Công nghệ thiêu kết ở nhiệt độ thấp của gốm sứ nhôm

Hiện tại, công nghệ thiêu kết ở nhiệt độ thấp của các loại gốm sứ alumin khác nhau có thể được tóm tắt ở ba khía cạnh: xử lý nguyên liệu, thiết kế công thức và quy trình thiêu kết. Sau đây là tóm tắt tương ứng.

1. Bằng cách giảm kích thước hạt của bột alumin và tăng hoạt tính của bột, nhiệt độ thiêu kết của thân sứ có thể được giảm xuống.

Bột có năng lượng bề mặt tự do cao hơn, năng lượng bề mặt của bột là động lực bên trong của quá trình thiêu kết, do đó, các hạt bột Al2O3 càng mịn thì mức độ hoạt hóa càng cao, bột càng dễ thiêu kết và càng thấp Nhiệt độ thiêu kết là Trong công nghệ nung kết ở nhiệt độ thấp của gốm sứ alumin là một trong những phương tiện quan trọng để sử dụng bột alumin hoạt tính cao làm nguyên liệu, vì vậy công nghệ chuẩn bị bột trở thành một mắt xích cơ bản trong công nghệ nung kết nhiệt độ thấp của gốm sứ.

Hiện nay, các phương pháp điều chế bột alumin dễ nung kết hoạt tính siêu mịn được chia thành hai loại, một là phương pháp cơ học, hai là phương pháp hóa học.

Phương pháp cơ học

Hạt Al2O3 được tinh luyện bằng ngoại lực cơ học. Công nghệ nghiền thường được sử dụng bao gồm nghiền bi, nghiền rung, nghiền cát, nghiền dòng khí, v.v. Mặc dù có hiệu quả để tăng diện tích bề mặt cụ thể của bột bằng phương pháp nghiền cơ học, nhưng thường chỉ có thể giảm các hạt trung bình. kích thước của bột khoảng 1 m hoặc mịn hơn một chút. Hơn nữa, nó có phạm vi phân bố cỡ hạt rộng và dễ mang tạp chất vào.

Phương pháp hóa học

Trong những năm gần đây, việc sản xuất bột Al2O3 siêu mịn và có độ tinh khiết cao bằng phương pháp hóa ướt đã phát triển nhanh chóng, trong đó phương pháp sol-gel ngày càng phát triển hơn. Do tính ổn định cao của sol nên nhiều loại ion kim loại có thể đồng đều và ổn định phân bố trong chất keo, qua quá trình khử nước tiếp tục để tạo thành gel đồng nhất (cơ thể vô định hình), và sau đó sau khi xử lý thích hợp có thể thu được hoạt tính cực cao của oxit hỗn hợp bột siêu mịn hoặc dung dịch rắn đồng nhất.

2. Giảm nhiệt độ nung kết của thân sứ thông qua thiết kế và pha tạp công thức vật liệu sứ

Nhiệt độ nung kết của gốm sứ alumin chủ yếu được xác định bởi hàm lượng của alumin trong thành phần hóa học của nó. Hàm lượng alumin càng cao thì nhiệt độ nung kết của vật liệu sứ càng cao. Ngoài ra, nó còn liên quan đến hệ thống thành phần của vật liệu sứ, tỷ lệ thành phần và chủng loại thêm vào, do đó, trên cơ sở đảm bảo thân gốm đáp ứng được mục đích và yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm, chúng ta có thể lựa chọn một cách hợp lý. hệ thống vật liệu gốm thông qua thiết kế công thức, và thêm các chất phụ gia thích hợp để giúp nung, để giảm nhiệt độ nung kết của gốm sứ alumin càng nhiều càng tốt.

Hiện tại, các chất phụ gia được thêm vào trong thiết kế công thức có thể được chia thành hai loại theo cơ chế khác nhau của chúng trong việc thúc đẩy quá trình nung kết gốm alumin, đó là phụ gia tạo thành pha mới hoặc dung dịch rắn và phụ gia tạo pha lỏng.

Loại thứ nhất: phụ gia tạo pha mới hoặc dung dịch rắn với alumin

Các chất phụ gia như vậy là các ôxít gần với hằng số mạng của alumin, chẳng hạn như TiO2, Cr2O3, fe2O3, MnO2, v.v. Loại phụ gia này thúc đẩy quá trình nung kết sứ nhôm với độ đều đặn nhất định:

A. Các chất phụ gia có thể tạo thành dung dịch rắn hữu hạn với alumin có A tác dụng làm nguội lớn hơn các chất tạo thành dung dịch rắn liên tục;

B. Phụ gia của ion hóa trị thay đổi có ảnh hưởng lớn hơn phụ gia có hóa trị không đổi;

C. Các chất phụ gia cation có giá thành điện cao có tác dụng giải nhiệt lớn hơn.

Cần lưu ý rằng vì loại phụ gia này được thiêu kết trong trường hợp không có pha lỏng (thiêu kết kết tinh lại), các lỗ rỗng trong tinh thể khó lấp đầy, độ kín khí kém và tính chất điện suy giảm nhiều hơn. tính đến trong thiết kế công thức.

