AlN低温烧结助剂对陶瓷结构和性能的影响

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y

AlN低温烧结助剂对陶瓷结构和性能的影响

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哈尔滨工业大学

AlN低温烧结助剂对陶瓷结构和性能的影响

摘要：本文对单一烧结助剂，复合烧结助剂，多壁碳纳米管烧结助剂（MWNTs）对AlN陶瓷结构与性能的影响进行了概述。

关键词：烧结助剂低温烧结热导率致密度

众所周知，AlN陶瓷具有十分优异的性能，主要表现为以下几个方面[：

(1) 与Al2O3陶瓷相比，热导率较高，是Al2O3的5-10倍；

(2) 与BeO陶瓷相比，无毒、无害，有利于环保；

(3) 热膨胀系数(4.3×10-6/℃)与半导体Si材料((3.5-4.0)×10- 6/℃)匹配，确保电子元件不因热效应而失效；

(4) 电绝缘性能好，介质损耗低；

(5)可进行多层布线，实现封装的高密度和小型化。

AlN陶瓷现已广泛应用于电子、冶金、机械、军工等诸多领域。但AlN属共价键晶体，通常需要在高温高压下烧结。由于烧结成本太高，很难推广应用。近年来，为了减少能耗、降低成本，开展了低温烧结研究。所谓低温烧结就是在1600~1700 ℃之间实现致密烧结，同时还要去除AlN晶格内的氧杂质，般采用添加碱土金属化合物及稀土化合物，通过液相烧结实现烧结致密化。助烧剂能在烧结初期和中期显著促进AlN陶瓷烧结，并且在烧结的后期从陶瓷材料中部分挥发，从而制备纯度及致密化程度都较高的AlN陶瓷材料及制品。在此过程中，助烧剂的种类、添加方式、添加量等均会对AlN陶瓷材料及制品的结构与性能产生显著程度的影响，是AlN陶瓷材料制备技术的核心内容之一，具有深入开展研究工作的必要。为此，本文总结了几种烧结助剂对陶瓷结构和性能的影响。

下表1为本文中烧结助剂的编号和配比，此后文中不一一赘述。如不特殊说明，烧结温度为1600℃，烧结时间4h。

一．单一烧结助剂

AlN陶瓷烧结选用的单元烧结助剂主要有碱土或稀土金属的氧化物、氟化物或碳化物等。

表2

添加单一烧结助剂试样烧结产物的相对密度，从表2中可以看出，添加单一烧结助剂效果不明显，致密度较差。在1600℃低温情况下，添加Y2O3效果并不明显，因为此时其只与AI2O3发生固相反应，促进烧结动力不足。AC在1600℃烧结4h相对密度达92．7％，因为CaF2与AlN表面的AI2O3在126℃左右反应形成液相，促进了烧结，并且生成的氟化物易挥发，促进致密化。

图1 为AY在1600℃烧结4h的XRD图谱

图2 为AC在1600℃烧结4h的XRD图谱

图1为AY在1600℃烧结4h的XRD图谱。由图可知，烧结体的主晶相为AlN，析出的晶界相为Y3Al5O12，这说明烧结助剂Y2O3与AlN表面的AI2O3在烧结过程中形成Y-Al-O化合物，在1600℃形成Y3Al5O12相，发生如下化学反应：

5Al2O3+3Y203→2YaAI5012

将Al2O3固结在晶界上，从而减少氧扩散进入AIN晶格并能驱除固溶在晶中的氧,最终促进陶瓷的烧结并提高热导率。

从AC在1600℃烧结4h的XRD图谱（图2）可知，主晶相为AlN，第二相为CaAl l2019，说明CaF2与A12O3发生反应，CaF2在烧结过程中形成CaF2-A12O3低共熔液相，从而促进了烧结。发生一系列复杂反应，生成Ca-AI-O化合物和Al的氟化物，后者在1600℃时已经挥发，在XRD图谱中没有相关衍射峰，前者最终形成CaAl l2019。CaF2与Al2O3反应生成了具有挥发性或可升华的物质，促使生成的第二相流动到三叉晶界处，因此在Y2O3的基础上添加适量的CaF2，有利于形成液相促进烧结，提高热导率。

使用单一烧结助剂的致密度和导热率不是很高，达不到要求。

二．复合烧结助剂

图3 AW、AYC和AYCL在1600℃烧结4h的XRD图谱

图3 为AW、AYC 和AYCL 在1600℃烧结4h 的XRD图谱。由图可以看出，将坯体置于含有少量碳粉的AlN 埋粉中于N2气氛下烧结，可有效避免AlN 在烧结过程中的氧化，未添加烧结助剂的试样AW，其烧结产物为纯的AlN 相，没有氧化相Al2O3产生，但衍射峰强度低，结晶性不好。添加Y2O3和CaF2作烧结助剂的试样，AYC 除了主晶相AlN 以外，还产生晶界相Y3Al5O12和Ca-Al-O 化合物，加入的烧结助剂Y2O3和CaF2在1300℃左右形成液相化合物并逐渐挥发，最后剩

下Y3Al5O12和Ca- Al- O 化合物，降低了晶格的氧含量，净化了晶格。Y2O3参与反应的生成物Y- Al- O 化合物沉积于晶界处，限制了热导率的提高，而CaF2与Al2O3反应生成了具有挥发性或可升华的物质，促使生成的第二相流动到三叉晶界处，因此在Y2O3的基础上添加适量的CaF2，有利于形成液相促进烧结，提高热导率。

加入Y2O3、CaF2和Li2CO3作烧结助剂的试样AYCL，从图3 可以看出烧结体的主晶相仍为AlN 相，晶界相为Y3Al5O12和Ca- Al- O 化合物，主晶相衍射峰强度较高，但比AYC 衍射峰强度低，说明AYC 晶粒发育程度比AYCL 好。Y2O3和CaF2与Al2O3反应的Y3Al5O12相、Ca- Al- O 相将AlN 晶格表面的氧固结在晶界上，Li2O 与Al2O3的反应物的衍射峰在图中没有显示，说明已经挥发。加入的Li2O 能在1000℃左右的低温下与Al2O3反应生成γ- LiAlO2液相，升高温度到1100℃左右全部挥发。适量Li2O 的加入降低了Y2O3和CaF2与Al2O3反应的最低共熔点，液相形成温度降低，促进烧结体的致密化，但过量Li2O 的加入所生成的化合物在高温下挥发而残留的气孔又在一定程度上降低AlN 陶瓷的烧结密度。

图4 1600℃不同保温时间下制备AlN陶瓷断面的SEM照片

图5 AYC在不同烧结温度下的相对密度与保温时间的关系

添加3wt% Y2O3- 2wt% CaF2作烧结助剂，采用在1600℃常压烧结4h 制备了

较致密的AlN 陶瓷，其相对密度达到98.4%；烧结体晶粒发育完善，呈清晰的多边形状，晶粒之间呈面接触，晶粒均匀性良好，晶界相和气孔极少；该试样具有较低的介电常数，所测热导率为133.62 W/m·K；适当延长保温时间，可以使晶粒继续长大，提高烧结体的热导率。

三．多壁碳纳米管烧结助剂

在Al2O3 基体中加入多壁碳纳米管，添加一定量的碱土或稀土氧化物，如Y2O3 及CaF2 等，能有效地促进AlN 材料致密化，其作用机制普遍认为是烧结助剂在较低烧结温度和AlN 颗粒表面的Al2O3 反应生成液相，依靠液相表面张力的作用使固相AlN 颗粒重新排列，并通过液相加速传质过程，活化烧结并促进致密化。

