로 화학 물질 중 Al2O3 함량에 따라 결정됩니다. Al2O3 함량이 높을수록 도자기 재료의 소결 온도가 높아집니다. 또한 이는 도자기 재료 구성 시스템, 각 성분의 비율 및 첨가제 유형과도 관련이 있습니다. 예를 들어, Al2O3 함량이 동일할 때 CaO-Al2O3-SiO2 시리즈 Al2O3 도자기 재료의 소결 온도는 현재 CaO-Al2O3-SiO2 시리즈 도자기 재료의 소결 온도보다 낮습니다. 우리나라에서 대량생산되고 있는 소결온도를 낮추고 성능을 좋게 하기 위해서는 SiO2/CaO를 1?6~0?6 이내로 조절하고, MgO함량은 1/3을 넘지 않도록 해야 한다. 동시에, 공식에 소량의 La2O3, Y2O3, Cr2O3, MnO, TiO2, ZrO2, Ta2O3 및 기타 산화물을 도입하면 소결 온도를 더욱 낮추고 도자기의 미세 구조와 성능을 향상시킬 수 있습니다. 몸. 따라서 도자기 본체가 제품 사용 목적 및 기술 요구 사항을 충족한다는 전제하에 공식 설계를 통해 합리적인 도자기 재료 시스템을 선택하고 적절한 소결 첨가제를 추가하여 알루미나 세라믹의 소결 온도를 최대한 낮출 수 있습니다.

현재 포뮬러 디자인에 추가되는 다양한 첨가제는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 새로운 상 또는 고용체를 형성하는 첨가제와 알루미나 세라믹의 소결을 촉진하는 다양한 메커니즘에 따라 액상을 생성하는 첨가제입니다. .

1. Al2O3와 함께 새로운 상이나 고용체를 형성하는 첨가제.

이러한 유형의 첨가제는 TiO2, Cr2O3, Fe2O3, MnO2 등과 같이 알루미나에 가까운 격자 상수를 갖는 산화물입니다. 이러한 첨가제는 소성 중에 Al2O3와 고용체를 형성할 수 있습니다. 첨가제 고용체는 통합 고용체(예: Ti4+가 Al3+를 대체하는 경우), 제한된 고용체 또는 연속 고용체(예: Cr2O3 및 Al2O3에 의해 형성됨)입니다(차이로 인해). TI4+와 Al3+ 사이의 이온 반경) 및 공극 또는 이동된 원자(3TiO2AbO33Tia1+Va1+60)를 형성하고 결정 격자의 변형으로 인해 Al2O3 세라믹이 쉽게 재결정화되고 소결됩니다. 예를 들어 TiO2를 0.5~1.0% 첨가하면 도자기 본체의 소결 온도를 150~200°C까지 낮출 수 있습니다. 고체상 소결을 기반으로 한 고함량 알루미나 세라믹은 이러한 유형의 첨가제를 사용하는 경우가 많습니다. 예를 들어 흑색 알루미나 세라믹의 공식(wt%)은 Al2O391, CoO0·5, MnO23·7, Cr2O32·1, SiO20입니다. ?4, TiO22?0. V2O30?3, 도자기 소재를 1350℃에서 2시간 동안 소성합니다.

알루미나 도자기의 소결을 촉진하는 이러한 유형의 첨가제의 효과는 일정한 규칙성을 가지고 있습니다. ①Al2O3와 제한된 고용체를 형성할 수 있는 첨가제는 연속 고용체를 형성하는 첨가제보다 냉각 효과가 더 큽니다. 가변 원자가 이온 유형 첨가제는 가격이 일정한 첨가제보다 효과가 더 큽니다. ③ 양이온 전하가 많고 전기 가격이 높은 첨가제는 냉각 효과가 더 큽니다. 이런 종류의 첨가제는 액상이 없는 상태에서 소결(재결정 소결)하기 때문에 결정의 기공을 메우기가 어렵고 기밀성이 좋지 않아 수식에서 전기적 성능이 크게 저하된다는 점에 유의해야 합니다. 디자인을 고려해야 한다.

2. 소성 중에 액체상을 형성하는 첨가제.

