林珊

摘 要：本文通過對氧化鋁原料理化性能對氧化鋁陶瓷生產(chǎn)的影響進行分析，提出在氧化鋁陶瓷生產(chǎn)中應該進行的檢測要求，檢測結果可為生產(chǎn)和科研提供有效數(shù)據(jù)，保證產(chǎn)品的性能和質量。

關鍵詞：氧化鋁；氧化鋁陶瓷；檢測

1 前言

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用最廣、產(chǎn)量最大的陶瓷。據(jù)不完全統(tǒng)計，氧化鋁陶瓷的應用包括：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。

氧化鋁陶瓷中氧化鋁粉的加入量對產(chǎn)品有不同的影響，氧化鋁的理化特性對產(chǎn)品的影響非常明顯，檢測并控制氧化鋁粉的特性指標對生產(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%以上都歸為普通高鋁瓷。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，比如化學成分、晶型組成、微觀結構、顆粒級配等，這些特性正是影響產(chǎn)品的重要因素。由于各項特性指標的不同，可能導致生產(chǎn)過程中產(chǎn)品收縮程度不同、燒結溫度不同，而最終使產(chǎn)品性能大打折扣。研究氧化鋁的特性及檢測方法，分析檢測數(shù)據(jù)的變化，對生產(chǎn)用料及生產(chǎn)工藝都有指導意義。

目前最常用的氧化鋁及產(chǎn)品的檢測方法有很多，氧化鋁粉檢測的國家標準為《GB/T6609-2009氧化鋁化學分析方法和物理性能測定方法》系列，該法對氧化鋁樣品的化學成分、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)、流動指數(shù)等的檢測都進行了規(guī)定。與氧化鋁相關的國家標準還有：《GB/T 2479-2008普通磨料：白剛玉》、《GB/T 3044-2007 白剛玉、鉻剛玉化學分析方法》、《GB/T 15154-1994 電子陶瓷用氧化鋁粉體材料》等。

而關于氧化鋁陶瓷產(chǎn)品，無論是國家標準，行業(yè)標準都非常多，比如《GB/T 27979-2011 氧化鋁耐磨陶瓷復合襯板》、《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。

本文主要是通過分析氧化鋁原料理化特性對氧化鋁陶瓷生產(chǎn)的影響，提出相應的檢測方法，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)，以便使結果更具針對性，為產(chǎn)品研究和質量控制提供科學的幫助。

2 氧化鋁的理化性能對氧化鋁陶瓷生產(chǎn)的影響及檢測

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，最常見的3種是α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3。

α-Al2O3的特點是晶體結構緊密，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有較強的吸水性，并在加熱至1200℃以上不可逆地轉變?yōu)棣痢狝l2O3，同時伴有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，在制坯前應該對工業(yè)Al2O3進行預燒，目的就是消除過大收縮和除去Na2O等物質，提高原料的純度。

隨著產(chǎn)業(yè)分工細化，工業(yè)氧化鋁的預燒由氧化鋁生產(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氧化鋁化學分析方法和物理性能測定方法》標準第34部分，大于98%質量分數(shù)的氧化鋁含量需檢測其雜質含量后再進行計算，GB/T6609標準第1～21部分是對氧化鋁中可能存在的化學成分進行檢測的方法，其中原子吸收光譜法、分光光度法為主要方法。比較先進的方法是用X射線熒光光譜法迅速測定氧化鋁粉末中的全部化學成分，該法的測定范圍更大，氧化鋁含量大于45%均在該法的測定范圍。氧化鋁質量分數(shù)大于99.9%的氧化鋁則需要更高科技的檢測方法，如ICP-MS方法。

其次是要測定α-Al2O3的含量，依據(jù)GB/T6609標準第32部分，規(guī)定了測定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具有較強的化學活性，對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1400℃的預燒，其中的γ—Al2O3轉換成α-Al2O3，松散的粉體會結聚，轉換后的α-Al2O3晶粒會長大，所以使用預燒過的氧化鋁需進行研磨，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，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，進行原料和配料的顆粒級配監(jiān)控，保證原料的穩(wěn)定性。

