15589356621 浏览数量： 3 作者： 本站编辑 发布时间： 2025-10-05 来源： 本站
促进烧结：降低烧结温度，提高致密度。
抑制晶粒长大：细化晶粒，提升强度和韧性。
引入增韧机制：如相变增韧、微裂纹增韧。
改善热学性能：调节热导率、热膨胀系数。
提升功能特性：如绝缘性、耐磨性、抗热震性。
| 添加剂 | 典型添加量 | 主要功能 | 适用场景 | 注意事项 |
|---|---|---|---|---|
| MgO（氧化镁） | 0.1–0.5 wt% | 抑制Al₂O₃晶粒异常长大，细化晶粒，提高致密度和强度 | 高强度、高硬度陶瓷环（如密封件、研磨环） | 过量会形成晶界玻璃相，降低高温性能和绝缘性 |
| Y₂O₃（氧化钇） | 0.5–2.0 wt% | 抑制晶粒生长，改善烧结，提高抗热震性和断裂韧性 | 高温部件、热循环频繁环境（如炉膛支撑环） | 成本较高，需精确控制 |
| La₂O₃（氧化镧） | 0.5–2.0 wt% | 类似Y₂O₃，可细化晶粒，提高致密度和韧性 | 高性能结构陶瓷 | 原料较贵，储存需防潮 |
| ZrO₂（氧化锆） | 10–30 wt% | 相变增韧（t→m相变），显著提高断裂韧性（KIC）和抗热震性 | 易受冲击或热冲击的部件（如机械密封环、耐磨环） | 需用Y₂O₃或CeO₂稳定，防止“时效开裂”；含量过高会降低硬度 |
| SiC（碳化硅） | 5–20 vol% | 提高热导率，引入残余应力增韧，提升耐磨性和抗热震性 | 高功率电子基板、高温耐磨件 | 导电，不适用于绝缘场合；需防氧化处理 |
| Cr₂O₃（氧化铬） | 0.5–3 wt% | 着色剂（绿色），轻微提高硬度和耐磨性 | 特殊标识或装饰性陶瓷环 | 高温下可能挥发，影响环境 |
| TiO₂（二氧化钛） | 0.5–2 wt% | 促进烧结，降低烧结温度 | 低温烧结陶瓷 | 增加介电损耗，不适用于高频绝缘件 |
| CeO₂（氧化铈） | 5–15 wt% | 稳定ZrO₂，提高相变增韧稳定性，抗“老化” | 长寿命密封件、人工关节 | 成本高，适用于高端应用 |
要强度和硬度 → 选 MgO（细化晶粒）
要韧性与抗热震 → 选 ZrO₂/Y₂O₃（增韧）
要高导热 → 选 SiC（但牺牲绝缘性）
要低成本烧结 → 选 TiO₂（但影响绝缘）
要长期稳定性 → 选 CeO₂-ZrO₂ 而非 Y₂O₃-ZrO₂
95% Al₂O₃：通常已含少量SiO₂、CaO等，可与MgO协同形成液相烧结。
99%+ Al₂O₃：需高纯添加剂（如高纯MgO、Y₂O₃），避免引入杂质。
烧结方式：热压烧结可少加助剂；常压烧结需适量助剂促进致密化。
烧结气氛：还原气氛下，TiO₂可能变黑；氧化气氛适合大多数添加剂。
电性能：金属氧化物（TiO₂、Cr₂O₃）可能增加介电损耗，不适用于高频绝缘件。
高温性能：玻璃相（来自SiO₂-MgO系统）在高温下软化，降低高温强度。
成本：Y₂O₃、CeO₂价格高，需评估性价比。
MgO + Y₂O₃：协同抑制晶粒生长，优于单一添加。
ZrO₂ + MgO：在ZTA（ZrO₂-Toughened Al₂O₃）陶瓷中常用，MgO稳定ZrO₂并细化Al₂O₃基体。
避免不良反应：如CaO与SiO₂形成低熔点钙长石，应避免。
| 应用场景 | 推荐添加剂组合 | 目的 |
|---|---|---|
| 机械密封环（腐蚀+热冲击） | 10–20% Y-TZP (Y₂O₃-ZrO₂) + 0.25% MgO | 高韧性、抗热震、耐腐蚀 |
| 电子基板（高绝缘+散热） | 99.5% Al₂O₃ + 0.1% MgO | 高绝缘、高致密、细晶 |
| 耐磨研磨环 | 95% Al₂O₃ + 0.3% MgO | 高硬度、低成本、良好耐磨性 |
| 高温炉内支撑环 | 95% Al₂O₃ + 1% Y₂O₃ 或 15% SiC | 抗热震、耐高温变形 |
| 人工关节球头 | 99.5% Al₂O₃ + CeO₂-ZrO₂（复合） | 高生物相容性、高韧性、抗老化 |
初步筛选：根据目标性能选择2–3种候选添加剂。
正交实验设计：变量包括添加剂种类、含量、烧结温度/时间。
性能测试：检测密度、硬度、强度、断裂韧性、热震次数等。
微观分析：SEM观察晶粒尺寸、分布、气孔、界面结合。
确定配方：综合性能与成本，确定最终添加剂方案。
选择添加剂不是“越多越好”或“越贵越好”，而是要匹配需求。基本原则是：
✅ 目标导向：先问“我要什么性能”？
✅ 少而精：微量添加，避免引入过多杂质。
✅ 协同设计：考虑添加剂与基体、工艺、成本的匹配。
✅ 验证迭代：通过实验验证，优化配方。
通过科学选择和搭配添加剂，可显著提升氧化铝陶瓷环的综合性能，满足从工业耐磨到高端医疗的多样化需求。
