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納米氧化鎂對(duì)陶瓷的影響

晶和 2022-05-12 | 閱讀：2517

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

MgO對(duì)氧化鋁陶瓷的影響

1、MgO對(duì)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(jiàn)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(chéng)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(duì)氧化鋁陶瓷致密化過(guò)程及顯微結(jié)構(gòu)的影響，并分析了燒結(jié)過(guò)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(zhǎng)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(duì)氧化鋁陶瓷力學(xué)性能和晶粒生長(zhǎng)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(duì)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(duì)密度、抗彎強(qiáng)度與硬度呈先上升后略微下降的趨勢(shì),。當(dāng)MgO含量低于固溶極限時(shí),，Mg加快了晶界擴(kuò)散，對(duì)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(guò)固溶極限時(shí)，雖然對(duì)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(zhǎng)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(shì),。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(duì)氧化鋁透明陶瓷光學(xué)性能的影響

MgO對(duì)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(duì)其力學(xué)性能,、致密性、抑制晶粒生長(zhǎng)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(guò)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(guò)率較高,。

但隨著摻雜量的增加,，MgO含量超過(guò)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(guò)率的下降。

MgO摻雜對(duì)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(wèn)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(duì)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(guò)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(duì)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(duì)鐵電陶瓷的影響

1、MgO對(duì)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(guò)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(wèn)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(wú)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(guò)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(duì)YAG透明陶瓷顯微結(jié)構(gòu)、光學(xué)透過(guò)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(zhǎng)以及氣孔的排除,。但隨著MgO含量的提高,，過(guò)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(guò)快形成氣孔而無(wú)法排除出晶粒,，從而大大降低YAG陶瓷的透過(guò)率,。

MgO對(duì)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(guó)峰等通過(guò)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。