高纯高阻氧化铝陶瓷的烧结开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.1、目的

氧化铝陶瓷是以α-al2o3为主晶相的结构陶瓷,由于其具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、化学稳定性良好等优异的性能,而且原料来源广泛、价格低廉,在电子、航空、机械、纺织、化工、建筑等领域得到了非常广泛的应用,成为当今世界上应用最广的陶瓷材料之一。随着高科技的发展,社会对新材料越来越重视,国内外工作者对新材料的开发与应用给予了极大的关注,各种具有特殊功能的材料也得到人们的重视。其中,各种物质的超细化被人们认为是材料开发研究的基础。所谓超细粉体通常是指尺度介于分子,原子和宏观物体之间,粒度在(1-100)nm范围内的微粒。高纯超细氧化铝粉体是纯度在99.99%以上的超微细粉体材料,是二十一世纪新材料中产量最大、产值最高、用途最广的尖端材料之一,高纯氧化铝粉体因其纯度高,粒径小,显示出了常规材料所不具有的光、电、磁、热和机械特性,因而它作为一种新型功能材料广泛应用于光学、化工及特种陶瓷等多个领域。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1、通过文献调研,了解国内外相关研究概况和发展趋势,了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系。期望能够以前人研究成果为基底,从而获得一些启发,最终找到适合的研究方法,使得本次研究更加有意义。

2、考虑助剂种类、含量、烧结温度、气氛、时间对陶瓷结构和性能的影响,设计合理的技术方案。通过与不同含量、种类助剂混合后,在不同温度气氛下进行无压烧结,制备出高纯高阻氧化铝陶瓷。

3、采用SEM、XRD、XRF、精密阻抗分析仪、直流四探针法等测试手段表征所获陶瓷的结构和性能,并进行数据分析。

4、分析总结数据,撰写毕业论文。

2.2 研究目标

通过严密的设计思路和准确地实验操作获得高纯高阻性能的氧化铝陶瓷。同时采用一系列测试仪器对陶瓷性能、结构进行表征。

性能参数

测试仪器

性能指标

Purity 纯度

XRF

≥99.8%

Density(g/cc) 密度

密度测试仪

3.91

Volume Resistivity(Ω/cm,20℃)体积电阻率

ASTM D257

2.2×1013

Dielectric Constant @1MHz

介电常数

ASTM D150

10.10

2.3 技术方案

1、样品制备的工艺流程

2、样品制备的工艺过程及参数控制

实验方案为采用四种不同的助剂与高纯氧化铝粉末进行烧结。

Al2O3质量分数

掺杂助剂及质量分数

总量/g

Al2O3(99.85%)

MgO(0.15%)

12

Al2O3(99.85%)

MgO(0.10%)

ZrO2(0.05%)

12

Al2O3(99.85%)

ZrO2(0.15%)

12

Al2O3(99.91%)

MgO(0.09%)

12

工艺过程:

配料:根据本课题所需获得的氧化铝陶瓷具备的理想性能,经过文献查阅我们采用了四种配方进行探索。根据研究的影响因素,我们配成了四种掺杂种类和含量不同的氧化铝陶瓷粉末。

球磨:将称量好的各原料放入装有锆球的尼龙球磨罐中,并加入适量的无水乙醇,用塑料薄膜封好表面,放入行星球磨机中进行球磨。

参数

时间

4h

旋转速度

300r/min

间停时间

1次/5min

球磨采用湿磨的方式进行,若加入的无水乙醇含量过少,会使得粉料和锆球粘连,使球磨效率降低,混合不均匀;若加入的液体过多就会使粉料因为稀散而悬浮,使撞击、碾压效率均欠佳。因此,适量的无水乙醇虽然对撞击有缓冲,但它会使粉料均匀的粘附在罐壁和磨球上,有利于粉料的细化,提高研磨效率。

干燥:将经过球磨4h的浆料置于80℃的鼓风干燥机中干燥12小时,获得干燥的粉料。

过筛:将干燥得到的氧化铝块体粉料与锆球倒入分子筛中进行过筛,通过锆球与块体的碰撞使块体变为粉末经过筛得到精细Al2O3粉末。

成型:用精密天平称取4.0g左右粉料倒入直径为Φ15mm的圆柱型钢磨具中,施加200MPa的压力保压20min,将粉料压制成厚度为3mm左右的圆片状,以备烧结使用。

烧结:将压制成型的片状胚体放入同等直径的石墨模具中,将石墨模具放置于等离子活化烧结装置的炉腔中间位置。装样结束后,进行抽真空并冲入一定量的氩气进行烧结。

抛光:将烧结完成的陶瓷片放置于上升温用松香进行固定。随后将固定好的陶瓷片放置于磨床上固 定,设定程序进行抛光,至其厚度达到1.7mm左右用于之后的各项性能指标测试。

热处理:对完成致密度以及电学性能测试的样品在真空管式高温烧结炉内1600℃下进行热处理,保温时间为6小时。由于需要在氧气氛下进行,所以不抽真空,使样品在空气中进行热处理。

3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-7周:按照设计方案,完成氧化铝陶瓷在不同成分、含量、温度下的烧结。

第8-12周:进行陶瓷纯度、致密度及介电性能的测试和分析。

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4. 参考文献(12篇以上)


[1] 尹衍升, 张景德. 氧化铝陶瓷及其复合材料[m]. 化学工业出版社, 2001.

[2] 李江. 氧化铝陶瓷低温烧结的研究现状和发展前景[j]. 中国陶瓷, 2001, 5(37):42-45.

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