在陶瓷生產(chǎn)中，為提高產(chǎn)品的性能和拓寬產(chǎn)品的用途，添加功能材料是歷史悠久的做法，其中添加氧化鋁粉最為常用。氧化鋁陶瓷也是氧化物陶瓷中應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的陶瓷。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，氧化鋁陶瓷的應(yīng)用包括：陶瓷刀具、工業(yè)用閥、電子配件、化工陶瓷（濾膜、涂層等）、醫(yī)用陶瓷、建筑衛(wèi)生陶瓷、耐火陶瓷材料、航空航天陶瓷等等。

　　摘要：本文通過(guò)對(duì)氧化鋁原料理化性能對(duì)氧化鋁陶瓷生產(chǎn)的影響進(jìn)行分析，提出在氧化鋁陶瓷生產(chǎn)中應(yīng)該進(jìn)行的檢測(cè)要求，檢測(cè)結(jié)果可為生產(chǎn)和科研提供有效數(shù)據(jù)，保證產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。

　　關(guān)鍵詞：氧化鋁,氧化鋁陶瓷,檢測(cè)

　　1前言

　　氧化鋁陶瓷中氧化鋁粉的加入量對(duì)產(chǎn)品有不同的影響，氧化鋁的理化特性對(duì)產(chǎn)品的影響非常明顯，檢測(cè)并控制氧化鋁粉的特性指標(biāo)對(duì)生產(chǎn)有著重要意義。普通型氧化鋁陶瓷以產(chǎn)品中氧化鋁含量分為99瓷、95瓷、90瓷、85瓷，氧化鋁含量在75%以上都?xì)w為普通高鋁瓷。還有更多添加氧化鋁的陶瓷產(chǎn)品，其氧化鋁含量在40%以上，即便氧化鋁的加入量不高，產(chǎn)品的性能也已發(fā)生變化。最顯著的性能提高有：硬度、強(qiáng)度、耐高溫、耐磨性等等。

　　氧化鋁本身的特性具有多樣化，比如化學(xué)成分、晶型組成、微觀結(jié)構(gòu)、顆粒級(jí)配等，這些特性正是影響產(chǎn)品的重要因素。由于各項(xiàng)特性指標(biāo)的不同，可能導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品收縮程度不同、燒結(jié)溫度不同，而最終使產(chǎn)品性能大打折扣。研究氧化鋁的特性及檢測(cè)方法，分析檢測(cè)數(shù)據(jù)的變化，對(duì)生產(chǎn)用料及生產(chǎn)工藝都有指導(dǎo)意義。

　　目前最常用的氧化鋁及產(chǎn)品的檢測(cè)方法有很多，氧化鋁粉檢測(cè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為《GB/T6609-2009氧化鋁化學(xué)分析方法和物理性能測(cè)定方法》系列，該法對(duì)氧化鋁樣品的化學(xué)成分、物理性能中的安息角、松裝密度、顆粒度、吸附指數(shù)、α-Al2O3含量、磨損指數(shù)、流動(dòng)指數(shù)等的檢測(cè)都進(jìn)行了規(guī)定。與氧化鋁相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)還有：《GB/T2479-2008普通磨料：白剛玉》、《GB/T3044-2007白剛玉、鉻剛玉化學(xué)分析方法》、《GB/T15154-1994電子陶瓷用氧化鋁粉體材料》等。

　　而關(guān)于氧化鋁陶瓷產(chǎn)品，無(wú)論是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都非常多，比如《GB/T27979-2011氧化鋁耐磨陶瓷復(fù)合襯板》、《JC/T2024—2010陶瓷金鹵燈用半透明氧化鋁管》、《JC/T848.1-2010耐磨氧化鋁球》、《JC/T848.2-2010耐磨氧化鋁襯磚》等等，在這里不一一列舉。