4 组样品，分别标记为：样品AW (未添加烧结助剂)、样品AM [1%质量分数(下同)MWNT]、样品AYC(3%Y2O3–2%CaF2) 和样品AMYC (1%MWNT–3%Y2O3–2%CaF2)。

图6 为样品AW、样品AM、样品AYC 和样品AMYC 在1 600 ℃烧结4 h 产物的XRD 谱，从图6曲线1～曲线2 可以看出：其烧结产物为纯AlN 相，没有产生氧化相Al2O3。图6 曲线3 为添加Y2O3 和CaF2 作烧结助剂的样品XRD 谱，可以看出：样品AYC 除了主晶相AlN 外，还产生了晶界相Y3Al5O12 和Ca–Al–O 化合物，加入的烧结助剂Y2O3 和CaF2 在1 300 ℃左右形成液相化合物并逐渐挥发，最后剩下Y3Al5O12 和Ca–Al–O，降低了晶格的氧含量，净化了晶格。Y2O3参与反应的生成物(Y–Al–O 化合物)沉积于晶界处，限制热导率的提高，而CaF2 与Al2O3 反应生成具有挥发性或可升华的物质，促使生成的第二相流动到三叉晶界处，因此在Y2O3 的基础上添加适量的CaF2，有利于形成液相促进烧结，提高热导率。

图1 样品AW、样品AM、样品AYC和样品AMYC 在1600℃烧结4h产物的XRD谱

图6 曲线4 为样品AMYC，可以看出：除了主晶相AlN 以外，还产生晶界相Y3Al5O12和Ca–Al–O，其形成原理与样品AYC 中晶界相形成相同。图6 中均没有出现多壁碳纳米管峰的XRD 特征峰，可能是实验所加的碳纳米管含量相对较少，无法测出它的存在。

图7 样品AW、样品AM、样品AYC 和样品AMYC 的相

对体积密度与烧结温度的关系

图7 为样品AW、样品AM、样品AYC 和样品AMYC 在不同烧结温度保温4 h 的相对体积密度与烧结温度的关系，可以看到：样品AW 和样品AM的相对体积密度较低，并且随温度升高变化较小；样品AYC 和样品AMYC 的相对体积密度随温度升高变化较大，在1600 ℃保温4 h，样品AMYC 相对体积密度达到97.2%，而样品AYC 的最高，达到了98.4%。在1 500 ℃，不同样品相对体积密度较低且各样品相对体积密度差距较小，这与不同样品液相形成温度有关，而且随温度升高，在1550 ℃和1600℃，不同样品相对体积密度逐渐升高，在此温度，烧结助剂和氮化铝形成一定量液相，促进其致密化烧结。在相同烧结温度，与样品AW 相比，样品AM的相对体积密度有一定程度提高，这可能是少量的MWNTs 与AlN 晶格间的氧发生碳热还原反应，产生一定的热量，促进烧结。相关研究也发现：在碳纳米管增强纳米陶瓷基复合材料中，碳纳米管可以在一定程度上抑制纳米陶瓷晶粒长大，有软滑介质的作用，并且可以促进陶瓷致密度的提高。在1550 ℃和1600 ℃，样品AMYC 的相对体积密度低于样品AYC 的，可能是添加的少量MWNTs 与晶格间的氧化物形成碳热还原反应促进烧结，同时产生少量的CO 和CO2 气体，使反应生成较多的第二相，阻碍了AlN 晶粒的直接接触，还有可能是碳纳米管的分散不均，导致在晶界处的团聚，影响液相烧结的传质过程，导致AMYC 致密度不高。

图3 原料粉及样品AW 、样品AM 、样品AYC 和样品AMYC

在1 600 ℃烧结4 h 的断面SEM 照片

从以上分析可知，烧结助剂Y 2O 3 和CaF 2 的加入有利于晶粒的生长发育，促进致密化，但是MWNTs 对晶粒发育也有一定的抑制作用，可能是MWNTs 与AlN 晶格间的氧反应阻碍晶粒的正常发育所致。

在1 600 ℃烧结4 h ，样品AMYC 的热导率测试结果为138.57 W/(m·K)，与AYC 相比，其相对体积密度在低的情况下，热导率仍然高于AYC 样品的测试结果[133.62 W/(m·K)]，远远高于样品AM 的测试结果[42.12 W/(m·K)]，说明在烧结助剂Y 2O 3 和CaF 2 的基础上，添加多壁碳纳米管能明显提高AlN 陶瓷的热导率，也有可能是少量埋粉中的碳在烧结过程中的渗入提高了热导率，但上述数值与AlN 陶瓷热导率的相对理论值仍差距较大，主要是因为陶瓷的致密度较低，气孔等第二相较多，造成强烈的声子散射，还有AlN 陶瓷晶界之间夹杂微量的Al 氧化物，这些都严重降低了AlN 陶瓷热导率。

四．思考

1.不直接加入Li 2O,而是加入Li 2CO 3？

Li 2O 不稳定，易于H 2O ，CO 2反应。所以加入Li 2CO 3。Li 2CO 3在1310℃分解为Li 2O 、CO 2。

2. Ca- Al- O 化合物是什么？

加入AYC烧结得Ca12AI l4033,加入AYCL烧结得CaAl2019和Ca l2AI l4033。、

3.怎样得到致密，热导率高的AlN。

在低温，常压，节能的情况下，想要得到致密，热导率搞得AlN，首先要选择好烧结助剂，其次可以将烧结助剂做成纳米级。因为纳米级的有较强的小尺寸效应、表面效应使得晶粒的表面能增加, 烧结活性增强, 从而可以显著地提高烧结速度, 使微观结构均匀一致, 极大地改善了材料的性能。添加普通烧结助剂, 仅仅降低液相产生的温度。如果添加剂采用纳米粉, 因其比表面积增大, 表面活性极高, 除降低液相温度外还可增大烧结驱动力, 进一步促进烧结。

想要适当提高热导率可以适当添加多壁碳纳米管。

参考文献

[1]黄小丽.纳米复合助剂对氮化铝陶瓷烧结特性的影响.材料科学与工程学报.2010

[2] 牛锛. AlN陶瓷低温烧结制备与性能研究中国陶瓷工业.2010

[3]牛锛.烧结助剂对AlN 陶瓷制备及性能的影响. 硅酸盐学报.2010.12

[4]黄小丽. 氮化铝陶瓷的低温烧结研究. 兵器材料科学与工程.2006

[5]李保平。 AlN陶瓷低温烧结制备与性能研究.2009

陶瓷的分类及性能

陶瓷材料的力学性能 陶瓷材料 陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料之间的主要区别在于化学键不同。 金属：金属键高分子：共价键（主价键）范德瓦尔键（次价键） 陶瓷：离子键和共价键。普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。 工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。 工程陶瓷的性能：耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。 硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。 常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。 一、陶瓷材料的结构和显微组织 1、结构特点 陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。 可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。 如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料” 2、显微组织 晶体相，玻璃相，气相 晶界、夹杂 （种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。 （可通过热处理改善材料的力学性能） 陶瓷的分类 玻璃 — 工业玻璃 (光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃 陶瓷 —普通陶瓷日用，建筑卫生，电器（绝缘） ，化工，多孔 ……特种陶瓷 -电容器，压电，磁性，电光，高温 …… 金属陶瓷 -- 结构陶瓷，工具（硬质合金） ，耐热，电工 …… 玻璃陶瓷 — 耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷 … 2. 陶瓷的生产 (1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合）普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料）特种

