Al2O3陶瓷基片的制备与研究

论文摘要

Al2O3陶瓷常用的成型工艺有:流延成型、轧膜成型、注浆成型、凝胶注模成型等。其中凝胶注模成型具有设备简单、成型坯体组分均匀、不易变形、实用性强等优点,因此受到极大关注。本文以高纯的α-Al2O3为主要原料,以烧滑石、碳酸钙、高岭土的形式向其中加入MgO、CaO、SiO2等烧结助剂,采用凝胶注模工艺制备96Al2O3陶瓷基片。配制固含量高且稳定性能好的Al2O3基料浆是用该工艺生产Al2O3陶瓷基片的前提和关键环节。本文主要研究了pH值、分散剂、球磨时间分别对料浆悬浮性和稳定性的影响,包括Al2O3粉体ζ电位的测定、料浆沉降试验及粘度试验。ζ电位测定结果表明,分散剂显著的改变了粉体的ζ电位,IEP点由8.2降至5左右,含有分散剂且pH值在89左右时,粉体ζ电位的绝对值较大。沉降试验表明,在碱性范围内沉降百分数较小,料浆较稳定,分散剂含量存在最佳值为0.4%。粘度试验表明,当pH值在89左右、分散剂含量为0.4%、球磨24 h时,粘度值均为最小值,此时料浆的流动性能最好。按上述条件制备出Al2O3固含量为45vol%的Al2O3基料浆,经注模、凝胶、干燥得到素坯,在1530℃时烧结得到密度达3.7g/cm3,吸水率为0%的致密烧结体。其力学性能优良,显微硬度达1.49GPa,抗折强度达300.78MPa。并对材料的致密化过程进行了研究。利用SEM、热膨胀仪等仪器研究了96氧化铝陶瓷的显微结构、热学性能、电学性能、光学性能等。显微结构分析结果表明烧结体的晶粒均匀、排列整齐,气孔率较小。烧结体试样的平均热膨胀系数在20～1000℃时为8.34×10-6K-1。热扩散率在20～1000℃之间为0.0668～0.0154cm2/s,随着温度的升高而降低。电绝缘性能优良,体积电阻率在22～500℃时为6×1015～2×1010Ω·cm,电阻率随着温度的升高而降低。在测试频率范围内（1kHz～1MHz）,介电常数低（9.4,9.3）,介质损耗为2.2×10-3～5.4×10-3。介电常数随频率的升高而降低,之后保持不变。介质损耗随频率的升高,先减小,之后又增大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 2O₃ 的结构与性能'>1.2 α-Al₂O₃的结构与性能
• 2O₃ 陶瓷基片的特点'>1.3 Al₂O₃陶瓷基片的特点
• 2O₃ 陶瓷基片的制备'>1.4 Al₂O₃陶瓷基片的制备
• 1.4.1 轧膜法（Tape-calendering）
• 1.4.2 流延法（Tape-casting）
• 1.4.3 凝胶注模成型技术
• 1.5 凝胶注模成型的机理
• 2O₃ 料浆的性能'>1.6 Al₂O₃料浆的性能
• 1.6.1 悬浮体的粘度理论
• 1.6.2 悬浮体稳定理论
• 1.6.3 影响浆料稳定性和流动性的因素
• 2O₃ 陶瓷基片的烧结'>1.7 Al₂O₃陶瓷基片的烧结
• 2O₃ 的低温烧结研究概况'>1.7.1 Al₂O₃的低温烧结研究概况
• 1.7.2 无压烧结
• 1.7.3 液相烧结的致密化过程
• 1.8 问题的提出
• 1.9 本文的研究思路
• 第二章 试验原材料、试验设计及研究方法
• 2.1 试验原材料
• 2.2 工艺流程
• 2.3 试验性能测试与表征
• 2O₃ 粉体的ζ电位影响的试验'>2.3.1 pH 值对Al₂O₃粉体的ζ电位影响的试验
• 2O₃ 粉体ζ电位影响的试验'>2.3.2 分散剂对Al₂O₃粉体ζ电位影响的试验
• 2.3.3 pH 值对料浆沉降性影响的试验
• 2.3.4 分散剂含量对料浆沉降性影响的试验
• 2.3.5 pH 值对料浆粘度影响的试验
• 2.3.6 分散剂含量对料浆粘度影响的试验
• 2.3.7 球磨时间对料浆粘度影响的试验
• 2.3.8 烧结体体积密度、吸水率的测定
• 2.3.9 素坯及烧结体显微结构测试
• 2.3.10 抗折强度的测定
• 2.3.11 显微硬度的测定
• 2.3.12 烧结体热扩散率的测定
• 2.3.13 烧结体热膨胀系数的测定
• 2.3.14 烧结体体积电阻率的测定
• 2.3.15 烧结体介电性能的测定
• 2.3.16 烧结体白度的测定
• 2.3.17 烧结体光泽度的测定
• 2.3.18 烧结体粗糙度的测定
• 2O₃基水系料浆稳定性的研究'>第三章 Al₂O₃基水系料浆稳定性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 ZETA（Ζ）电位与料浆稳定性的关系
• 2O₃ 粉体的ζ电位影响'>3.2.1 pH 对Al₂O₃粉体的ζ电位影响
• 2O₃ 粉体ζ电位的影响'>3.2.2 分散剂对Al₂O₃粉体ζ电位的影响
• 3.3 沉降性与料浆稳定性的关系
• 3.3.1 pH 值对料浆稳定性的影响
• 3.3.2 分散剂含量对料浆沉降性的影响
• 3.4 粘度与料浆稳定性的关系
• 3.4.1 pH 值对料浆粘度的影响
• 3.4.2 分散剂含量对料浆粘度的影响
• 3.4.3 球磨时间对料浆粘度的影响
• 2O₃基料浆制备96 陶瓷基片的研究'>第四章 用Al₂O₃基料浆制备96 陶瓷基片的研究
• 4.1 引言
• 4.2 料浆的消泡
• 4.3 凝胶过程
• 4.4 凝胶方式
• 4.5 素坯的干燥
• 4.6 烧结致密化过程
• 4.7 显微结构分析
• 4.8 烧结体的热学性能研究
• 4.8.1 热扩散率与温度的关系
• 4.8.2 烧结体的热膨胀系数与温度的关系
• 4.9 烧结体电学性能的研究
• 4.9.1 烧结体的体积电阻率研究
• 4.9.2 烧结体介电常数与频率的关系
• 4.9.3 烧结体的介电损耗与频率的关系
• 4.9.4 烧结体抗击穿强度试验测定
• 4.10 烧结体的光学性能
• 4.10.1 烧结温度对烧结体的白度的影响
• 4.10.2 烧结体光泽度
• 4.11 烧结体的力学性能
• 4.12 烧结体的粗糙度
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