【摘 要】
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氧化铝作为传统的陶瓷材料具有力学性能优异、抗腐蚀、耐磨性好、储量丰富、价格低廉等优点,是目前研究最为广泛的一种非金属材料。在材料工程邻域内,精细氧化铝陶瓷主要应用在高端行业的关键器件中,如激光晶体、高纯容器、锂离子电池隔膜、导热基板等。但是,目前高性能的氧化铝陶瓷材料的制备还是存在着诸多困难:制品形状单一、烧结温度较高、致密度较低,热导率偏低等。为此,研究者发现,提高氧化铝粉体的性能也许会对其陶瓷
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氧化铝作为传统的陶瓷材料具有力学性能优异、抗腐蚀、耐磨性好、储量丰富、价格低廉等优点,是目前研究最为广泛的一种非金属材料。在材料工程邻域内,精细氧化铝陶瓷主要应用在高端行业的关键器件中,如激光晶体、高纯容器、锂离子电池隔膜、导热基板等。但是,目前高性能的氧化铝陶瓷材料的制备还是存在着诸多困难:制品形状单一、烧结温度较高、致密度较低,热导率偏低等。为此,研究者发现,提高氧化铝粉体的性能也许会对其陶瓷制品的烧结和导热性产生积极的影响。高纯度、粒度小且均一、形貌较规则的氧化铝粉体是目前制备高性能陶瓷材料的重要原料之一。本文以金属醇盐法制备的高纯氧化铝(99.999%)粉体为原料,将其与矿化剂(Al F3)进行充分混合后,在700℃的低温下成功制备出形貌规则的六方片状α氧化铝粉体。采用正交实验法得出了该工艺的最佳参数,并通过负离子配位多面体模型与表面能计算分析了六方片状晶体的生长机理,分析结果表明:勃姆石中的结构水与矿化剂的反应将固相传质变为气相,加快了传质速度,并且勃姆石颗粒与Al F3之间形成了一种团聚结构,为之后的形核提供了条件,最终经过一种从未发现的多面体形貌后形成了六方片状颗粒。此外,探究了机械砂磨细化工艺对粉体粒度的影响,研究结果表明:经过Zeta电位分析后,小分子电解质型分散剂柠檬酸铵(AC)可以有效减少浆料中粉体的团聚,提高砂磨的效率。在添加2%柠檬酸铵,砂磨100min后,19%固含量的氧化铝浆料的D50可以达到394.81nm,粒度降低了近86%。本文的目的是在同一条件下,将不同粉体制备成具有一定致密度的陶瓷(在致密度过高的陶瓷中由于颗粒的生长空间被限制,其形貌将不再具有代表性),探究粉体形貌与粒度对其烧结和导热性的影响,研究结果表明:在1300℃的温度下,砂磨后的粉体显示出了良好的烧结性能,且收缩率、气孔率较小;六方片状氧化铝粉体由于具有特殊的形貌,在烧结过程中形成了大量气孔,致密度最低。因为各个样品的致密度与气孔率无法控制在相同水平,导致分析热导率的影响因素时较为困难。所以从两个方面进行讨论:在宏观上由于粉体粒度不同造成的致密度的差异,各个样品的热导率变化明显,且温度越高热导率越低;在微观上,根据声子平均自由程的计算结果显示,该条件下氧化铝陶瓷的热导率不依赖于晶粒尺寸,主要取决于气孔率的大小。所以在同一条件下,片状形貌粉体在烧结后气孔率较大导致热导率较低;砂磨后的粉体烧结后的收缩率与气孔率最低,在经过更高的烧结温度后会显示出更好的导热性能。
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