　　本文主要是通過(guò)分析氧化鋁原料理化特性對(duì)氧化鋁陶瓷生產(chǎn)的影響，提出相應(yīng)的檢測(cè)方法，建議氧化鋁陶瓷生產(chǎn)企業(yè)選擇合適的方法監(jiān)控生產(chǎn)，以便使結(jié)果更具針對(duì)性，為產(chǎn)品研究和質(zhì)量控制提供科學(xué)的幫助。

　　2氧化鋁的理化性能對(duì)氧化鋁陶瓷生產(chǎn)的影響及檢測(cè)

　　2.1氧化鋁純度與α-Al2O3含量

　　氧化鋁陶瓷原料中的氧化鋁粉對(duì)陶瓷產(chǎn)品性能起重要作用的因素是其中的α-Al2O3晶相氧化鋁，氧化鋁有12種晶相，最常見(jiàn)的3種是α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3。

　　α-Al2O3的特點(diǎn)是晶體結(jié)構(gòu)緊密，硬度大、耐磨損、耐腐蝕、高溫穩(wěn)定，氧化鋁陶瓷的優(yōu)異性能源自原料中α-Al2O3的加入量。工業(yè)Al2O3中含有較多γ—Al2O3和β—Al2O3，而γ—Al2O3有較強(qiáng)的吸水性，并在加熱至1200℃以上不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)?alpha;—Al2O3，同時(shí)伴有14%左右的體積收縮，β—Al2O3含有Na2O、CaO等堿性成分，影響產(chǎn)品的最終性能，所以為消除這些不良影響，在制坯前應(yīng)該對(duì)工業(yè)Al2O3進(jìn)行預(yù)燒，目的就是消除過(guò)大收縮和除去Na2O等物質(zhì)，提高原料的純度。

　　隨著產(chǎn)業(yè)分工細(xì)化，工業(yè)氧化鋁的預(yù)燒由氧化鋁生產(chǎn)廠家完成。生產(chǎn)企業(yè)作為原料使用者，首先要監(jiān)控氧化鋁的純度。依據(jù)《GB/T6609氧化鋁化學(xué)分析方法和物理性能測(cè)定方法》標(biāo)準(zhǔn)第34部分，大于98%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氧化鋁含量需檢測(cè)其雜質(zhì)含量后再進(jìn)行計(jì)算，GB/T6609標(biāo)準(zhǔn)第1～21部分是對(duì)氧化鋁中可能存在的化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)的方法，其中原子吸收光譜法、分光光度法為主要方法。比較先進(jìn)的方法是用X射線熒光光譜法迅速測(cè)定氧化鋁粉末中的全部化學(xué)成分，該法的測(cè)定范圍更大，氧化鋁含量大于45%均在該法的測(cè)定范圍。氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9%的氧化鋁則需要更高科技的檢測(cè)方法，如ICP-MS方法。

　　其次是要測(cè)定α-Al2O3的含量，依據(jù)GB/T6609標(biāo)準(zhǔn)第32部分，規(guī)定了測(cè)定α-Al2O3含量采用X射線衍射方法。盡管α-Al2O3能帶給產(chǎn)品許多優(yōu)異性能，但是γ—Al2O3具有較強(qiáng)的化學(xué)活性，對(duì)吸附材料有一些作用。

　　2.2顆粒度與微觀形狀

　　許多研究表明，氧化鋁的顆粒度對(duì)制品的性能影響很大，降低氧化鋁的粉體粒度，更有利于制品的高性能形成。一般，工業(yè)氧化鋁經(jīng)過(guò)1400℃的預(yù)燒，其中的γ—Al2O3轉(zhuǎn)換成α-Al2O3，松散的粉體會(huì)結(jié)聚，轉(zhuǎn)換后的α-Al2O3晶粒會(huì)長(zhǎng)大，所以使用預(yù)燒過(guò)的氧化鋁需進(jìn)行研磨，研磨工序也由氧化鋁生產(chǎn)廠家完成。經(jīng)研磨后的氧化鋁粒度變細(xì)，有利于提高制品的斷裂韌性、耐磨性，氧化鋁陶瓷生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)根據(jù)科研和生產(chǎn)的要求，選定不同粒度的氧化鋁粉體，進(jìn)行原料和配料的顆粒級(jí)配監(jiān)控，保證原料的穩(wěn)定性。

