温度对氧化铝粉体收缩率的影响及其烧结过程分析

东超新材料 2024-07-30 16:42:48

温度对氧化铝粉体的收缩率有着显著影响。在高温条件下,氧化铝的各种相态会转变为α氧化铝,这一转变过程是不可逆的。随着温度的升高,α氧化铝晶粒会逐渐长大。由于α氧化铝的蒸气压极低且熔点极高,因此在高温下,气相迁移对晶粒生长的贡献较小,而固相迁移成为主导。

在1200至1250℃的温度范围内,氧化铝粉体的线收缩并不明显,这主要是由于大量的位错活动所致。位错在粒子间形成颈部区域产生大的剪切应力,进而驱动位错运动,导致晶粒旋转和致密化。

当烧结温度升至1250至1400℃时,氧化铝粉体的晶粒开始相互接触并连成一体,整体移动停止,此时坯体的线收缩率显著增加。在这一阶段,相对细小的晶粒通过位错运动向较大晶粒聚集,实现烧结收缩。

超过1400℃后,晶粒明显长大,坯体的线收缩率进一步增大。这一温度段的烧结主要通过晶格或晶界扩散,将晶粒间的物质迁移至颈部表面,消除晶界上的气孔,形成连续的气相,从而与氧化铝相形成双连续相网状结构。因此,在1550℃时,这种亚微米级氧化铝粉体的烧结达到最佳效果。

总结来说,氧化铝粉体的收缩率随温度升高而增加,其中1200至1250℃为初期烧结阶段,1250至1400℃为晶粒连结和收缩阶段,而1400℃以后则主要通过晶格和晶界扩散实现坯体的进一步收缩,直至1550℃达到最佳烧结温度。

收缩率对氧化铝材料的性能有多方面的影响。在高温下,氧化铝材料经历相转变和晶粒生长,这一过程中收缩率的变化直接影响材料的最终性能。收缩率的增加通常伴随着机械强度的提高、热导率的增加、电绝缘性的改善、耐磨损性的增强以及烧结密度的提高。然而,收缩率的不均匀分布可能导致尺寸精度的问题,影响材料的微观结构,并在烧结过程中产生内部应力,进而引发裂纹,降低材料的机械性能和可靠性。此外,收缩率的变化还会影响材料的光学性能和热膨胀系数,影响材料在温度变化时的尺寸稳定性。因此,在氧化铝材料的设计和加工过程中,精确控制收缩率是确保材料性能的关键因素。

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