陶瓷（人工的化学或化工原料 --- 各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物） (2) 坯料的成形 （可塑成形，注浆成形，压制成形） (3)烧成或烧结 3. 陶瓷的性能 (1)硬度 是各类材料中最高的。 （高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV） (2)刚度是各类材料中最高的（塑料1380MN/m2，钢MN/m2) (3)强度理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。 2 （E/1000--E/100）。耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低比抗压强度低一个数量级）较高的高温强度。 (4)塑性：在室温几乎没有塑性。 (5) 韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。 (6) 热膨胀性低。导热性差，多为较好的绝热材料（λ=10-2～10-5w/m﹒K） (7)热稳定性 — 抗热振性（在不同温度范围波动时的寿命）急冷到水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很低（比金属低的多，日用陶瓷 220 ℃） (8)化学稳定性 ：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀（抗液体金属、酸、碱、盐） (9) 导电性 — 大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体（ NiO ， Fe3O4 等） (10) 其它： 不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低。 普通陶瓷

低温烧结氧化铝陶瓷

文章编号:1671-3559(2007)01-0017-03 收稿日期:2006-10-30 基金项目:山东省自然科学基金(Y2006F5);济南市科技明星 计划(50119) 作者简介:史国普(1981-),男,内蒙古商都人,硕士生;王 志 (1962-),山东莱西人,博士,教授,硕士生导师。 低温烧结氧化铝陶瓷 史国普,王 志,侯宪钦,孙 翔,俎全高,徐秋红 (济南大学材料科学与工程学院,山东济南250022) 摘 要:选用CaO-MgO-SiO 2(CMS)和TiO 2两种添加剂来降低氧化铝陶瓷的烧结温度。通过设计正交试验讨论烧结助剂和烧结温度对氧化铝陶瓷的相对密度的影响规律,并用扫描电子显微镜观察了不同配方氧化铝陶瓷的显微结构。结果发现:C MS 质量分数为6%、TiO 2质量分数为1%、烧结温度为1500e 时氧化铝陶瓷的相对密度98.71%。同时晶体发育比较均匀,没有出现晶体的异常长大和二次再结晶现象。 关键词:Al 2O 3陶瓷;相对密度;添加剂;晶体中图分类号:T B321 文献标识码:A 氧化铝陶瓷熔点高,硬度高,且有优良的热稳定性和化学稳定性,是优异的工程陶瓷材料之一。但其离子键较强,从而导致其质点扩散系数低(Al 3+ 在1700e 时扩散系数仅10-11c m 2#s -1)、烧结温度较高。例如99氧化铝陶瓷的烧结温度可高达近1800e 。如此高的烧结温度将促使晶粒长大,残余气孔聚集长大,导致材料力学性能降低,同时也造成材料气密性差,且对窑炉耐火砖的损害较大。因此,降低氧化铝陶瓷的烧结温度,降低能耗,缩短烧成周期,减少窑炉和窑具损耗,从而降低生产成本,一直是企业所关心和急需解决的重要课题。对于陶瓷材料而言,一般采用两种途径来降低其烧结温度[1] :一是通过获得超细颗粒、无团聚、以及分散均匀的良好烧结活性的粉体来达到降低烧结温度的目的;二是添加适量的烧结助剂,以达到促进材料致密化并且在低温烧结的目的。其中烧结助剂又分为两类[2]:一类是与氧化铝生成固熔体,例如TiO 2、Cr 2O 3、MnO 2等;另一类是能生成液相,例如:高岭土、CaO 、MgO 、SiO 2等。降低烧成温度而促进Al 2O 3的烧结,对于烧结助剂的作用机理已形成共识。因此这种方法在陶瓷 领域的工业生产中被广泛采用[3]。 Kwon 和Singh 等[4-5] 分别以MgO-Al 2O 3-SiO 2 和CaO-Al 2O 3-SiO 2玻璃为烧结助剂,分析并阐述了Al 2O 3陶瓷溶解-沉淀过程的动力学和烧结机理。然而两种烧结助剂对Al 2O 3陶瓷的液相烧结激活能均较高,致密化效果不好。溶解-沉淀为液相烧结中的主要过程,它对致密化的贡献与基体在液相中的溶解度有关,溶解度越大则致密化程度越高[6] 。由相图可得Al 2O 3在CaO-MgO-SiO 2中的溶解度远大于其在MgO -Al 2O 3-SiO 2和Ca O -Al 2O3-SiO 2玻璃中的溶解度[1]。但是仅用CaO-MgO-SiO 2作为烧结助剂,Al 2O 3陶瓷的致密度只能达到95%左右,而且致密烧结温度较高。因此本文中以商业高纯的A -Al 2O 3为原料,通过添加CaO-MgO-SiO 2和TiO 2两种复合烧结助剂来降低陶瓷的烧结温度。 1 实验原料及方法 实验主要原料为A -Al 2O 3(纯度99.8%,平均粒径6.5L m),CaO-MgO-SiO 2玻璃相(C MS)分别按30B 9B 21的质量比称量混合,TiO 2(纯度99%,平均粒径2.7L m)。将各个含量的烧结助剂和粉料一起用高纯的氧化铝小球湿磨48h,烘干,加入PVA 造粒,然后在50MPa 条件下压力成型,最后分别在1450e 、1500e 、1550e 的温度下烧结,保温3h 后,炉冷至室温。 利用Archimedes 法测量试样的体积密度。计算样品相对密度时,分别以3.98g #cm -3 、2.69g #c m -3 、 4.26g #cm -3 为A -Al 2O 3、CMS 、TiO 2的理论密度。用SE M(HI TACHI S-2500,日本日立公司)观察试样的断口形貌以及结晶情况。 第21卷第1期2007年1月 济南大学学报(自然科学版) J OURNAL OF UNIVE RSITY OF JINAN (Sci.&Tech 1) Vol.21 No.1 Jan.2007

低温共烧陶瓷

低温共烧陶瓷（LTCC)材料简介及其应用 电子科技大学微电子与固体电子学院 张一鸣 22 一、简介 所谓低温共烧陶瓷（Low-temperature cofired ceramics, LTCC）技术，就是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确且致密的生瓷带，作为电路基板材料，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900℃烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。总之，利用这种技术可以成功制造出各种高技术LTCC产品。多个不同类型、不同性能的无源元件集成在一个封装内有多种办法，主要有低温共烧陶瓷（LTCC）技术、薄膜技术、硅半导体技术、多层电路板技术等。目前LTCC技术是无源集成的主流技术。LTCC整合型组件包括各种基板承载或内埋式主动或被动组件产品，整合型组件产品项目包含零组件、基板与模块。 二、LTCC技术特点 LTCC与其他多层基板技术相比较，具有以下特点： 1.易于实现更多布线层数，提高组装密度； 2.易于内埋置元器件，提高组装密度，实现多功能； 3.便于基板烧成前对每一层布线和互联通孔进行质量检查，有利于提高多层基板的成品率和质量，缩短生产周期，降低成本； 4.具有良好的高频特性和高速传输特性； 5.易于形成多种结构的空腔，从而可实现性能优良的多功能微波MCM； 6.与薄膜多层布线技术具有良好的兼容性，二者结合可实现更高组装密度和更好性能的混合多层基板和混合型多芯片组件； 7.易于实现多层布线与封装一体化结构，进一步减小体积和重量，提高可靠性；