《GB/T6609氧化鋁化學分析方法和物理性能測定方法》標準中對20μm和更大粒度的氧化鋁顆粒度的測定規(guī)定了3個方法，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。對于微小粒度的氧化鋁粉末的顆粒度測定，無論是專門的檢測機構還是企業(yè)的質量監(jiān)控都是采用激光粒度儀進行檢測。

經(jīng)過1400℃預燒的氧化鋁，其顆粒呈不規(guī)則的長片狀，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）。研磨時間越長，顆粒越細，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)，可以進行原料和制品的微觀結構檢測和研究，通過掃描電鏡檢測可獲得放大至幾十萬倍的顆粒形貌，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，不同大小的顆粒級配互相填充能得到相對致密的坯體，并且坯體不易斷裂，制品的強度、韌性等機械性能相對更好。

2.3流動性與分散性

氧化鋁無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性和分散性，工業(yè)氧化鋁是松散的結晶粉末，分散度較高；高溫煅燒過的氧化鋁，已形成長片狀，分散性較差，流動性也差。經(jīng)過研磨，顆粒形狀改善，流動性提高，分散性也得到提高。

《GB/T6609氧化鋁化學分析方法和物理性能測定方法》標準第31部分：流動角的測定、第36部分：流動時間的測定，可以評價氧化鋁的流動性與分散性。第24部分：安息角的測定也可以評價氧化鋁的一些性能。如當氧化鋁的粒徑越小，安息角會較大；氧化鋁的粒子比較光滑，安息角就會較小，間接表征了原料的流動性與分散性。

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，需要加入粘結劑。配料達到合適的塑性指數(shù)，成形效果最好，坯體干燥時不易開裂。對于不同氧化鋁加入量的制品配方，粘結劑的加入量也不一樣，對于每一配方都有適合的塑性指數(shù)，研究塑性指數(shù)與制品性能的關系，調節(jié)粘結劑的加入量，對于生坯干燥和素燒工序的時間和溫度設定能提供有效依據(jù)。塑性指數(shù)由可塑性儀進行測定。

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，嚴重時造成產(chǎn)品尺寸差異或變形、開裂等。經(jīng)過預燒和研磨的氧化鋁顆粒形狀比較對稱，這種負面的影響會降低。檢測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)品質量。測定收縮率由車間進行更合理，樣片的產(chǎn)銷壓力、煅燒過程與產(chǎn)品的條件一致，結果更接近生產(chǎn)需要。

2.5其他相關指標

氧化鋁陶瓷的優(yōu)異性能源自優(yōu)質氧化鋁原料的加入，評價氧化鋁質量的指標有很多，其中比重也是重要指標之一。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。通過測定原料比重可以初步判定α-Al2O3的含量是否滿足使用要求。比重測定用比重瓶法，也可以用真密度儀法。

《GB/T6609氧化鋁化學分析方法和物理性能測定方法》標準有對氧化鋁松裝密度、有效密度、吸附指數(shù)、磨損指數(shù)、比表面積的檢測方法，對不同產(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 結論

氧化鋁陶瓷的優(yōu)異性能來自氧化鋁的優(yōu)異特性，氧化鋁陶瓷生產(chǎn)從原料利用到生產(chǎn)規(guī)模都越來越廣泛，優(yōu)質的氧化鋁價格昂貴，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、成形方案的設計、坯體的干燥與素燒、燒結溫度的制定和執(zhí)行、后精細加工等復雜冗長的工序，批量生產(chǎn)若出現(xiàn)差錯損失會很嚴重，嚴格控制每一工序的質量非常重要，而控制氧化鋁的純度、α-Al2O3含量、顆粒級配的穩(wěn)定性尤為重要，配合生產(chǎn)的要求進行檢測，是最有效的監(jiān)控方式。

通過檢測保證生產(chǎn)質量，通過對檢測數(shù)據(jù)的系統(tǒng)研究，還能開發(fā)出功能新穎、更符合現(xiàn)代需求的氧化鋁陶瓷產(chǎn)品。

氧化鋁的各項檢測的結果既相關又分別表述了不同特性，檢測做得越細對氧化鋁陶瓷的性能判定和了解也更精確，積累和總結檢測結果對氧化鋁陶瓷產(chǎn)品的研究和生產(chǎn)具有科學意義。

參考文獻

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