中國粉體網(wǎng)訊 氧化鋁陶瓷具有機械強度高、高硬度、耐磨耐腐蝕、耐高溫、質(zhì)量輕、絕緣性好等特點，廣泛應(yīng)用于紡織、煤炭、石油、化工、電子及建筑等行業(yè)，是一種成本低廉用途廣泛的陶瓷材料。但因單純的氧化鋁陶瓷韌性差，強度和耐磨性有待提高，限制其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴寬。利用多元相協(xié)同改性成為提高氧化鋁陶瓷力學(xué)性能和耐磨性能的研究方向。
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稀土陽離子半徑較鋁離子大很多，離子半徑的差距使它們難以固溶，因此稀土元素主要存在氧化鋁晶界上，并且具有玻璃網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的稀土氧化物體積較大，難以移動，阻礙了其他離子遷移，使晶界遷移速率降低，抑制晶�；伍L大，使結(jié)構(gòu)致密。摻入晶界玻璃相的稀土氧化物能夠改善玻璃相的強度進(jìn)而增強陶瓷的力學(xué)性能。稀土氧化物添加越多，降低燒結(jié)溫度的效果越明顯，但是過量的添加會使陶瓷力學(xué)性能變差。
對氧化鋁陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的影響
將La2O3、Y2O3、CeO2摻雜后，晶粒尺寸會減小，說明稀土氧化物有細(xì)化晶粒的作用，但是隨著稀土氧化物摻量的增加，陶瓷晶粒尺寸都逐漸增大，同時，液相量也逐漸增加。這種現(xiàn)象可能的解釋為：稀土離子由于離子半徑較鋁離子大很多，幾乎不在氧化鋁中固溶，主要存在于晶界玻璃相中，同時，具有玻璃網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的稀土氧化物阻礙了離子的遷移，抑制晶粒生長，細(xì)化了晶粒，但過量的稀土氧化物添加則會增加液相量降低液相粘度，促進(jìn)離子遷移，使晶粒過分生長，晶粒尺寸變大。
對氧化鋁陶瓷硬度的影響
用La2O3、Y2O3等稀土氧化物摻雜的氧化鋁陶瓷硬度隨著摻量的增加都呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，有峰值存在，這種現(xiàn)象可能的原因是：適量的稀土氧化物添加可以細(xì)化晶粒，同時增加液相量，填充晶粒間隙，使致密度上升，硬度增加，但是隨著稀土氧化物的過量添加，晶粒尺寸增大、間隙增多對致密度和硬度的負(fù)面作用難以抵消，表現(xiàn)為硬度逐漸降低。
對氧化鋁陶瓷摩擦磨損性能的影響
王韜等研究發(fā)現(xiàn)，氧化鋁陶瓷磨損表面經(jīng)歷了4個過程：晶粒的斷裂和拔出、摩擦層形成、摩擦層面積增加和裂紋的增加，氧化鋁陶瓷在磨損中脫落的晶粒會保留在摩擦界面上，在表面應(yīng)力作用下形成光滑的摩擦層，摩擦層由兩種對磨材料的磨屑組成，可以降低陶瓷的磨損率。
氧化鋁陶瓷磨損機制以磨粒磨損為主，適量的稀土氧化物摻雜可以提高陶瓷的耐磨性。
對氧化鋁陶瓷相對密度的影響
經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，隨著摻雜量的不同，Y2O3、CeO2摻雜的氧化鋁陶瓷相對密度都呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。同時發(fā)現(xiàn)添加Y2O3的氧化鋁陶瓷相對密度比摻雜CeO2和La2O3的氧化鋁低。
出現(xiàn)上述現(xiàn)象可以做如下解釋：（1）稀土離子的半徑較大，很難與氧化鋁形成固溶，主要存在于液相中，降低了液相粘度，同時，稀土氧化物能夠促進(jìn)氧化鋁與其它添加劑組分的化學(xué)反應(yīng)，增加液相量，添加少量稀土氧化物有利于液相的生成，加快氣孔排除，提高陶瓷密度。（2）高熔點的稀土氧化物添加提高了陶瓷燒結(jié)溫度，同時稀土離子具有較大的離子半徑，阻礙了其它離子的遷移，過量的添加稀土氧化物，不利于陶瓷燒結(jié)，使致密化程度降低。
結(jié)語
稀土是寶貴的資源，具有特殊的電子結(jié)構(gòu)，利用其改性的氧化鋁在催化材料，陶瓷材料等行業(yè)有重要用途。在稀土改性氧化鋁中，要根據(jù)需要選擇合適的稀土元素，同時也要注重不同稀土元素之間的復(fù)合，發(fā)揮出協(xié)調(diào)作用。
參考來源：
[1]史建公等.稀土元素對氧化鋁性能影響的研究進(jìn)展
[2]楊尚余等.稀土氧化物摻雜對氧化鋁陶瓷力學(xué)性能和摩擦磨損性能的影響
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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