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納米氧化鎂對陶瓷的影響

晶和 2022-05-12 | 閱讀：2717

在一些先進(jìn)陶瓷的制備生產(chǎn)中，MgO是一種常見的添加劑，它的作用是什么？在燒結(jié)過程中，它會(huì)帶給陶瓷哪些變化？下面我們通過幾個(gè)案例了解一下。

MgO對氧化鋁陶瓷的影響

1、MgO對氧化鋁陶瓷燒結(jié)溫度及致密化的影響

首先氧化鎂作為常見的燒結(jié)助劑，是能夠有效的降低氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度的。程誠等以高純ａ-Al2O3粉體為原料，MgO為燒結(jié)助劑，采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)（SPS）制備氧化鋁陶瓷，研究了MgO添加量和燒結(jié)溫度對氧化鋁陶瓷致密化過程及顯微結(jié)構(gòu)的影響，并分析了燒結(jié)過程中氣孔的擴(kuò)散與演變。結(jié)果表明：添加適量MgO可以降低氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度，抑制晶粒長大，提高致密度，0.25％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）是MgO的最佳添加量。

2、MgO對氧化鋁陶瓷力學(xué)性能和晶粒生長方面的影響

王旭東等采用氧化鋁粉為原料、MgO為添加劑、兩步燒結(jié)工藝制備氧化鋁陶瓷，并分析添加劑的變化對氧化鋁陶瓷致密度、力學(xué)性能和微觀組織的影響規(guī)律。

研究發(fā)現(xiàn)隨著MgO添加量的提高，氧化鋁陶瓷燒結(jié)樣品的相對密度、抗彎強(qiáng)度與硬度呈先上升后略微下降的趨勢。當(dāng)MgO含量低于固溶極限時(shí)，Mg加快了晶界擴(kuò)散，對晶粒有一定的細(xì)化作用，致密度與力學(xué)性能較好；當(dāng)MgO含量超過固溶極限時(shí)，雖然對晶粒細(xì)化作用增強(qiáng)，但在晶界形成的鎂鋁尖晶石會(huì)使氣孔排出受阻。

在晶粒生長方面，隨著MgO添加量的提高，樣品的晶粒大小和均勻性呈先上升后略微下降的趨勢。當(dāng)MgO含量在0.25%時(shí)，平均粒徑最小，晶粒分布也較集中，性能最佳；當(dāng)MgO含量在0.5%時(shí)，晶粒更細(xì)小，晶粒分布更均勻，最大的晶粒尺寸也只有2.2μm，但是致密度最差。

3、MgO對氧化鋁透明陶瓷光學(xué)性能的影響

MgO對氧化鋁透明陶瓷的力學(xué)性能及致密性的影響規(guī)律類似于普通氧化鋁陶瓷，合適的MgO添加量均對其力學(xué)性能、致密性、抑制晶粒生長有著積極作用。

而在透明氧化鋁陶瓷的光學(xué)性能方面，當(dāng)MgO的摻雜量較低時(shí)，透明陶瓷的光透過率比較高，這是由于適量的MgO可以抑制晶界的快速移動(dòng)，使得氣孔排出比較完全，陶瓷更加致密，透過率較高。

但隨著摻雜量的增加，MgO含量超過在Al2O3中的固溶度后，會(huì)局部形成第二相，形成光的散射中心，造成透明陶瓷透過率的下降。

MgO摻雜對氧化鋅線性陶瓷的影響

工業(yè)制造中的ZnO線性陶瓷電阻具有電阻率變化范圍大，通流密度大，非線性系數(shù)低，電阻溫度系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電力-電子、交通、通信及家用電器等方面。但傳統(tǒng)的ZnO復(fù)合陶瓷仍存在許多問題，如結(jié)構(gòu)均勻性差、工業(yè)生產(chǎn)重復(fù)率低、穩(wěn)定性差、理論研究不充分等。

2013年，何日清等研究了MgO摻雜對ZnO線性陶瓷電阻非線性系數(shù)、電阻率以及阻溫系數(shù)的影響，結(jié)果表明：MgO的添加有助于改善ZnO陶瓷電阻的阻溫系數(shù)，適量的MgO可促進(jìn)燒結(jié)，提高陶瓷的致密度，但過量添加反而會(huì)使陶瓷致密度下降。