陶瓷材料显微结构与性能

1陶瓷烧结过程中影响气孔形成的因素有哪些？ (1)煅烧温度过低、时间过低 (2)煅烧是时原料中的水碳酸盐、硫酸盐的分解或有机物的氧化 (3) 煅烧时炉内气氛的扩散 (4) 煅烧时温度过高，升温过快或窑内 气氛不合适等。 夏炎2.影响陶瓷显微结构的因素有哪些？ 参考答案：(1) 原料组成、粒度、配比、混料工艺等 (2) 成型方式、成型条件、制品形状等 (3)干燥制度（干燥方式、温度制度、气氛条件、压力条件等） (4) 烧成制度（烧成方式、窑炉结构、温度制度、气氛条件、压力条 件等） 3. 提高陶瓷材料强度及减轻其脆性有哪些途径？ 参考答案：a.制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷。例如，采用热等静压烧结制成 的Si 3N 4 气孔率极低，其强度接近理论值。 b.在陶瓷表面引入压应力可提高材料的强度。钢化玻璃是成功应用这 一方法的典型例子。 c.消除表面缺陷，可有效地提高材料的实际强度。 d.复合强化。采用碳纤维、SiC纤维制成陶瓷/陶瓷复合材料，可有 效地改善材料的强韧性。 e.ZrO 2与增韧。ZrO 2 对陶瓷的强韧化的贡献有四种机理（相变增韧、微裂纹增韧、 裂纹偏转增韧、表面残余应力增韧）罗念 4.影响氧化锆相变增韧的因素是什么？简单叙述氮化硅陶瓷具有的性能及常用的烧结方法。 ①晶粒大小。当晶粒尺寸大于临界尺寸易于相变。若晶粒尺寸太小，相变也就难以进行。 ②添加剂及其含量使用不同的添加剂， t-ZrO2的可转变最佳晶粒大小、范围也不同。 ③晶粒取向。晶粒取向的不同而影响相变导致增韧的机制。 氮化硅陶瓷具有高强度、高硬度、耐磨、耐化学溶液和熔体的腐蚀、高电绝缘体、低热膨胀和优良抗热冲击、抗机械冲击等性能。烧结方法：反应烧结氮化硅、无压烧结氮化硅、重烧结氮化硅、气氛加压氮化硅和热压烧结氮化硅。——李成5.气孔对功能陶瓷性能的影响及降低功能陶瓷中的气孔量的措施？ 气孔均可使磁感应强度、弹性模量、抗折强度、磁导率、电击穿强度下降，对畴运动造成钉扎作用，影响了铁电铁磁性。另外，少量气孔亦会严重降低透光性。添加物的引入不仅可阻止二次重结晶，亦可以使气孔由晶界排出。为了降低功能陶瓷中的气孔量，可采用通氧烧结，成型时增大粒子流动性提高生坯密度，研究玻璃相对主晶相的润湿等措施。韦珍海6.瓷轴基本上是一层玻璃体，但从显微结构的角度来看，它可以分成几大类釉层并举例说明其中一种的釉层特点？ 参考答案：釉层可为三大类：玻璃釉、析晶釉（或称结晶轴）和分相釉.以玻璃釉为例，玻璃釉一般是无色透明的，由硅酸盐玻璃所组成。釉层除了多少有些釉

氧化铝陶瓷制作工艺

氧化铝陶瓷介绍 来自:中国特种陶瓷网发布时间:2005-8-3 11:51:15 氧化铝陶瓷制作工艺简介 氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。高纯型氧化铝陶瓷系Ａｌ２Ｏ３含量在９９．９％以上的陶瓷材料，由于其烧结温度高达１６５０—１９９０℃，透射波长为１～６μｍ，一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚：利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管；在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。普通型氧化铝陶瓷系按Ａｌ２Ｏ３含量不同分为９９瓷、９５瓷、９０瓷、８５瓷等品种，有时Ａｌ２Ｏ３含量在８０％或７５％者也划为普通氧化铝陶瓷系列。其中９９氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等；９５氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件；８５瓷中由于常掺入部分滑石，提高了电性能与机械强度，可与钼、铌、钽等金属封接，有的用作电真空装置器件。其制作工艺如下： 一粉体制备： 郑州玉发集团是中国最大的白刚玉生产商，和中科院上海硅酸盐研究所成立玉发新材料研究中心研究生产多品种α氧化铝。专注白刚玉和煅烧α氧化铝近30年，因为专注所以专业，联系QQ2596686490，电话156390七七八八一。 将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。粉体粒度在１μｍ?微米?以下，若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在９９．９９％外，还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。采用挤压成型或注射成型时，粉料中需引入粘结剂与可塑剂，?一般为重量比在１０—３０％的热塑性塑胶或树脂?有机粘结剂应与氧化铝粉体在１５０—２００℃温度下均匀混合，以利于成型操作。采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。若采用半自动或全自动干压成型，对粉体有特别的工艺要求，需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状，以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。此外，为减少粉料与模壁的摩擦，还需添加１～２％的润滑剂?如硬脂酸?及粘结剂ＰＶＡ。 欲干压成型时需对粉体喷雾造粒，其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。近年来上海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Ａｌ２Ｏ３喷雾造粒的粘结剂，在加热情况下有很好的流动性。喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散，流动角摩擦温度小于３０℃。颗粒级配比理想等条件，以获得较大素坯密度。 二成型方法： 氧化铝陶瓷制品成型方法有干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、流延、热压与热等静压成型等多种方法。近几年来国内外又开发出压滤成型、直接凝固注模成型、凝胶注成型、离心注浆成型与固体自由成型等成型技术方法。不同的产品形状、尺寸、复杂造型与精度的产品需要不同的成型方法。摘其常用成型介绍： １干压成型：氧化铝陶瓷干压成型技术仅限于形状单纯且内壁厚度超过１ｍｍ，长

低温共烧陶瓷学习资料

低温共烧陶瓷（LTCC）材料简介及其应用 电子科技大学微电子与固体电子学院 张一鸣2012033040022 一、简介 所谓低温共烧陶瓷（Low-temperature cofired ceramics, LTCC ）技术，就是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确且致密的生瓷带，作为电路基板材料，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在 一起，在900C烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。总之，利用这 种技术可以成功制造出各种高技术LTCC产品。多个不同类型、不同性能的无源元件集成在 一个封装内有多种办法，主要有低温共烧陶瓷（LTCC ）技术、薄膜技术、硅半导体技术、 多层电路板技术等。目前LTCC技术是无源集成的主流技术。LTCC整合型组件包括各种基 板承载或内埋式主动或被动组件产品，整合型组件产品项目包含零组件、基板与模块。 、LTCC技术特点 LTCC与其他多层基板技术相比较，具有以下特点： 1?易于实现更多布线层数，提高组装密度； 2?易于内埋置元器件，提高组装密度，实现多功能； 3?便于基板烧成前对每一层布线和互联通孔进行质量检查，有利于提高多层基板的成品率和 质量，缩短生产周期，降低成本； 4?具有良好的高频特性和高速传输特性； 5?易于形成多种结构的空腔，从而可实现性能优良的多功能微波MCM ； 6?与薄膜多层布线技术具有良好的兼容性，二者结合可实现更高组装密度和更好性能的混合 多层基板和混合型多芯片组件；