이러한 유형의 첨가제의 화학 성분은 주로 SiO2, CaO, MgO, SrO, BaO 등을 포함합니다. 소성 과정에서 다른 성분과 함께 이성분, 삼성분 또는 다성분 저밀도 용융물을 형성할 수 있습니다. . 액상 생성 온도가 낮기 때문에 알루미나 도자기의 소결 온도가 크게 낮아집니다. 상당한 양(약 12%)의 액상이 나타날 때, 고체 입자는 액상에서 어느 정도 용해도를 가지며 고체 입자는 액상에 의해 젖어질 수 있으며 소결 촉진 효과도 더욱 중요합니다. 그 작용 메커니즘은 고체 표면에 있는 액체 상의 습윤력과 표면 장력에 있으며, 이로 인해 고체 입자가 접근하여 기공을 채우게 됩니다. 또한 소결 과정에서 결함이 있는 작은 결정의 표면 활성이 높기 때문에 액상에서의 용해도는 큰 결정의 용해도보다 훨씬 큽니다. 이와 같이 소결과정에서 작은 결정이 계속 성장하고 기공이 감소하며 재결정이 일어나게 된다. 재결정으로 인한 과도한 결정립 성장을 방지하고 세라믹의 기계적 성질에 영향을 미치기 위해서는 제제 설계 시 결정립 성장에 영향을 주지 않거나 심지어 결정립 성장을 방해하는 일부 첨가제의 선택을 고려할 필요가 있습니다. MgO, CuO 및 NiO가 기다리기 때문입니다.

현재 액상 소결 Al2O3 도자기의 배합에는 다음 세 가지 재료 형태로 소결 첨가제를 첨가 할 수 있습니다. ① 천연 미네랄 형태로 첨가됩니다. 이러한 광물 원료에는 주로 고령토, 벤토나이트 및 기타 점토 광물이 포함됩니다. 석영, 활석, 마그네사이트, 백운석, 방해석 등은 각각 SiO2, MgO, CaO와 같은 화학 성분을 도입합니다. 고령토와 기타 점토 광물을 배합에 사용하면 도자기 본체의 화학적 조성 요구 사항을 충족할 수 있을 뿐만 아니라 블랭크의 성형 특성도 향상됩니다. 이러한 형태의 첨가제 첨가는 Al2O3 함량이 90% 미만인 중간 알루미나 도자기 재료에 적합합니다. 예를 들어 저온 소결 75 도자기의 공식은 다음과 같습니다(wt%): 소성 Al2O365, 카올린 24, 벤토나이트 2, BaCO34, 방해석 3, 생활석 2 .

② 합성첨가물 형태로 첨가됩니다. 이 방법은 CaO-Al2O3-SiO2, MgO-Al2O3-SiO2, CaO-MgO-Al2O3-SiO2 등과 같은 3원, 4원 또는 기타 상태 다이어그램에서 가장 낮은 용존 물질의 조성 지점을 찾고, 성분: CaO, MgO, SiO2, Al2O3 및 기타 필요한 화합물을 먼저 배치하고 볼 밀링하고 저밀도 용융물, 즉 "합성 첨가제"로 소성한 다음 합성 첨가제와 Al2O3 분말을 혼합합니다. 알루미나 세라믹의 화학적 조성 및 성능 요구 사항을 충족하기 위해 재료를 특정 비율로 두 번째로 배치합니다. 이 방법은 순도가 높으며 정확한 화학 조성과 고성능 요구 사항을 갖춘 고알루미나 도자기의 소결 온도를 낮추는 데 주로 사용됩니다. 단점은 공정이 복잡하고 에너지 소비가 높으며 제품 비용이 높기 때문에 특별한 상황에서만 사용됩니다. .