劉建科利用固相燒結(jié)法制備出基礎(chǔ)配方為ZnO?Al2O3?MgO?Fe2O3?TiO2?SiO2的ZnO線性陶瓷電阻。研究了MgO摻雜量對ZnO線性陶瓷電阻微觀結(jié)構(gòu)、阻抗、阻溫特性和阻頻特性的影響。實(shí)驗(yàn)也得出了在ZnO線性陶瓷電阻中，適量的摻雜MgO可以有效提高樣品的電阻率和阻溫系數(shù)的結(jié)論。

MgO對鐵電陶瓷的影響

1、MgO對鈦酸鍶鋇陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能的影響

鈦酸鍶鋇(BST)鐵電陶瓷材料以它的高可調(diào)性和低介電損耗在作為相控陣中的移相器和微波頻率下的可調(diào)器件有非常好的應(yīng)用前景。

由于目前的各種鐵電材料均存在某些方面的不足，通過各種手段提高其綜合性能，成為鈦酸鍶鋇材料實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用必須解決的關(guān)鍵問題。

除了用稀土元素離子進(jìn)行A位摻雜取代， MgO、MgTiO3、Mg2SiO4等化合物加入到BST陶瓷和薄膜中也可以降低其介電常數(shù)和介電損耗。

2、MgO對BaTiO3基陶瓷性能的影響

涂偉等采用均勻沉淀法將MgO均勻地包覆在BaTiO3基陶瓷粉體表面，制備包覆MgO的BaTiO3基陶瓷復(fù)合粒子，研究了不同包覆量對BaTiO3基陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)、微觀形貌、介電性能、絕緣性能和擊穿電壓的影響。

實(shí)驗(yàn)表明：包覆劑MgO能有效抑制晶粒長大，從而獲得晶粒均勻的陶瓷，此細(xì)晶效應(yīng)是由于晶界區(qū)MgO的抑制作用；MgO有助于形成“殼一芯”結(jié)構(gòu)晶粒，降低并展寬BaTiO3基陶瓷的ε峰，增加電阻率和擊穿電壓強(qiáng)度。

MgO對YAG透明陶瓷燒結(jié)性能的影響

YAG透明陶瓷具有熔點(diǎn)高（1950℃）、強(qiáng)度大、熱導(dǎo)率高、物理化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，無論作為功能材料，還是作為結(jié)構(gòu)材料都顯示出極佳的應(yīng)用前景，氧化鎂（MgO）是其制備過程中常用的一種燒結(jié)助劑。

覃顯鵬等采用真空固相反應(yīng)燒結(jié)技術(shù)制備了YAG透明陶瓷，深入研究了MgO作為燒結(jié)助劑，其添加量對YAG透明陶瓷顯微結(jié)構(gòu)、光學(xué)透過率等性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用微量MgO作為燒結(jié)助劑，以及真空固相反應(yīng)燒結(jié)的工藝，可以制備出高質(zhì)量YAG透明陶瓷。

MgO作為燒結(jié)助劑，有利于控制晶界的擴(kuò)散、晶粒的生長以及氣孔的排除。但隨著MgO含量的提高，過多量的添加會(huì)在陶瓷中形成第二相，或造成陶瓷燒結(jié)收縮過快形成氣孔而無法排除出晶粒，從而大大降低YAG陶瓷的透過率。

MgO對Sialon陶瓷的力學(xué)性能影響

Sialon是以Si3N4為基的固溶體，在合成Sialon時(shí)，由于Si3N4的擴(kuò)散系數(shù)很低，一般在到達(dá)Sialon陶瓷燒結(jié)溫度時(shí)(大于1800℃)伴有分解反應(yīng)發(fā)生，因此低溫?zé)Y(jié)是制備Sialon陶瓷的發(fā)展方向。

范國峰等通過研究發(fā)現(xiàn)MgO提高了β-sialon陶瓷的致密度且降低了燒結(jié)溫度，隨著燒結(jié)溫度的升高，β-sialon陶瓷抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性呈先增加后降低的變化規(guī)律，當(dāng)燒結(jié)溫度為1600℃時(shí)制備的β-sialon陶瓷材料結(jié)合緊密，抗彎強(qiáng)度以及斷裂韌性達(dá)到最大。