铁电陶瓷

第四章铁电陶瓷 一、教学内容及要求 掌握铁电体的基本概念，理解电滞回线的形成，理解BaTiO3的结构与自发极化特性以及其介电性能的特点，掌握电畴的基本概念，电畴的成核与生长过程，180°畴和90°畴的异同。理解居里温区的相变扩张的机理，几种相变扩散的异同。掌握展宽效应，移动效应，重叠效应的作用机制。掌握铁电老化，铁电疲劳，去老化的概念。 二、基本内容概述 4.1概述 重点掌握的几个概念：自发极化、、剩余极化、、矫顽场、铁电体、电滞回线、电畴、铁电陶瓷 1、感应式极化：离子晶体中最主要的极化形式是电子位移极化和离子位移极化，这两种极化都属于感应式极化，极化强度大小依赖于外施电场。线性关系，E=0，P=0。 2、自发极化：铁电体所表现的自发极化，却是不依赖于外电场，并能随外电场反向而发生反转。非线性关系，E=0，P≠0。 3、铁电体(ferroelectric)：具有自发极化，且自发极化方向能随外场改变的晶体。它们最显著的特征，或者说宏观的表现就是具有电滞回线。 4、电滞回线(hysteresis curve)：铁电体在铁电态下极化对电场关系的典型回线。 5、电畴（domain）：在铁电体中，固有电偶极矩在一定的子区域内取向相同的这些区域就称为电畴或畴。 6、畴壁（domain wall）：畴的间界。 7、铁电相变：铁电相与顺电相之间的转变。当温度超过某一值时，自发极化消失，铁电体变为顺电体。 8、居里温度（Curie temperature or Curie point）：铁电相变的温度。 9、铁电体的分类：1）按结晶化学；2）按力学性质；3）按相转变的微观机构；4）按极化轴多少。

陶瓷材料烧结实用实用工艺和性能测试实验指导书

陶瓷材料烧结工艺和性能测试实验指导书 1实验目的和意义 1）了解陶瓷材料的烧结和性能检测的工艺流程，掌握吸水率，表面气孔率，实际密度，线收缩率的测定方法。 2）利用实验找出材料的最优烧结工艺，包括烧结温度和烧结时间。 2 实验背景知识 2.1 烧结实验 在粉体变成的型坯中，颗粒之间结合主要靠机械咬合或塑化剂的粘合，型坯的强度不高。将型坯在一定的温度下进行加热，使颗粒间的机械咬合转变成直接依靠离子键，共价键结合，极大的提高材料的强度，这个过程就是烧结。 陶瓷材料的烧结分为三个阶段，升温阶段，保温阶段和降温阶段。 在升温阶段，坯体中往往出现挥发分排出、有机粘合剂等分解氧化、液相产生、晶粒重排与长大等微观现象。在操作上，考虑到烧结时挥发分的排除和烧结炉的寿命，需要在不同阶段有不同的升温速率。 保温阶段指型坯在升到的最高温度（通常也叫烧结温度）下保持的过程。粉体烧结涉及组成原子、离子或分子的扩散传质过程，是一个热激活过程，温度越高，烧结越快。在工程上为了保证效率和质量，保温阶段的最高温度很有讲究。烧结温度与物料的结晶化学特性有关，晶格能大，高温下质点移动困难，不利于烧结。烧结温度与材料的熔点有关系，对陶瓷而言是其熔点的0.7—0.9倍，对

金属而言是其熔点的0.4-0.7倍。 冷却阶段是陶瓷材料从最高温度到室温的过程，冷却过程中伴随有液相凝固、析晶、相变等物理化学变化。冷却方式、冷却速度快慢对陶瓷材料最终相的组成、结构和性能等都有很大的影响，所以所有的烧结实验需要精心设计冷却工艺。 由于烧结的温度如果过高，则可能出现材料颗粒尺寸大，相变完全等严重影响材料性能的问题，晶粒尺寸越大，材料的韧性和强度就越差，而这正是陶瓷材料的最大问题，所以要提高陶瓷的韧性，就必须降低晶粒的尺寸，降低烧结温度和时间。但是在烧结时，如果烧结温度太低，没有充分烧结，材料颗粒间的结合不紧密，颗粒间仍然是靠机械力结合，没有发生颗粒的重排，原子的传递等过程，那么材料就是不可用的。 2.2 性能检测 材料是否烧结良好，需要一定的检测手段。烧结的致密程度一般表现在密度是否高、材料内部的气孔的多少、表面的气孔多少和大小以及吸水能力的强弱。在本实验中，主要考察材料表面气孔率、相对密度、吸水率以及线收缩率。 2.2.1 目测 很多的实验，在烧结的过程中，可能由于很多的原因而出现表面裂纹，有些会出现表面的凹陷，所以，烧结后检测的第一步就是目测试样。如果出现以上的问题，则试样肯定是不合格的，其他的实验可以不用做了。目测的项目有是否出

《材料结构与性能》习题..

《材料结构与性能》习题 第一章 1、一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受的轴向拉力4500N。如直径拉细成2.4mm，问： 1)设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，求拉伸后的长度； 2)在此拉力下的真应力和真应变； 3)在此拉力下的名义应力和名义应变。 比较以上计算结果并讨论之。 2、举一晶系，存在S14。 3、求图1.27所示一均一材料试样上的A点处的应力场和应变场。 4、一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3（E=380GPa）和5%的玻璃相（E=84GPa），计算上限及下限弹性模量。如该陶瓷含有5%的气孔，估算其上限及下限弹性模量。 5、画两个曲线图，分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的关系。并注出：t=0,t=∞以及t=τε（或τσ）时的纵坐标。

6、一Al2O3晶体圆柱（图1.28），直径3mm，受轴向拉力F ，如临界抗剪强度τc=130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统时，所需之必要的拉力值。同 时计算在滑移面上的法向应力。 第二章 1、求融熔石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子

间距为1.6×10-8cm；弹性模量值从60到75GPa。 2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GPa；γ=1.56J/m2；理论强度。如材料中存在最大长度为的内裂，且此内裂垂直于作用力的方向，计算由此而导致的强度折减系数。 3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁法的计算公式： 与 是一回事。 4、一陶瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图2.41所示。如果E=380GPa，μ=0.24，求KⅠc值，设极限载荷达50㎏。计算此材料的断裂表面能。 5、一钢板受有长向拉应力350 MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷，长8mm（=2c）。此钢材的屈服强度为1400MPa，计算塑性区尺寸r0及其与裂缝半长c的比值。讨论用此试件来求KⅠc值的可能性。

