[发明专利]一种快速高温固相烧结氧化铝陶瓷的方法

说明书

本发明属于陶瓷烧结技术领域，具体涉及一种快速高温固相烧结氧化铝陶瓷的方法。所述方法包括：将氧化铝粉末干燥后制成圆片状的坯体；在无压条件下以500℃/s～600℃/s的升温速率快速升温至设定的烧结温度，所述烧结温度为高于常规烧结温度200℃～300℃但低于氧化铝陶瓷的熔点温度，短暂保温后，自然冷却，得到高致密的氧化铝陶瓷。本发明方法实现了无压条件下快速高温固相烧结得到氧化铝陶瓷，本发明所述快速高温固相烧结氧化铝陶瓷技术与传统烧结手段相比，具有升温速率快，烧结温度高，烧结时间短，生产周期短的优点。

技术领域

本发明属于陶瓷烧结技术领域，具体涉及一种快速高温固相烧结氧化铝陶瓷的方法。

背景技术

氧化铝陶瓷是氧化物陶瓷中应用最广、用途最宽、产量最大的陶瓷材料之一，具有机械强度高、电阻率高、电绝缘性能好、硬度和熔点高、抗腐蚀性好、化学稳定性好、以及在一定条件下具有良好的光学性和离子导电性等优越性能，在机械、电子电工、化工、医学、建筑及其他领域有着广阔的应用前景。

氧化铝烧结是一个漫长的过程，传统无压烧结工艺所需要的烧结温度高且保温时间长，因此存在时间和能源消耗严重的问题。针对这种情况，众多的研究者提出方案以改善烧结工艺。第一，掺入烧结助剂。烧结助剂在烧结过程中能与氧化铝材料形成液相，促进颗粒重排和传质过程，使传质机理由固相扩散转变为液相扩散。但烧结助剂对氧化铝陶瓷烧结过程中的气孔排出造成影响，如：添加TiO₂容易使氧化铝制品形成晶内孔，从而影响坯体的致密度。第二，出现了一些新的不需要烧结助剂的烧结方法。如放电等离子烧结(SPS,Spark Plasma Sintering)和闪烧(FS,Flash Sintering)。这些新的烧结方法是外加电场直接通过模具或烧结粉体，利用焦耳热加热粉体，这种加热方式更加高效。传统的烧结方法，如无压烧结和热压烧结，其升温速率为10～50℃/min，而这些新的烧结方法相对于传统烧结方法升温速率更快，升温速率达到超过几百摄氏度每分钟，能够实现材料的快速致密化。但是，由于这些新型的烧结方式依赖于粉体的导电性、外加的辅助电场、外加压力和模具等等，这也就限制了这些新型烧结方法的广泛使用。因此，能否在无压没有任何外加辅助场作用条件下，实现快速致密化逐渐受到学者的关注。Brook等人提出了一种无压快速烧结技术(fast firing)，样品在无压条件下升温速率达到几百摄氏度每分钟，证实了快速升温促进了致密化进程。然而这种无压快速烧结技术制备样品最终并没有实现材料的致密化，因为制品中存在许多的封闭气孔，需要更多的时间才能将其消除。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种快速高温固相烧结氧化铝陶瓷的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种快速高温固相烧结氧化铝陶瓷的方法，包括如下步骤：

(1)称量一定量氧化铝粉末，干燥，干燥完成后进行粗坯成型，制成圆片状的坯体；

(2)将步骤(1)成型好的圆片状的坯体置于一种快速升温装置中；

(3)以一定的升温速率快速升温至设定的烧结温度，短暂保温后，自然冷却，得到高致密的氧化铝陶瓷。

上述方案中，所述升温速率为500℃/s～600℃/s。

上述方案中，所述烧结温度为高于常规烧结温度200～300℃但低于氧化铝陶瓷的熔点温度，具体为1650℃～1850℃。

上述方案中，所述快速升温的时间为3s～4s。

上述方案中，所述短暂保温的时间1～2min。

上述方案中，步骤(1)所述干燥为：置于60℃条件下真空干燥24h。

上述方案中，步骤(1)所述粗坯成型为：在200MPa的压力下将氧化铝粉末压制成圆片状坯体，所述坯体的致密度为60％。