氧化铝陶瓷在烧结过程中体积缩小的原因

一、气体与杂质的流失

1. 气体流失：

• 氧化铝粉和陶瓷胚体中含有较多的气体和气孔。

• 在高温烧结环境下，如1600℃左右，胚体中的气体会受热膨胀并逸出，导致体积减小。

2. 杂质蒸发：

• 氧化铝粉中可能含有各种杂质，这些杂质在高温下会分解并蒸发。

• 杂质的蒸发同样会导致陶瓷体积的缩小，并使氧化铝颗粒结合得更紧密。

二、水分蒸发与颗粒重排

1. 水分蒸发：

• 陶瓷胚体中含有一定量的水分，这些水分在高温下会迅速蒸发。

• 水分的蒸发会导致体积的减小，并为后续的颗粒重排提供了空间。

2. 颗粒流动与重排：

• 随着烧结温度的升高，氧化铝颗粒的流动性增强。

• 颗粒会自动填充胚体中的空隙以及气体、杂质、水分蒸发后留下的孔隙，导致体积进一步减小。

三、微观结构变化与致密度增加

1. 微观结构变化：

• 在高温烧结过程中，氧化铝陶瓷的晶体结构会发生变化，朝着液相靠近。

• 晶粒逐渐长大，颗粒间的接触方式由点接触转变为面接触，孔隙逐渐封闭并孤立分布。

2. 致密度增加：

• 随着烧结的进行，陶瓷的致密度逐渐增加，孔隙率降低。

• 致密度的增加是导致体积缩小的另一个重要因素。孔隙的减少使得陶瓷体变得更加紧密，体积相应减小。

四、烧结阶段的影响

1. 烧结初期：

• 气温逐渐上升，坯体开始逐渐缩小。此时致密度和烈度变化不大，但容易出现开裂现象。

• 粘结剂、水分等开始脱除。

2. 烧结中期：

• 气温出现小幅变化，体积继续缩小，致密度变化增大。

• 颗粒间不存在点接触现象，孔隙减少，坯体可能因烧结而变形和开裂。

3. 烧结后期：

• 气温明显上升，相关变化都变大，致密度和烈度达到极限。

• 孔隙更小且孤立分布，晶粒长大显著。

五、其他因素

• 烧结温度：烧结温度越高，体积收缩率越大。这是因为高温下晶粒长大更多，使得试样中间的空隙更小。

• 固相含量：在烧结致密化过程中，随着固相含量的增加，氧化铝颗粒间的堆积密度增大，导致收缩变小。但固相含量过低时，较大的线性收缩可能造成坯体开裂或内部结构坍塌。

• 添加剂：某些添加剂如SiO2、MgO等能与Al2O3低温生成液相，促进烧结过程；而TiO2、Cr2O3等则能与Al2O3形成固溶体，增强晶格缺陷并活化晶体。这些添加剂的使用也会影响烧结过程中的体积变化。