以MnO2-TiO2-MgO为添加剂注浆成型低温烧结Al2O3陶瓷

以MnO2-TiO2-MgO为添加剂注浆成型低温烧结Al2O3陶瓷 采用注浆成型方法,通过加入MnO2-TiO2-MgO复相添加剂,在1350℃空气气氛中常压烧结,获得了相对密度最大为95.7%的氧化铝陶瓷。研究了MnO2-TiO2-MgO复相添加剂对氧化铝陶瓷显微结构与力学性能的影响。在添加质量分数为3%MnO2,0.5%MgO的情况下,比较添加不同质量分数的TiO2（1.0～3.0%）对氧化铝陶瓷烧结性能的影响。通过对比发现,该复相添加剂能有效降低氧化铝陶瓷的烧结温度,在同一温度下,随着TiO2的增加,烧结体密度也随之增加,强度也有明显差别。结果表明,1350℃下Al2O3＋0.5%MgO＋3%MnO2＋1.5%TiO2体系烧结效果最好,断口为沿晶断裂,无明显气孔,晶粒分布均匀,平均粒径为2μm,无晶粒异常长大现象。烧结体密度达到3.80g/cm^3,抗弯强度为243MPa。 结果表明,添加TiO2 5%、在1300oC时的常压烧结密度可达到理论值的97%. 固定CuO(0.4%)和TiO 2(4%)的添加量、改变TiO 2 (0--32%)和CuO(0--3.2%)的添加 量(质量分数, 下同), 研究了CuO--TiO 2 复合助剂对氧化铝陶瓷烧结性能、微观结构、物相组成以及烧结激活能的影响, 以揭示复合助剂的低温烧结机理。结果 表明, 在1150--1200℃TiO 2固溶入Al 2 O 3 生成Al 2 Ti 7 O 15 相, 并生成大量正离子空 位提高了扩散系数, 从而以固相反应烧结的作用机理促进了氧化铝陶瓷的致密 化; TiO 2在Al 2 O 3 中的极限固溶度为2%--4%, 超过固溶极限的TiO 2 对陶瓷烧结没 有促进作用; 添加适量的CuO(0.4%)可将TiO 2在Al 2 O 3 中的固溶温度降低到 1100℃以下, 并以液相润湿作用促进氧化铝陶瓷的致密烧结。陶瓷烧结激活能的 计算结果定量地印证了上述烧结机理; 当在Al 2O 3 中添加4%的TiO 2 和2.4%的CuO, 可将烧结激活能降低到54.15 kJ ? mol-1。 研究了单独引入TiO2、CAS（CaO-Al2O3-SiO2）及协同引入TiO2和CAS时3种情形对氧化铝材料显微结构影响。实验表明,单独引入TiO2时,随添加量从0.15%（质量分数,下同）增加到0.60%,Al2O3样品的晶粒形貌由正常生长逐渐向异向生长和异常长大转变;而单独引入CAS,即使添加量达到2.0%,Al2O3晶粒也没有出现异向生长和异常长大;实验还表明,在添加TiO2,同时引入CAS时,可以有效抑制TiO2添加所引起的Al2O3晶粒异常长大和异向生长。对CAS添加剂抑制晶粒异常长大和异向生长的原因进行了讨论。 高温球阀喷涂 Al2O3-TiO2 和 WC-Co 涂层的耐磨粒磨损 性能研究 上海沪工阀门厂 2010-07-19 摘要：采用激光等离子喷涂技术在已失效的高温球阀基体材料上制备 Al2O3-TiO2与WC-Co 金属陶瓷涂层，在摩擦磨损试验机上时涂层的耐磨粒磨损性能进行研究，利用扫描电镜、光学显微镜对涂层的显微组织结构、磨损表面及其相组进行分析，并采用维氏显微硬度

[整理]低温共烧陶瓷

低温共烧陶瓷(LTCC)技术应用进展 马勇甜 陕西国防学院微电3091 22# 710300 摘要 : 作为一种新兴的集成封装技术，低温共烧陶瓷(型化、高可靠而备受关注.介绍了低温共烧陶瓷技术的工艺、领域应用的可行性. 关键词: LTCC技术;工艺;材料特性;应用;发展趋势 1引言 迅速向短、近年来随着军用电子整机、通讯类电子产品及消费类电子品小、轻、薄方向发展，手机、PDA、MP3、笔记本电脑等终端系统的功能愈来愈多，体积愈来愈小，电路组装密度愈来愈高[‘一31。若能将部分无源元件集成到基板中，则不仅有利于系统的小型化，提高电路的组装密度，还有利于提高系统的可靠性。 目前的集成封装技术主要有薄膜技术、硅片半导体技术、多层电路板技术以及LTCC 技术。LTCC技术是一种低成本封装的解决方法，具有研制周期短的特点。本文综合介绍了LTCC技术的现状、工 艺及其优势，探讨了LTCC技术在开发功能器件及模块，特别是高频功能模块应用的可行性。Z LTCC技术概述 LT CC 技术是一门新兴的集成封装技术。所谓LTCC技术，就是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在90℃左右烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。总之，利用这种工艺可以成功地制造出各种高技术LTCC产品。以多层LTCC开发的产品具有系统面积最小化、高系统整合度、系统功能最佳化、较短的上市时间及低成本等特性，从而具有相当的竞争力相对于传统的封装集成技术LTCC技术具有如下优点: (1) 陶瓷材料具有优良的高频高Q特性，使用频率可高达几十GHz; (2 )具有较好的温度特性，如较小的热膨胀系数、较小的介电常数温度系数; (3 )可以制作层数很多的电路基板，并可将多个无源元件埋入其中，除L、R、C外，还可

氧化铝陶瓷的烧结动力学研究

氧化铝陶瓷的烧结动力学研究 摘要：本文概述了陶瓷的烧结，介绍了氧化铝陶瓷的烧结动力学背景及研究和发展现状。介绍了烧结动力学的理论研究，举例说明了氧化铝陶瓷烧结过程中的动力学，及添加剂对其烧结性能的影响。 关键词：氧化铝陶瓷 烧结动力学 添加剂 1 前言 陶瓷制品的烧结，是其制备过程中的一个重要环节，是其在高温下通过一系列内部物理化学过程，获得一定密度、微观结构、抗弯强度和断裂韧度等性能的一个过程。。对陶瓷烧结理论的研究已有近百年的历史，自从Kuczynski 开创烧结理论以来，多种烧结理论与模型相继被提出[1]。 众所周知，Al 2O 3陶瓷具有许多优良性能，用途广泛，因而迄今仍然是受到人们青睐的重要材料之一。Al 2O 3，熔点高、离子键较强，从而导致其质点扩散系数低、烧结温度较高，因而材料晶粒较粗大，残余气孔也聚集长大，导致材料力学性能降低，同时造成材料气密性差。为此许多学者一直不遗余力从事降低氧化铝陶瓷烧结温度、获得细晶结构的材料研究[2]。 Al 2O 3作为一种研究较早、应用广泛的陶瓷材料；具有高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优异性能，来源广泛，价格低廉，倍受青睐，其价格低廉越不易氧化和腐蚀。单相Al 2O 3，脆性大、韧性低，材料研究者在Al 2O 3基体中加入不同的增韧补强相，在一定程度上改善了Al 2O 3陶瓷材料的力学性能，使得其应用领域进一步扩大。目前，Al 2O 3基陶瓷材料的制备主要依靠热压烧结，其制品形状简单，嫩产效率低；同时，烧结制品的微观结构具有各向异性，导致其使用性能也具有备向异性[3]。添加剂通过2种作用方式促进氧化铝陶瓷的烧结：(1)与氧化铝基体形成固溶体，通过增加氧化铝的晶格畸变，使扩散速率变大，从而促进烧结；(2)添加剂本身或者添加剂与氧化铝基体之间形成液相。液相的存在方便了氧化铝颗粒的重排，同时通过融解一沉淀机理促进烧结，甚至可以实现氧化铝陶瓷的低温烧结，使氧化铝陶瓷的烧结温度降低到1400℃以下[4]。本文通过动力学基本理论及模型，研究了氧化铝陶瓷的烧结动力学及不同添加剂对其烧结性能的影响及动力学分析。 2 烧结理论 2.1 烧结过程