③ 화학원료 형태로 첨가됩니다. 일괄 처리 시 다양한 화학 원료를 Al2O3 분말과 함께 첨가제로 직접 사용하여 일괄 처리를 완료합니다. 각 연소 보조 첨가제의 구성 비율은 전문 단계 다이어그램에서 가장 낮은 융점을 갖는 구성을 참조하여 설정됩니다. . 생산 실무를 통해 이 방법은 합성 첨가제 방법과 동일한 냉각 효과를 가질 뿐만 아니라 공정을 크게 단순화한다는 것이 입증되었습니다. 합성 첨가제 방법보다 성분 계산 및 공정이 더 간단하고 천연 미네랄 형태보다 쉽습니다. 도자기 품질과 성능이 안정적이며 에너지 절약 효과가 상당합니다. 실제 생산에서는 원가절감과 블랭크 성형성 측면에서 천연광물 원료와 화학원료를 동시에 사용하는 경우가 많다.

예를 들어, 저온(1500℃×2h)에서 소성된 고알루미늄 자기의 공식은 다음과 같습니다(wt%). 플러스 ZrO2, CeO2, La2O32% .

3. 도자기 본체의 소결 온도를 낮추기 위해 특수 소성 공정을 사용합니다.

소결은 본체를 가열하면서 압력을 가하는 핫프레스 소결 공정을 사용하는 것뿐만 아니라 이때 소성유체의 소결온도는 상압소결에 비해 훨씬 낮다. 따라서 열간압착 소결은 Al2O3 세라믹의 소결온도를 낮추는 중요한 기술 중 하나이다. . 현재 핫프레스 소결 방법에는 가압 소결과 고온 등방성 프레싱(HIP)의 두 가지 유형이 있습니다. HIP 방법은 성형체에 등방성 압력을 가할 수 있으며 세라믹의 미세 구조는 압력 소결 방법보다 균일합니다. 알루미나 도자기의 경우 상압 하에서 일반 소결을 1800°C 이상의 고온으로 소성하고 20MPa의 열간 압착 소결을 수행하면 약 1000°C의 낮은 온도에서 치밀화됩니다.

열간 프레스 소결 기술은 알루미나 세라믹의 소결 온도를 크게 낮출 뿐만 아니라 입자 성장을 더 잘 억제하고 치밀한 미결정 및 고강도 알루미나 세라믹을 얻을 수 있어 특히 투명 알루미나 세라믹에 적합합니다. 미세결정질 커런덤 도자기의 소결.

또한, 알루미나의 소결과정은 음이온의 확산속도와 관련이 있기 때문에 환원분위기는 음이온 공극의 증가에 유리하고 소결을 촉진시킬 수 있다. 따라서 진공 소결, 수소 대기 소결 등은 알루미나 세라믹의 저온 소결을 달성하는 효과적인 보조 수단입니다.

생산 실무에서는 최고의 종합적인 경제적 이익을 얻기 위해 위에서 언급한 저연소 기술을 서로 결합하여 사용하는 경우가 많다. 저렴한 비용, 좋은 효과 및 간단한 공정의 장점. 그것은 중간 알루미나 도자기, 고 알루미나 도자기 및 강옥 도자기 생산에 널리 사용됩니다. 또한 재료 측면에서 볼 때 도핑 개질 기술을 통해 알루미나 세라믹의 전기 기계적 특성을 크게 향상시킬 수 있으며 Al2O3 함량이 낮은 도자기 본체를 사용하여 Al2O3 함량이 높은 도자기 본체를 대체할 수 있습니다. 이 역시 기업에서 일반적으로 사용됩니다. 알루미나 세라믹 제품의 소결 온도를 낮추는 효과적인 기술 수단입니다. 예를 들어, 재료 특성이 제품 사용 요구 사항을 충족하는 경우 90 도자기 또는 95 도자기 대신 85 도자기를 사용하고 99 도자기를 대체하려면 90 도자기 또는 95 도자기를 사용하는 것이 가능합니다.

알루미나 도자기 저화재 기술이 좋은 경제적 이점을 얻었음에도 불구하고 재료의 특수한 성능 요구 사항과 장치의 치수 안정성을 고려하면 여전히 활용 가능성이 있는 제품이 있습니다. 고온, 여전히 고온 소결을 사용하는 경우, 이러한 제품의 소결 온도를 낮추는 방법은 도자기 본체의 도핑 및 변형과 같은 저연소 기술에 대한 향후 노력의 방향입니다.