[科普中國]-助燒結(jié)劑

20 世紀(jì)70年代以來, 人們進(jìn)行了大量選擇助燒劑的研究，有B-C、Al2O3-Y2O3(YAG)、Al-B-C等,而且復(fù)合添加的比單一的燒結(jié)效果好。

SiC是一種共價鍵性很強的化合物,其自擴散系數(shù)極小,可燒結(jié)性很差。添加助燒劑后可使SiC在較低的溫度發(fā)生燒結(jié)。

不同助燒結(jié)劑及造孔劑對SiC多孔陶瓷的影響對于以Al2O3-Y2O3為助燒劑的SiC多孔陶瓷,根據(jù)Al2O3-Y2O3-SiO2相圖,此三元系統(tǒng)中液相出現(xiàn)的溫度均較Al2O3-Y2O3的1760℃和Y2O3-SiO2的1650℃要低得多,再加上SiO2的活性很高,所以出現(xiàn)液相的溫度可能更低,可以達(dá)到1400℃以下。因此可以認(rèn)為,在本試驗的1550℃的燒結(jié)溫度下,Al2O3-Y2O3-SiO2形成了液相,屬于液相燒結(jié)。

向SiC中添加一定配比的Si粉,意在使Si能夠與SiC表面的C發(fā)生反應(yīng),生成新的SiC相,從而將SiC顆粒彼此連接起來。在本實驗條件下,真空燒結(jié)的溫度為1550℃,高于Si的熔點(1420℃),使Si發(fā)生熔融。熔融的Si更有利于降低Si C燒結(jié)的溫度和增加燒結(jié)驅(qū)動力,使Si和C反應(yīng)生成新相的過程更加完全,促進(jìn)SiC的燒結(jié)。

以Al2O3-Y2O3及Si為助燒劑的試樣中均有液相生成的特征。雖然如此,但同時也可以看出,以Al2O3-Y2O3為燒結(jié)劑的SiC多孔陶瓷中的孔洞較小,結(jié)構(gòu)較為緊密;而以Si為燒結(jié)劑的SiC多孔陶瓷中出現(xiàn)了較大的孔洞,而且陶瓷顆粒結(jié)合疏松。未加入造孔劑的試樣由于SiC顆粒間的間隙具有一定的氣孔率。由此可見,加入Al2O3-Y2O3助燒結(jié)劑后,經(jīng)過預(yù)氧化處理,比Si更能有效地促進(jìn)SiC的燒結(jié),有利于提高Si C陶瓷的孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。1

納米氧化鋁制備氧化鋁陶瓷膜支撐體陶瓷無機膜具有如耐高溫、耐酸堿和生物腐蝕、機械強度高、可反復(fù)清洗再生利用、使用壽命長等許多的優(yōu)點，在石油化工、微生物化工、醫(yī)藥和食品等領(lǐng)域的獲得廣泛應(yīng)用。為滿足特定使用環(huán)境的需要和提高陶瓷膜的滲透通量，目前通常采用大粒徑的Al2O3用作陶瓷膜支撐體的制備材料。由于Al2O3的熔點為 2050℃，大粒徑的 α-Al2O3陶瓷膜支撐體的燒結(jié)需要1700℃以上，因此，陶瓷膜支撐體的能耗極大。盡管以高嶺土 - 白云石，天然沸石，SiO2為主要原料可在較低的燒結(jié)溫度下制備出陶瓷膜支撐體，但這種陶瓷膜支撐體不適用于苛性環(huán)境中使用。無論是以紫木節(jié)、滑石粉、膨潤土和高嶺土、滑石為助燒結(jié)劑，還是以TiO2和TiO2/Cu(NO3)2為燒結(jié)助劑，均是通過形成液相促進(jìn)α-Al2O3顆粒的燒結(jié)來制備多孔α-Al2O3氧化鋁支撐體。受毛細(xì)管力的作用，高溫液相的物質(zhì)會堆積在氧化鋁顆粒的頸部，這樣所得的陶瓷膜支撐體，盡管酸堿腐蝕的質(zhì)量損失率不高，但強度卻因氧化鋁顆粒頸部連接的減弱而明顯下降。為此，黃肖容提出使用納米氫氧化鋁溶膠作為燒結(jié)助劑，可有效降低基體的燒結(jié)溫度，而不引入其它物質(zhì)。但這種方法只適于小粒徑的氧化鋁粉體，因為小粒徑的氧化鋁粉體才易于與納米氫氧化鋁溶膠均勻混合，通過納米氫氧化鋁溶膠的燒結(jié)促進(jìn)小粒徑的氧化鋁粉體的燒結(jié)。對于大粒徑的 α-Al2O3粉體，納米氫氧化鋁溶膠會大粒徑的α-Al2O3顆粒堆積的間隙中聚集，在燒結(jié)過程中優(yōu)先燒結(jié)成大粒徑顆粒，而無法起到助燒結(jié)作用，如何解決粒徑差距非常大的粉體間的混合成為需要研究的問題。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李斌 - 副教授 - 西南大學(xué)