图1是铝粉粒度为20μm、铝粉加入量为1.6wt%条件下,成型压力与多孔氧化铝陶瓷烧成线收缩率的关系。
图1成型压力对多孔氧化铝陶瓷烧成收缩率的影响
由图可知,随着成型压力增大,烧成线收缩率逐渐减小。这是因为,将铝粉引入陶瓷坯体中时,由于坯体内部粉体颗粒堆积方式不同,铝粉所处的环境也不同,这主要可以分为两种,第一种就如图2中坯体阶段所示。铝粉与小颗粒粉体一起填充于大颗粒粉体的间隙,由于大颗粒间隙体积较大,此时的铝粉所处的环境比较宽松。当陶瓷坯体进入烧制时,铝粉与高温环境中的氧进行氧化反应产生体积膨胀,处于第一种环境中的铝粉膨胀增大的部分体积仍小于大颗粒间隙受到铝粉与小颗粒填充后剩余的体积,此时铝粉膨胀不对周围颗粒产生挤压作用,故也不会对陶瓷材料的体积产生影响,其情况如图2中的烧制阶段所示。
图2不同工艺阶段,处于宽松环境中的铝粉的状态变化
而第二种则如图3中坯体阶段所示,只有铝粉颗粒单独填充于大颗粒粉体的间隙之中,由于大颗粒间隙体积较小,此时铝粉所处环境则比较逼仄。当陶瓷坯体进入烧成阶段,铝粉氧化产生统计膨胀后增大的部分体积已经超过了大颗粒间隙被填充后剩余的体积,此时大颗粒间隙无法包容铝粉,铝粉必然对周围颗粒施加挤压力,使其向外移动,在宏观上增大了陶瓷的体积,使陶瓷产生膨胀,用以抵消后期的烧成收缩,其情况如图3中的烧制阶段所示。
图3不同工艺阶段,处于逼仄环境中的铝粉的状态变化
实际上,铝粉所处的这两种环境都必然存在于陶瓷坯体中,但是其存在的比例却受到成型压力的影响,当成型压力较小时,陶瓷坯体内部处于疏松的状态,此时铝粉所处环境应以第一种为主,而第二种环境较少。而由于铝粉处于第二种环境的数量较少,其可产生的用以抵消烧成收缩的量自然也较少,故陶瓷烧成线收缩率相对较大。而随着成型压力增大,陶瓷坯体内部逐渐密实,铝粉所处环境逐渐由第一种为主转向第二种为主,此时处于第二种环境中的铝粉增多,使陶瓷坯体的膨胀量逐渐增大,对烧结致密化引起的收缩的抵消程度也逐步增大,直至完全抵消,甚至使陶瓷坯体出现了膨胀。故成型压力为10MPa时,多孔氧化铝陶瓷线收缩率为1.5%,陶瓷材料尚处于收缩状态;当成型增大到15MPa及20MPa时,陶瓷材料的烧成线收缩率分别为0.2%及-0.65%,基本达到了陶瓷零收缩的状态;继续增大成型压力至25MPa和30MPa,陶瓷材料收缩率分别为-1.4%及-2.0%,陶瓷材料出现膨胀。
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