铁电材料性能研究

●总的看来，与其它各类阴极相比，铁电阴极具有自身独特的技术优势： (1) 铁电阴极可在常温下实现激励且伴生有空间电荷平衡的等离子体环 境，使得电子束具有非常小的发散角度和较高的束亮度，所以铁电 阴极又常称作铁电冷阴极(ferroelectric cold cathode)； (2) 通过阴极表面覆盖金属膜形状的设计，容易产生不同的束截面形状； (3) 铁电材料不怕“中毒”，因而对真空环境要求不苛刻； (4) 铁电材料价格低廉，易于制作，结构紧凑，坚固可靠； (5) 铁电冷阴极材料是绝缘体，功函数较低，因而可在较低的萃取电场 作用下实现电子发射；(6) 铁电体的快极化反转理论上可产生5 210 A/cm 量级的最大电流密度，远远超过了热电子阴极和激光照射的光电阴极电子源。 (7) 发射电子能量高 由周期性的自发极化反转产生的铁电体电子发射可用于新型的平面显示器。电子发射出现于电极形状决定的极化区域。因此，铁电显示器可做成投射型显示器，即通过投射转换把整幅图像一次性转换成电信号，而这对于一般场电子发射显示系统是不可能的。铁电陶瓷平板显示技术与其他一些平板显示技术相比,具有许多优点。铁电陶瓷板和铁电薄膜制备工艺较为简单,成本较低,可有效降低平板显示器的制造成本。同时可以根据需要制作出各种尺寸和形状的陶瓷板或薄膜,易于制作出大尺寸的平板显示器,满足市场的需要。现代陶瓷制备技术和薄膜制备技术可以保证制造出高度均匀的铁电陶瓷板和铁电薄膜,使得其在铁电发射时能均匀地发射电子,保证显示器亮度的均匀性。用铁电陶瓷或薄膜代替场致发射显示器中的微尖端场发射阵列,可以避免因微尖端场发射阵列制备不均匀而带来的显示器亮度不均问题。 ●铁电阴极发射的机理主要有两种： 1、快速极化反转引起的电子发射 这种理论认为铁电材料具有自发极化强度 P，在平衡状态下，这种自发极化被表面电荷屏蔽。当施加外电场，机械压力，或者温度发生变化，都会导致 P 的反转，这时铁电材料表面原来的屏蔽电荷就会转变为非补偿性电荷，这种非补偿性

65瓷的低温烧成

65高铝瓷的低温烧成 姓名： 班级： 学校： 专业：

65高铝瓷的低温烧成 摘要：本文从原料细度、化学组成以及烧成工艺三方面对氧化铝陶瓷烧结温度的影响进行了概述，简要介绍了几种降低氧化铝陶瓷烧结温度的实用工艺与方法。 关键词：氧化铝陶瓷，低温烧成 1引言： 氧化铝陶瓷是一种以Al2O3为主要原料，以刚玉为主晶相的陶瓷材料。随着科学技术的发展．特别是能源、空问技术的发展，对材料的性能要求也越来越高，氧化铝陶瓷由于强度高、耐高温、绝缘性好、耐腐蚀．且具有良好的机电性能．广泛应用于电子、机械、化工工业等，如利用其机械强度较高，绝缘电阻较大的性能．可以用作真空器件、电路基板等；利用其耐高温性．可以用做：坩埚、钠光灯管等；利用其稳定的化学性能．可以用作生物陶瓷、催化载体等。然而，由于氧化铝熔点高达2050℃，导致氧化铝陶瓷的烧结温度普遍较高，从而使得氧化铝陶瓷的制造需要使用高温发热体或高质量的燃料以及高级耐火材料作窑炉和窑具，这在一定程度上限制了它的生产和更广泛的应用。因此，降低氧化铝陶瓷的烧结温度，降低能耗，缩短烧成周期，从而降低生产成本，一直是企业所关心和急需解决的重要课题。 目前，对氧化铝陶瓷低温烧结技术的研究工作已很广泛和深入，从75瓷到99瓷都有系统的研究，业已取得显著成效。表一是各类氧化铝陶瓷的烧成情况。 表中低温烧结氧化铝陶瓷的各项机电性能均达到了相应瓷种的国家标准，当前各种氧化铝瓷的低温烧结技术，归纳起来，主要是从原料加工、配方设计和烧成工艺等三方面来采取措施。 2实验 实验研究以氧化铝含量为65%的高铝瓷为对象。烧成温度控制在1260 ~1300℃，强度大于240Mpa。 2.1实验原料 本实验原料采用工业氧化铝（纯度99.8%,平均粒径5um）和CaO-MgO-SiO2玻璃相(CMS)分别按30∶9∶21的质量比称量混合的添加剂作为烧结助剂，以及TiO2(纯度99%,平均粒径2.7μm) 。

铁电材料的特性及应用综述

铁电材料的特性及应用综述 孙敬芝 （河北联合大学材料科学与工程学院河北唐山 063009）摘要：铁电材料具有良好的铁电性、压电性、热释电以及性光学等特性以及原理，铁电材料是具有驱动和传感2 种功能的机敏材料, 可以块材、膜材(薄膜和厚膜) 和复合材料等多种形式应用, 在微电子机械和智能材料与结构系统中具有广阔的潜在应用市场。 关键词：铁电材料；铁电性；应用前景 C haracteristics and Application of Ferroelectric material Sun Jingzhi ( Materials Science and Engineering college, Hebei United University Tangshan 063009,China ) Abstract:Ferroelectric material has good iron electrical, piezoelectric , pyroelectric and nonlinear optical properties, such as a driver and sensing two function piezoelectric materials, can block material, membrane materials (film and thick film) and the compound Material of a variety of forms such as application, in microelectromechanical and intelligent materials and structures in the system with vast potential application market. Keywords: ferroelect ric materials Iron electrical development trend 0前言 晶体按几何外形的有限对称图象, 可以分为32 种点群, 其中有10 种点群: 1, 2, m , mm 2, 4,4mm , 3, 3m , 6, 6mm , 它们都有自发极化。从对称性分析它们的晶体结构都具有所谓的极轴, 即利用对称操作不能实现与晶体的其它晶向重合的轴向, 极轴二端具有不同的物理性能。从物理性质上看, 它们不但具有自发极化, 而且其电偶极矩在外电场作用下可以改变方向。在介电强度允许条件下, 能够形成电滞回线。晶体这种性能称为铁电性, 具有铁电性的材料称为铁电材料。1920 年法国人V alasek 发现了罗息盐(酒石酸钾钠 ) 的特异介电性, 导致“铁电性”概念的出现(也有人认为概念出现更早)。现在各种铁电材料十分丰富,

氧化铝陶瓷的烧结教材

氧化铝陶瓷的烧结 摘要：随着科学技术与制造技术日新月异的发展，氧化铝陶瓷在现代工业中得到了深入的发展和广泛的应用。本文就氧化铝陶瓷的烧结展开论述。主要涉及原料颗粒和烧结助剂两方面，以获得性能良好的陶瓷材料，对满足工业生产和社会需求有非常重要的意义。 关键词：氧化铝；原料颗粒；烧结助剂； 1 引言 在科学技术和物质文明高度发达的现代社会中，人类赖以制成各种工业产品的材料实在千差万别，但总体包括起来，无非金属、有机物及陶瓷三大类[1]。氧化铝陶瓷是目前世界上生产量最大、应用面最广的陶瓷材料之一，具有机械强度高、电阻率高、电绝缘性好、硬度和熔点高、抗腐蚀性好、化学稳定性优良等性能，而且在一定条件下具有良好的光学性和离子导电性。基于Al2O3陶瓷的一系列优良性能，其广泛应用于机械、电子电力、化工、医学、建筑以及其它的高科技领域[2]。在氧化铝陶瓷的生产过程中, 无论是原料制备、成型、烧结还是冷加工, 每个环节都是不容忽视的。目前氧化铝陶瓷制备主要采用烧结工艺[3]，坯体烧结后，制品的显微结构及其内在性能发生了根本的改变,很难通过其它办法进行补救。因此，深入研究氧化铝陶瓷的烧结技术及影响因素，合理选择理想的烧结制度确保产品的性能、分析烧结机理、研究添加剂工作机理等对氧化铝陶瓷生产极有帮助，为氧化铝陶瓷的更广泛应用提供理论依据，为服务生产和社会需要非常重要。 2 氧化铝陶瓷简介 Al2O3是新型陶瓷制品中使用最为广泛的原料之一，具有一系列优良的性能[4]。Al O3陶瓷通常以配料或瓷体中的Al2O3的含量来分类，目前分为高纯型与2 普通型两种。高纯型氧化铝陶瓷系Al2O3含量在99.9%以上的陶瓷材料。由于其