　　《GB/T6609氧化鋁化學(xué)分析方法和物理性能測(cè)定方法》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)20μm和更大粒度的氧化鋁顆粒度的測(cè)定規(guī)定了3個(gè)方法，分別是第27部分、第28部分和第37部分，這些方法主要針對(duì)中粒度和大粒度氧化鋁粉末制定的，采用的是篩分的方法。對(duì)于微小粒度的氧化鋁粉末的顆粒度測(cè)定，無(wú)論是專(zhuān)門(mén)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)還是企業(yè)的質(zhì)量監(jiān)控都是采用激光粒度儀進(jìn)行檢測(cè)。

　　經(jīng)過(guò)1400℃預(yù)燒的氧化鋁，其顆粒呈不規(guī)則的長(zhǎng)片狀，帶有齒邊（圖1）；經(jīng)研磨后，氧化鋁顆粒呈等軸狀，接近球形顆粒狀，有些帶有棱角（圖2）。研磨時(shí)間越長(zhǎng)，顆粒越細(xì)，這樣的球狀顆粒效果更明顯，使用效果更佳。

　　有條件的生產(chǎn)企業(yè)，可以進(jìn)行原料和制品的微觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)和研究，通過(guò)掃描電鏡檢測(cè)可獲得放大至幾十萬(wàn)倍的顆粒形貌，為研究和生產(chǎn)提供幫助。球狀顆粒均勻分散在制品配料中，不同大小的顆粒級(jí)配互相填充能得到相對(duì)致密的坯體，并且坯體不易斷裂，制品的強(qiáng)度、韌性等機(jī)械性能相對(duì)更好。

　　2.3流動(dòng)性與分散性

　　氧化鋁無(wú)論作為主原料還是添加原料，均勻分布在配料中是制品性能穩(wěn)定的重要條件之一。這一條件取決于原料的流動(dòng)性和分散性，工業(yè)氧化鋁是松散的結(jié)晶粉末，分散度較高；高溫煅燒過(guò)的氧化鋁，已形成長(zhǎng)片狀，分散性較差，流動(dòng)性也差。經(jīng)過(guò)研磨，顆粒形狀改善，流動(dòng)性提高，分散性也得到提高。

　　《GB/T6609氧化鋁化學(xué)分析方法和物理性能測(cè)定方法》標(biāo)準(zhǔn)第31部分：流動(dòng)角的測(cè)定、第36部分：流動(dòng)時(shí)間的測(cè)定，可以評(píng)價(jià)氧化鋁的流動(dòng)性與分散性。第24部分：安息角的測(cè)定也可以評(píng)價(jià)氧化鋁的一些性能。如當(dāng)氧化鋁的粒徑越小，安息角會(huì)較大；氧化鋁的粒子比較光滑，安息角就會(huì)較小，間接表征了原料的流動(dòng)性與分散性。

　　2.4可塑性與燒成收縮

　　氧化鋁是瘠性原料，氧化鋁加入量越大的氧化鋁陶瓷配料塑性越差，需要加入粘結(jié)劑。配料達(dá)到合適的塑性指數(shù)，成形效果最好，坯體干燥時(shí)不易開(kāi)裂。對(duì)于不同氧化鋁加入量的制品配方，粘結(jié)劑的加入量也不一樣，對(duì)于每一配方都有適合的塑性指數(shù)，研究塑性指數(shù)與制品性能的關(guān)系，調(diào)節(jié)粘結(jié)劑的加入量，對(duì)于生坯干燥和素?zé)�工序的時(shí)間和溫度設(shè)定能提供有效依據(jù)。塑性指數(shù)由可塑性?xún)x進(jìn)行測(cè)定。

