納米氧化鋁陶瓷低溫燒結等性能的研究
《納米陶瓷材料應用技術》 2013年05月第08期 王航
由于氧化鋁陶瓷坯體熔點高，燒結溫度高達1800℃，較難燒結，大大消耗了能源，因此，實現氧化鋁快速低溫燒結是降低氧化鋁陶瓷能耗和生產成本的關鍵。一般情況下，加入某種添加劑，則可以改善燒結性能，促進燒結。
預燒氧化鋁結構陶瓷時，通常要加入適量的添加物，如硼酸鹽，氟化物、高純納米Al2O3（VK-L30）等，這些添加物可以降低預燒溫度、促進晶型轉化、排除Na2O等雜質。硼酸鹽除堿效果好，但是耐高溫性能、絕緣性能、機械強度下降；氟化物可促進晶型轉變，且收縮大、活性好，由于是外來雜質，引入雜質離子，降低了陶瓷質量；高純納米氧化鋁（VK-L30）降低燒結溫度、白度好、純度高、抗摔性強。
結構陶瓷件中，對高純納米Al2O3的要求也很高，以醇鹽法生產的高純納米Al2O3（VK-L30）效果最佳，其中純度4N-5N，粒度小于50nm，比表10-20。
氧化鋁陶瓷的燒結是通過表面張力來使物質遷移而得到實現。高溫氧化物較難燒結, 主要是它們有較大的晶格能和較穩定的結構狀態。質點遷移需要較高的活化能, 即活性較低。采用純度高，粒徑小, 比表面積大, 表面活性高的單分散超細Al2O3粉料, 由于顆粒間擴算距離短, 只需要較低的燒結溫度和燒結活化能。可通過換算知, 如果氧化鋁尺寸能降低到30nm 以下, 則燒結溫度能降低到1000 度以下。另外, 氧化鋁顆粒粒度的分布范圍要盡可能的窄, 顆粒均勻，如果極細的顆粒中間夾雜著個別大顆粒, 燒結得到的產品性能很差。
案例一：廣東某陶瓷廠，燒結氧化鋁陶瓷過程中，能耗高一直非常頭疼，用普通的氧化鋁一直不能降低燒結溫度和降低能耗。加入1-5%的高純納米氧化鋁（VK-L30） ，可以使Al2O3瓷的燒結溫度降低50-150℃ ，增加韌性、白度、純度，不易碎瓷，并且大大節約能源，大大提高了產品質量。
從下圖的實驗對比可以看出，添加高純納米氧化鋁（VK-L30）5%后，收縮率達到19%，對氧化鋁陶瓷的燒結有較好的的作用，促進氧化鋁陶瓷的致密化。
案例二：江蘇某精細陶瓷廠，一直做高質量結構陶瓷對原料篩選極其嚴格，試用了國內外各種氧化鋁粉，只有納米氧化鋁（VK-L30）符合要求。納米氧化鋁（VK-L30）呈球形，顆粒間團聚度小，能顯著促進氧化鋁陶瓷的燒結，有利于改善氧化鋁陶瓷的成型工藝，降低原料成本和燒成溫度。
圖為 膽堿水解法做的氧化鋁電鏡圖
圖為 硫酸鋁銨熱解法做的氧化鋁電鏡圖
圖為醇鹽法做的納米氧化鋁（VK-L30）電鏡圖
從以上圖中可以看出，醇鹽法做的納米氧化鋁（VK-L30）粒徑細，均勻分布，呈球形，顆粒間團聚小、易分散，具有很好的燒結活性。
案例三：山東某精細瓷件廠做出來的氧化鋁陶瓷的機械強度不好，后來經過反復實驗發現，納米Al2O3純度越高，強度愈高。添加了納米氧化鋁（VK-L30）做出來的陶瓷件強度在高溫下可維持到900℃。并且使用納米氧化鋁（VK-L30）后陶瓷件的白度好、純度高、抗摔性強。
