[发明专利]一种高纯氧化铝陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种高纯氧化铝陶瓷的制备方法。

背景技术

氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（AL₂O₃）为主体的材料，具有良好的传导性、机械强度和耐高温性，是制造高强度、耐磨损、耐高温等高性能陶瓷部件的基础材料，已被广泛应用于机械、通讯、半导体、医药、食品、石油、化工、航天航空等领域。

氧化铝的熔点较高，其烧结温度也相应较高，尤其是大粒径氧化铝颗粒的烧结更是如此，因而会造成较高的能源消耗、产生很高的制备成本。为降低氧化铝的烧结温度，在其制备烧结过程中通常需要添加烧结助剂，以明显降低高熔点氧化铝陶瓷的烧结温度，实现降低制备成本的目的。陶瓷烧结助剂的作用机理通常包括以下三种：

(1)烧结助剂本身可在较低的温度下形成液相，通过液相促进高熔点陶瓷的物质传输速率，例如高岭土、B₂O₃、钠长石、钾长石等作为烧结助剂对于氧化铝陶瓷的烧结。

(2)烧结助剂通过固相反应与烧结物形成共熔体，从而降低烧结温度，使扩散和烧结速度增大，例如氧化镁在1500℃的高温下可与氮化硅表面的二氧化硅熔合形成硅酸镁液相，同时与氮化硅形成Mg₂SiO₄和MgSi₃N₂，Mg₂SiO₄和MgSi₃N₂与氮化硅在1600℃以上形成共熔体，可降低烧结温度，并促进氮化硅的烧结。

(3)以纳米粉体作为烧结助剂，利用纳米粉体熔点降低的性质，使纳米粉体在较低的温度下具有较高的烧结活性，以此促进主相的烧结。

以上无论何种作用机理，烧结助剂一般会留在主相颗粒的结合部位，即晶界处，这些物质对氧化铝的性质会造成明显的影响。例如，高岭土的添加可使氧化铝陶瓷膜支撑体（所用氧化铝的粒径为20～40μm）的烧结温度降低50～100℃，但高岭土不耐酸碱腐蚀，使用1wt%NaOH溶液腐蚀24小时后，尽管质量损失只有0.9%，但支撑体的强度降低了35%。另外，含钾、钠的烧结助剂添加到氧化铝中，会明显降低氧化铝的介电系数，使其更容易被击穿。而对于大粒径的主相粉体，纳米粉体烧结助剂很容易在大粒径主相粉体颗粒的空隙中团聚，无法起到助烧结的作用。而且，在一些特殊应用场合，需要高纯氧化铝陶瓷制品（杂质含量低于1%、甚至是0.5%），上述烧结助剂的使用无疑会对制品的纯度及性能带来不利的影响。

为制备高纯氧化铝陶瓷，现有技术也有使用纳米氢氧化铝溶胶作为烧结助剂，在不引入其他物质以保证纯度的同时，有效降低氧化铝陶瓷的烧结温度。然而，这种方法只适合用于小粒径的氧化铝粉体，因为小粒径的氧化铝粉体才易于和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在大粒径α-Al₂O₃颗粒堆积的间隙中聚集，在烧结过程中这些聚集的溶胶优先烧结成大粒径颗粒，而无法起到助烧结作用。此外，这种方法也不适用于需要干法制备或者需要净成型尺寸的氧化铝陶瓷的制备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高纯氧化铝陶瓷的制备方法，通过在氧化铝颗粒表面形成的纳米Al₂O₃涂层作为助烧结剂，以提高氧化铝颗粒的均匀烧结，并保证高纯氧化铝陶瓷的纯度及性能，满足氧化铝陶瓷制备的工艺需求。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种高纯氧化铝陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)将异丙醇铝溶解于溶剂中形成异丙醇铝溶液，其中溶剂的体积≥主相氧化铝粉体的体积，异丙醇铝的用量按照其所生成的纳米Al₂O₃占主相氧化铝的0.5～25wt%确定；

(2)将所述异丙醇铝溶液与主相氧化铝粉体搅拌混合而得到混合悬浮液；

(3)将所述混合悬浮液置于水热反应釜中，在120～180℃温度下处理6～12小时；然后去除混合悬浮液的上层溶液，得到底层的氧化铝粉浆；

(4)将所述氧化铝粉浆干燥后，于马弗炉中在750～900℃温度下进行煅烧，得到预处理氧化铝粉体；

(5)对所述预处理氧化铝粉体进行成型、煅烧，得到高纯氧化铝陶瓷产品。