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高纯氧化铝粉体是纯度在99.99％以上的超微细粉体材料,它作为一种精细化工产品在国内外发展极为迅速,用途相当广泛,几乎涉足于国民工业的各个领域。高性能的氧化铝粉体要求做到高纯超细、较窄的粒径分布和无硬团聚。目前,生产高品质透明氧化铝陶瓷产品的高纯氧化铝粉体原料主要被国外厂家所控制。国内生产氧化铝粉体的单位很多,但真正能批量生产高纯度并有一定市场份额者屈指可数。近年来国内虽然在纯度以及微量杂质元素控制技术上实现了突破,但是还存在以下两个问题:一是粉体批次的稳定性相对较差;二是粉体的粒度分布以及团聚情况还没有得到很好的解决。
针对以上问题,本课题开展了以下研究内容:研究市售氧化铝粉体处理技术,包括降低微量杂质的纯化技术和粒度分布调控与分散技术。此外,尝试了采用改性处理的高纯度氧化铝粉体,并结合不同的成型工艺来制备了陶瓷金卤灯用透明氧化铝管部件以及透明氧化铝红外头罩材料。取得的主要结果如下:
1、采用氢气和氯气的混合气体,反应生成的HCl高温下能够有效降低Al2O3粉体中Fe、Na、K、Mg、Ca几种杂质元素的含量;
2、通过在国产高纯度氧化铝粉体中添加分散剂进行湿法研磨,能够显著改善粉体的团聚,得到具有较好的分散性能和类似球形的形貌,粒径呈单峰分布且中位粒径在D50在1μm左右。
3、新乡氧化铝粉体添加少量氧化镁为烧结助剂,在1500℃低温烧结,得到相对密度为98%,平均抗弯强度达到545MPa,晶粒尺寸为2～3μm的细晶高强氧化铝陶瓷。
4、采用新乡粉体为原料,分别掺杂MgO、ZrO2、La2O3作为烧结助剂,都有助于降低烧结温度、提高透明氧化铝陶瓷的透过率,其中MgO、ZrO2的掺杂对晶粒的发育没有明显作用,而La2O3的掺杂有效地抑制了晶粒的异常长大,使陶瓷具有均一的显微结构。
5、采用不同的成型工艺,经真空烧结成功制备了高光学质量的陶瓷金卤灯用一体化透明氧化铝陶瓷管和红外窗口用透明氧化铝头罩。