Loại thứ hai: phụ gia tạo thành pha lỏng khi nung

Các thành phần hóa học của loại phụ gia này chủ yếu là SiO2, CaO, MgO, SrO, BaO, ... Chúng có thể tạo thành chất nhị phân, bậc ba hoặc nhiều chất eutectic với các thành phần khác trong quá trình nung. Nhiệt độ nung kết của gốm sứ alumin giảm đáng kể do đến nhiệt độ hình thành thấp của pha lỏng. Khi một lượng đáng kể (khoảng 12%) của pha lỏng xuất hiện, các hạt rắn có độ hòa tan nhất định trong pha lỏng và các hạt rắn có thể bị pha lỏng làm ướt, thúc đẩy Quá trình thiêu kết cũng có ý nghĩa hơn, cơ chế hoạt động nằm trong lực làm ướt và sức căng bề mặt của pha lỏng trên bề mặt của pha rắn, làm cho các hạt rắn gần và lấp đầy các lỗ rỗng.

Ngoài ra, do hoạt tính bề mặt cao của các tinh thể mịn và khuyết tật trong quá trình thiêu kết, độ hòa tan trong pha lỏng lớn hơn nhiều so với các tinh thể lớn. Bằng cách này, trong quá trình thiêu kết, các tinh thể vừa và nhỏ phát triển liên tục, các lỗ rỗng giảm và xảy ra quá trình kết tinh lại. Để ngăn chặn sự phát triển quá mức của hạt do quá trình kết tinh lại và ảnh hưởng đến các tính chất cơ học của gốm, cần chọn một số chất phụ gia không ảnh hưởng hoặc thậm chí ức chế sự phát triển của hạt trong thiết kế công thức như MgO, CuO và NiO.

3. Áp dụng quy trình thiêu kết đặc biệt để giảm nhiệt độ thiêu kết của thân sứ

Trong quá trình thiêu kết ép nóng, khi thân xanh được làm nóng và tăng áp cùng lúc, quá trình thiêu kết không chỉ hoàn thành bằng cách khuếch tán và chuyển khối. Lúc này dòng chảy dẻo đóng vai trò quan trọng. Nhiệt độ thiêu kết của thể lục sẽ thấp hơn nhiều so với thiêu kết trong khí quyển, vì vậy thiêu kết ép nóng là một trong những công nghệ quan trọng để giảm nhiệt độ thiêu kết của gốm Al2O3.

Hiện nay, có hai loại phương pháp thiêu kết ép nóng: thiêu kết áp lực và thiêu kết ép đẳng nhiệt nhiệt độ cao (HIP).

Trong trường hợp sứ nhôm, nếu nung kết thông thường ở áp suất thường thì phải nung đến nhiệt độ cao trên 1800 ℃, thiêu kết áp suất nóng ở 20MPa, ở nhiệt độ thấp khoảng 1000 ℃ đã được cô đặc. Công nghệ thiêu kết ép không chỉ có thể giảm đáng kể nhiệt độ thiêu kết của gốm sứ alumin, mà còn ức chế sự phát triển của hạt và thu được đồ gốm alumin dày đặc với vi tinh thể có độ bền cao, đặc biệt thích hợp cho quá trình thiêu kết gốm sứ alumin trong suốt và đồ gốm corundum. của anion, và bầu khí quyển khử có lợi cho việc tăng khoảng trống anion, có thể thúc đẩy quá trình thiêu kết. Do đó, thiêu kết chân không và thiêu kết khí hydro là những phương tiện phụ trợ hữu hiệu để thực hiện nung kết gốm sứ alumin ở nhiệt độ thấp.

Trong quá trình sản xuất thực tế, để thu được lợi ích kinh tế toàn diện tốt nhất, các kỹ thuật nung thấp nêu trên thường được sử dụng phối hợp với nhau, trong đó phương pháp bổ sung phụ gia để nung có đặc điểm là giá thành rẻ, hiệu quả tốt. và quá trình đơn giản và thực tế so với các phương pháp khác. Nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất sứ nhôm, sứ nhôm và sứ corundum.

Ngoài ra, từ góc độ vật liệu, thông qua công nghệ biến tính pha tạp, cơ tính và điện của gốm sứ alumin có thể được cải thiện đáng kể, thân gốm có hàm lượng alumin thấp có thể thay thế thân gốm có hàm lượng alumin cao, cũng là một hiệu quả các phương tiện kỹ thuật thường được các doanh nghiệp sử dụng để giảm nhiệt độ nung kết của sản phẩm gốm sứ alumin.