氧化铝瓷低温烧结

氧化铝陶瓷的低温烧结技术 氧化铝陶瓷是一种以Ａｌ２Ｏ３为主要原料，以刚玉（α—Ａｌ２Ｏ３）为主晶相的陶瓷材料。因其具有机械强度高、硬度大、高频介电损耗小、高温绝缘电阻高、耐化学腐蚀性和导热性良好等优良综合技术性能，以及原料来源广、价格相对便宜、加工制造技术较为成熟等优势，氧化铝陶瓷已被广泛应用于电子、电器、机械、化工、纺织、汽车、冶金和航空航天等行业，成为目前世界上用量最大的氧化物陶瓷材料。然而，由于氧化铝熔点高达２０５０℃，导致氧化铝陶瓷的烧结温度普遍较高（参见表一中标准烧结温度），从而使得氧化铝陶瓷的制造需要使用高温发热体或高质量的燃料以及高级耐火材料作窑炉和窑具，这在一定程度上限制了它的生产和更广泛的应用。因此，降低氧化铝陶瓷的烧结温度，降低能耗，缩短烧成周期，减少窑炉和窑具损耗，从而降低生产成本，一直是企业所关心和急需解决的重要课题。 目前，对氧化铝陶瓷低温烧结技术的研究工作已很广泛和深入，从７５瓷到９９瓷都有系统的研究，业已取得显著成效。表一是已实现的各类氧化铝陶瓷低温烧结情况。 表中低温烧结氧化铝陶瓷的各项机电性能均达到了相应瓷种的国家标准，甚至中铝瓷在某些技术标准上超过高铝瓷的国标，如中科院上海硅酸盐研究所研制的１３６０℃烧成的８５瓷，其抗弯强度超过９９％Ａｌ２Ｏ３陶瓷的国标，各项电性能都优于９５％Ａｌ２Ｏ３瓷的国标；Ａｌ２Ｏ３含量分别为９０％和９５％的低温烧结陶瓷，其机电性能都优于９５瓷及９９瓷的国标。 纵观当前各种氧化铝瓷的低温烧结技术，归纳起来，主要是从原料加工、配方设计和烧成工艺等三方面来采取措施，下面分别加以概述。 一、通过提高Ａｌ２Ｏ３粉体的细度与活性降低瓷体烧结温度。 与块状物相比，粉体具有很大的比表面积，这是外界对粉体做功的结果。利用机械作用或化学作用来制备粉体时所消耗的机械能或化学能，部分将作为表面能而贮存在粉体中，此外，在粉体的制备过程中，又会引起粉粒表面及其内部出现各种晶格缺陷，使晶格活化。由于这些原因，粉体具有较高的表面自由能。粉体的这种表面能是其烧结的内在动力。因此，Ａｌ２Ｏ３粉体的颗粒越细，活化程度越高，粉体就越容易烧结，烧结温度越低。在氧化铝瓷低温烧结技术中，使用高活性易烧结Ａｌ２Ｏ３粉体作原料是重要的手段之一，因而粉体制备技术成为陶瓷低温烧结技术中一个基础环节。 目前，制备超细活化易烧结Ａｌ２Ｏ３粉体的方法分为二大类，一类是机械法，另一类是化学法。机械法是用机械外力作用使Ａｌ２Ｏ３粉体颗粒细化，常用的粉碎工艺有球磨粉碎、振磨粉碎、砂磨粉碎、气流粉碎等等。通过机械粉碎方法来提高粉料的比表面积，尽管是有效的，但有一定限度，通常只能使粉料的平均粒径小至１μｍ左右或更细一点，而且有粒径分布范围较宽，容易带入杂质的缺点。近年来，采用湿化学法制造超细高纯Ａｌ２Ｏ３粉体发展较快，其中较为成熟的是溶胶—凝胶法。由于溶胶高度稳定，因而可将多种金属离子均匀、稳定地分布于胶体中，通过进一步脱水形成均匀的凝胶（无定形体），再经过合适的处理便可获得活性极高的超微粉混合氧化物或均一的固溶体。目前此法大致有以下３种工艺流程。（１）形成金属氧有机基络合物溶胶→水解并缩合成含羟基的三度空间高分子结构→溶胶蒸发脱水成凝胶→低温煅烧成活性氧化物粉料。（２）含有不同金属离子的酸盐溶液和有机胶混合成溶液→溶胶蒸发脱水成凝胶→低温煅烧成粉体。（３）含有不同金属离子的溶胶直接淬火、沉积或加热成凝

多孔陶瓷的结构及性能

多孔陶瓷的结构性能及应用 摘要：本文综合论述多孔陶瓷的结构、组成、性能并围绕其在能源与环保领域的应用展开介绍，体现其作为一种绿色环保材料的重要意义和应用价值。 关键词：多孔陶瓷；结构；组成；性能；应用；能源；绿色 前言： 当今世界，工农业的发展导致了能源的大量消耗和环境的恶化，解决能源和环境问题已刻不容缓。人们越来越关注可持续发展的问题，世界各国都对这一问题予以充分重视，并将其作为重要内容列入国家发展计划。煤炭、石油和天然气等大量不可再生能源的消耗使得人们不得不考虑如何节能以及如何寻找新的替代能源？而由于污染带来的各种生态环境破坏，对自然的和谐发展和人类健康带来了空前的挑战。因此，在二十一世纪，着眼于解决能源与环境问题的高新技术将得到广泛关注，并将对自然和社会的良性发展起到重要作用。 正文： 一、什么是多孔体陶瓷 多孔陶瓷是一种含有气孔的固体材料，一般来说，气孔在多孔陶瓷体中所占的体积分数在20％到95％之间。根据气孔的类型，可以分为开气孔和闭气孔两种，前者的气孔都是相互贯通的并与外界环境相连，而后者则是封闭在陶瓷体内的孤立气孔，在不同的场合中它们分别有不同的用途。

根据应用的目的不同，多孔陶瓷材料的组成也不同，具体包括氧化铝、堇青石、莫来石、海泡石、碳化硅、氧化锆、羟基磷灰石等等。为了获得一定形状和结构的多孔陶瓷材料，制备工艺过程起到了决定作用。目前，主要的几种多孔陶瓷制备工艺包括发泡工艺、挤出成型工艺以及有机泡沫浸渍工艺，这三种工艺制得的多孔制品分别被形象地称为泡沫多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷和网眼多孔陶瓷。 由于其本身具有的独特性能，多孔陶瓷已经在我们的日常生活和现代工业生产中得到广泛的应用，包括分离与过滤、催化剂及其载体、生物反应器、燃料电池材料、气体传感器、隔热材料、热交换器、生物医学材料等等。能源和环境问题是社会健康和谐发展的永恒主题，多孔陶瓷在这些领域的广泛应用将产生不可估量的经济和社会效益。 二、多孔陶瓷的结构及其性能 多孔陶瓷材料由于其独特的多孔结构而具有热导率低、体积密度小、比表面积高，以及具有独特物理和化学性能的表面结构等优点，加之陶瓷材料本身特有的耐高温、化学稳定性好、强度高等特点，使多孔陶瓷在能源和环境领域有广泛的应用，具体体现在以下各个方面：1．消声器。在城市生活中，噪音是一种重要的污染。走在城市的街道上，可以听到来自于汽车排气管、飞机飞行以及空调压缩机工作等造成的各种让人心烦的噪声，而这一切其实都可以通过应用多孔陶瓷得以缓解，甚至消除。多孔陶瓷具有丰富的孔隙，当声波传播到多孔陶瓷上时，在网状的孔隙内引起空气的振动，进而通过空气与多