　　由于氧化鋁顆粒形狀的原因，壓制成形的氧化鋁陶瓷制品可能在受壓的垂直和平行方向出現(xiàn)不一樣的收縮率，影響生坯的干燥和制品的燒成效果，嚴(yán)重時(shí)造成產(chǎn)品尺寸差異或變形、開(kāi)裂等。經(jīng)過(guò)預(yù)燒和研磨的氧化鋁顆粒形狀比較對(duì)稱(chēng)，這種負(fù)面的影響會(huì)降低。檢測(cè)加入不同氧化鋁原料的坯體收縮率，并加以控制，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。測(cè)定收縮率由車(chē)間進(jìn)行更合理，樣片的產(chǎn)銷(xiāo)壓力、煅燒過(guò)程與產(chǎn)品的條件一致，結(jié)果更接近生產(chǎn)需要。

　　2.5其他相關(guān)指標(biāo)

　　氧化鋁陶瓷的優(yōu)異性能源自?xún)?yōu)質(zhì)氧化鋁原料的加入，評(píng)價(jià)氧化鋁質(zhì)量的指標(biāo)有很多，其中比重也是重要指標(biāo)之一。不同晶相氧化鋁的比重不同，α-Al2O3的比重為3.96～4.01g/cm3，β-Al2O3的比重為3.30～3.63g/cm3，γ-Al2O3比重為3.42～3.47g/cm3。通過(guò)測(cè)定原料比重可以初步判定α-Al2O3的含量是否滿(mǎn)足使用要求。比重測(cè)定用比重瓶法，也可以用真密度儀法。

　　《GB/T6609氧化鋁化學(xué)分析方法和物理性能測(cè)定方法》標(biāo)準(zhǔn)有對(duì)氧化鋁松裝密度、有效密度、吸附指數(shù)、磨損指數(shù)、比表面積的檢測(cè)方法，對(duì)不同產(chǎn)品的工藝需要提供了一定的幫助。

　　其中松裝密度決定成形模腔的裝粉高度。影響氧化鋁粉松裝密度的因素很多，如顆粒形狀、尺寸、表面粗糙度及粒度分布等。在生產(chǎn)中，為了保證制品密度的一致，必須要求粉末松裝密度穩(wěn)定。

　　3結(jié)論

　　氧化鋁陶瓷的優(yōu)異性能來(lái)自氧化鋁的優(yōu)異特性，氧化鋁陶瓷生產(chǎn)從原料利用到生產(chǎn)規(guī)模都越來(lái)越廣泛，優(yōu)質(zhì)的氧化鋁價(jià)格昂貴，氧化鋁陶瓷生產(chǎn)歷經(jīng)原料的優(yōu)選與加工、配方的研制、成形方案的設(shè)計(jì)、坯體的干燥與素?zé)�、燒結(jié)溫度的制定和執(zhí)行、后精細(xì)加工等復(fù)雜冗長(zhǎng)的工序，批量生產(chǎn)若出現(xiàn)差錯(cuò)損失會(huì)很?chē)?yán)重，嚴(yán)格控制每一工序的質(zhì)量非常重要，而控制氧化鋁的純度、α-Al2O3含量、顆粒級(jí)配的穩(wěn)定性尤為重要，配合生產(chǎn)的要求進(jìn)行檢測(cè)，是最有效的監(jiān)控方式。

　　通過(guò)檢測(cè)保證生產(chǎn)質(zhì)量，通過(guò)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)研究，還能開(kāi)發(fā)出功能新穎、更符合現(xiàn)代需求的氧化鋁陶瓷產(chǎn)品。

　　氧化鋁的各項(xiàng)檢測(cè)的結(jié)果既相關(guān)又分別表述了不同特性，檢測(cè)做得越細(xì)對(duì)氧化鋁陶瓷的性能判定和了解也更精確，積累和總結(jié)檢測(cè)結(jié)果對(duì)氧化鋁陶瓷產(chǎn)品的研究和生產(chǎn)具有科學(xué)意義。

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