[科普中国]-助烧结剂

20 世纪70年代以来, 人们进行了大量选择助烧剂的研究，有B-C、Al2O3-Y2O3(YAG)、Al-B-C等,而且复合添加的比单一的烧结效果好。

SiC是一种共价键性很强的化合物,其自扩散系数极小,可烧结性很差。添加助烧剂后可使SiC在较低的温度发生烧结。

不同助烧结剂及造孔剂对SiC多孔陶瓷的影响对于以Al2O3-Y2O3为助烧剂的SiC多孔陶瓷,根据Al2O3-Y2O3-SiO2相图,此三元系统中液相出现的温度均较Al2O3-Y2O3的1760℃和Y2O3-SiO2的1650℃要低得多,再加上SiO2的活性很高,所以出现液相的温度可能更低,可以达到1400℃以下。因此可以认为,在本试验的1550℃的烧结温度下,Al2O3-Y2O3-SiO2形成了液相,属于液相烧结。

向SiC中添加一定配比的Si粉,意在使Si能够与SiC表面的C发生反应,生成新的SiC相,从而将SiC颗粒彼此连接起来。在本实验条件下,真空烧结的温度为1550℃,高于Si的熔点(1420℃),使Si发生熔融。熔融的Si更有利于降低Si C烧结的温度和增加烧结驱动力,使Si和C反应生成新相的过程更加完全,促进SiC的烧结。

以Al2O3-Y2O3及Si为助烧剂的试样中均有液相生成的特征。虽然如此,但同时也可以看出,以Al2O3-Y2O3为烧结剂的SiC多孔陶瓷中的孔洞较小,结构较为紧密;而以Si为烧结剂的SiC多孔陶瓷中出现了较大的孔洞,而且陶瓷颗粒结合疏松。未加入造孔剂的试样由于SiC颗粒间的间隙具有一定的气孔率。由此可见,加入Al2O3-Y2O3助烧结剂后,经过预氧化处理,比Si更能有效地促进SiC的烧结,有利于提高Si C陶瓷的孔结构稳定性。1

纳米氧化铝制备氧化铝陶瓷膜支撑体陶瓷无机膜具有如耐高温、耐酸碱和生物腐蚀、机械强度高、可反复清洗再生利用、使用寿命长等许多的优点，在石油化工、微生物化工、医药和食品等领域的获得广泛应用。为满足特定使用环境的需要和提高陶瓷膜的渗透通量，目前通常采用大粒径的Al2O3用作陶瓷膜支撑体的制备材料。由于Al2O3的熔点为 2050℃，大粒径的 α-Al2O3陶瓷膜支撑体的烧结需要1700℃以上，因此，陶瓷膜支撑体的能耗极大。尽管以高岭土 - 白云石，天然沸石，SiO2为主要原料可在较低的烧结温度下制备出陶瓷膜支撑体，但这种陶瓷膜支撑体不适用于苛性环境中使用。无论是以紫木节、滑石粉、膨润土和高岭土、滑石为助烧结剂，还是以TiO2和TiO2/Cu(NO3)2为烧结助剂，均是通过形成液相促进α-Al2O3颗粒的烧结来制备多孔α-Al2O3氧化铝支撑体。受毛细管力的作用，高温液相的物质会堆积在氧化铝颗粒的颈部，这样所得的陶瓷膜支撑体，尽管酸碱腐蚀的质量损失率不高，但强度却因氧化铝颗粒颈部连接的减弱而明显下降。为此，黄肖容提出使用纳米氢氧化铝溶胶作为烧结助剂，可有效降低基体的烧结温度，而不引入其它物质。但这种方法只适于小粒径的氧化铝粉体，因为小粒径的氧化铝粉体才易于与纳米氢氧化铝溶胶均匀混合，通过纳米氢氧化铝溶胶的烧结促进小粒径的氧化铝粉体的烧结。对于大粒径的 α-Al2O3粉体，纳米氢氧化铝溶胶会大粒径的α-Al2O3颗粒堆积的间隙中聚集，在烧结过程中优先烧结成大粒径颗粒，而无法起到助烧结作用，如何解决粒径差距非常大的粉体间的混合成为需要研究的问题。2

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李斌 - 副教授 - 西南大学