中國粉體網(wǎng)訊  氧化鋁陶瓷具有機(jī)械強(qiáng)度高,、高硬度、耐磨耐腐蝕,、耐高溫、質(zhì)量輕,、絕緣性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于紡織,、煤炭,、石油,、化工、電子及建筑等行業(yè),，是一種成本低廉用途廣泛的陶瓷材料。但因單純的氧化鋁陶瓷韌性差,，強(qiáng)度和耐磨性有待提高,，限制其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)寬。利用多元相協(xié)同改性成為提高氧化鋁陶瓷力學(xué)性能和耐磨性能的研究方向,。

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稀土陽離子半徑較鋁離子大很多，離子半徑的差距使它們難以固溶，因此稀土元素主要存在氧化鋁晶界上,，并且具有玻璃網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的稀土氧化物體積較大,，難以移動(dòng),，阻礙了其他離子遷移，使晶界遷移速率降低,，抑制晶粒畸形長大,，使結(jié)構(gòu)致密,。摻入晶界玻璃相的稀土氧化物能夠改善玻璃相的強(qiáng)度進(jìn)而增強(qiáng)陶瓷的力學(xué)性能,。稀土氧化物添加越多，降低燒結(jié)溫度的效果越明顯,，但是過量的添加會使陶瓷力學(xué)性能變差。

對氧化鋁陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的影響

將La₂O₃,、Y₂O₃,、CeO₂摻雜后,，晶粒尺寸會減小，說明稀土氧化物有細(xì)化晶粒的作用,，但是隨著稀土氧化物摻量的增加，陶瓷晶粒尺寸都逐漸增大,，同時(shí),，液相量也逐漸增加。這種現(xiàn)象可能的解釋為：稀土離子由于離子半徑較鋁離子大很多,，幾乎不在氧化鋁中固溶，主要存在于晶界玻璃相中,，同時(shí),，具有玻璃網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的稀土氧化物阻礙了離子的遷移，抑制晶粒生長,，細(xì)化了晶粒,，但過量的稀土氧化物添加則會增加液相量降低液相粘度，促進(jìn)離子遷移,，使晶粒過分生長，晶粒尺寸變大,。

對氧化鋁陶瓷硬度的影響

用La₂O₃,、Y₂O₃等稀土氧化物摻雜的氧化鋁陶瓷硬度隨著摻量的增加都呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,，有峰值存在，這種現(xiàn)象可能的原因是：適量的稀土氧化物添加可以細(xì)化晶粒,，同時(shí)增加液相量,，填充晶粒間隙,，使致密度上升，硬度增加,，但是隨著稀土氧化物的過量添加，晶粒尺寸增大,、間隙增多對致密度和硬度的負(fù)面作用難以抵消,，表現(xiàn)為硬度逐漸降低,。

對氧化鋁陶瓷摩擦磨損性能的影響

王韜等研究發(fā)現(xiàn)，氧化鋁陶瓷磨損表面經(jīng)歷了4個(gè)過程：晶粒的斷裂和拔出,、摩擦層形成,、摩擦層面積增加和裂紋的增加,，氧化鋁陶瓷在磨損中脫落的晶粒會保留在摩擦界面上，在表面應(yīng)力作用下形成光滑的摩擦層,，摩擦層由兩種對磨材料的磨屑組成,，可以降低陶瓷的磨損率。

氧化鋁陶瓷磨損機(jī)制以磨粒磨損為主,，適量的稀土氧化物摻雜可以提高陶瓷的耐磨性,。

對氧化鋁陶瓷相對密度的影響

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),，隨著摻雜量的不同,，Y₂O₃,、CeO₂摻雜的氧化鋁陶瓷相對密度都呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。同時(shí)發(fā)現(xiàn)添加Y₂O₃的氧化鋁陶瓷相對密度比摻雜CeO₂和La₂O₃的氧化鋁低,。

出現(xiàn)上述現(xiàn)象可以做如下解釋：（1）稀土離子的半徑較大,，很難與氧化鋁形成固溶，主要存在于液相中,，降低了液相粘度，同時(shí),，稀土氧化物能夠促進(jìn)氧化鋁與其它添加劑組分的化學(xué)反應(yīng),，增加液相量，添加少量稀土氧化物有利于液相的生成,，加快氣孔排除，提高陶瓷密度,。（2）高熔點(diǎn)的稀土氧化物添加提高了陶瓷燒結(jié)溫度,，同時(shí)稀土離子具有較大的離子半徑，阻礙了其它離子的遷移,，過量的添加稀土氧化物，不利于陶瓷燒結(jié),，使致密化程度降低,。

結(jié)語

稀土是寶貴的資源，具有特殊的電子結(jié)構(gòu),，利用其改性的氧化鋁在催化材料，陶瓷材料等行業(yè)有重要用途,。在稀土改性氧化鋁中，要根據(jù)需要選擇合適的稀土元素,，同時(shí)也要注重不同稀土元素之間的復(fù)合,，發(fā)揮出協(xié)調(diào)作用,。

參考來源：

[1]史建公等.稀土元素對氧化鋁性能影響的研究進(jìn)展

[2]楊尚余等.稀土氧化物摻雜對氧化鋁陶瓷力學(xué)性能和摩擦磨損性能的影響

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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