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氧化铝陶瓷存在大量的晶界，在应力作用下，会产生晶界滑移，有望在低的温度下存在大的塑性。通过晶界滑移，能消耗应变能，所以氧化铝陶瓷还存在较大的韧性。氧化铝是产业界利用多的一种陶瓷资料，所以制备出氧化铝氧化铝陶瓷在产业上有很大的意思。

制备纳米氧化铝陶瓷重要从两个方面出发首先：是制备出团聚少或者无团聚的，存在较高烧结活性的氧化铝陶瓷体，用疏散性好，甚至单疏散的纳米粉体所制备的陶瓷坯体，气孔散布均匀，易于实现低温致密化而不产生晶粒的重大长大。其次是转变传统烧结工艺，除了利用机能良好的纳米粉，可供抉择的途径还有抉择恰当的增加剂跟采取新型的烧结方法等，其重要机制是升温快、高温时光短跟克制晶粒的长大。因为氧化铝须要在较高的温度下才干烧结，而氧化铝的晶界能很高，易导致晶粒的异样长大，因此在烧结进程中如何把持晶粒的成长很要害。

左亚球状α氧化铝的电镜图片，D=200nm；右球状的γ氧化铝的TEM照片D=8nm

产品图片来源：连连化学

下面将为大家介绍目前常用的氧化铝陶瓷体的制备方法及烧结手段。

　　一、氧化铝陶瓷体的制备

目前纳米粉体的合成已获得很大的发展，呈现了大量的新工艺，其制备方法重要以溶胶-凝胶法、积淀法、微乳液法跟法为主。下文将以如上多少个方法为线索，对纳米氧化铝相应的制备工艺做简介。

1、溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法制备氧化铝陶瓷体的基本原理是将前驱物(无机盐、金属醇盐或其余有机化合物)溶解于某种溶剂中，在一定温度跟酸度下与水产生反应，经水解跟缩聚进程而形成均一牢固的溶胶，而后经过陈化转变为凝胶，凝胶在真空状况下低温干燥，可得到氢氧化铝的超细粉，再经高温煅烧处理，即可得到氧化铝陶瓷末。

溶胶-凝胶法是目前在氧化物纳米粉制备中研究跟利用较多的一种方法，作为一种湿化学合成方法，存在设备简单，工艺易于把持，粉体纯度跟均匀度高，本钱低等优点。

热处理很要害：在2017年氧化铝专题会议上，连连化学的讲演“热处理进程对溶胶-凝胶法纳米氧化铝颗粒形貌跟晶相的影响”中提及热处理温度对氧化铝晶型及晶粒的影响，有提到想要获得全部γ-Al2O3氧化铝相，热处理温度必须把持在900℃；要想获得θ-Al2O3，热处理温度必须把持在900℃-1000℃；要想获得α-Al2O3，热处理温度必须把持在1000℃以上；晶粒的大小也可能通过热处理温度来把持。

2、积淀法

积淀法是在溶液中加入恰当的积淀剂得到陶瓷前驱体的积淀，再经过滤、洗涤、干燥、煅烧等工艺，得到氧化铝陶瓷粉末。积淀法操作简单、工艺流程短、本钱低，但制备进程中影响因素较多，如溶液的组成、浓度、温度跟时光等，且不易形成疏散粒子。为理解决制粉进程中形成的硬团聚，研究人员将超声波与积淀法相结合，制得了均匀粒径为12nm的氧化铝超细粉末。

选用不同的积淀剂会得到不同粒径的纳米粉体。研究人员以Al(NO3)3为原料，(NH4)2CO3为积淀剂，得到粒径为40~50nm的氧化铝陶瓷体；而以等同样以Al(NO3)3为原料，但积淀剂改为NH4HCO3，得到氧化铝陶瓷体粒度均匀、疏散良好，均匀粒径为20nm。

3、微乳液法

微乳液法是使互不相溶的两种溶液中的一种以渺小液滴(水相)的情势疏散于另一相中形成乳状液(W/O型)，而后用乳状液中的水相作为氧化物或氢氧化物微粒生成的微反应器，产生积淀反应，产生的微粒经洗涤、干燥、煅烧得到氧化铝陶瓷。全部进程个别包含微乳液体系的制备，氢氧化铝凝胶的制备，以及这两种体系混淆后利用超声波振荡疏散成均匀透明的微乳液，而后调pH值直至生成含水纳米氧化铝积淀。

微乳液法得到的粒子粒径小、散布均匀、牢固性高、重复性好，但因为产品粒子细致，固液分别难进行，抽滤跟离心后果不好。

4、法

法作为一种新的物理作用手段被引入了氧化铝陶瓷体的制备，它是将前驱物与混跟，经过引爆，利用进程中产生的高能量合成氧化铝陶瓷。

非通例的法与通例制取纳米氧化铝的方法比较，存在工艺进程简单，易于操作，实验的器材、原料都十分简单，设备及生产本钱低廉，合成反应速度快跟易放大产量，易于实现产业化生产的优点，因此，越来越多的研究者开端利用该方法来制取纳米资料。

　　二、纳米氧化铝陶瓷的烧结

以下介绍了纳米氧化铝的烧结方法，这些方法都是通过采取新的加热或加压方法，达到增进致密化、把持晶粒成长的目标。

1、热压烧结

热压烧结是在高温下加热粉体的同时施加单向轴应力，使烧结体的致密化重要依附外加压力作用下而实现物质的迁徙。

热压烧结可分为真空热压烧结、气氛热压烧结跟连续热压烧结等。热压烧结与常压烧结比较，烧结温度低得多。就氧化铝而言，常压下的个别烧结，必须烧至1800℃，而热压(20MPa)只有烧至1500℃左右。另外，因为在较低的温度下烧结，就克制了晶粒的成长，所得到的烧结体致密、晶粒较细、气孔率低、强度较高。

2、锻压烧结

锻压烧结是一种与热压烧结类似的烧结方法。跟热压烧结一样，锻压烧结也是在加热粉体的同时施加一定的压力，不同的是锻压烧结中样品先要成型，而烧结中不利用模具限度样品的径向形变。因为不模具的受压限度，锻压烧结可能在比热压烧结高得多的压力下进行，且烧结温度可能更低。

3、热等静压烧结

热等静压烧结是对坯体加热同时对其施加各向均衡的气体压力，可在较低的温度下制备出微观结构均匀、晶粒较细且完全致密的资料，并且可能获得庞杂外形的物件。但热等静压烧结须要对素坯进行包封或者预烧结，压力前提比较苛刻，因此实际利用操作比较艰苦。

4、微波烧结

在微波烧结时，资料将接收的微波能转化为内局部子的动能跟势能，使粒子的动能增加，烧结活化能降落，扩散系数进步，从而增进资料的致密化进程，因此晶粒还来不迭长大就已经被烧结致密化，这对克制晶粒的长大是很有效的。

比较之下，传统烧结时热量是通过对流、传导跟辐射传递的，热量是由外到内，达到完全致密化的时光长，所以很轻易导致晶粒的长大。应用微波烧结工艺可能在比通例烧结温度低100~150℃，仅用10~15min即可烧结获得纳米氧化铝陶瓷，且密度达到99%。

5、放电等离子烧结

放电等离子烧结是一种粉末疾速固结的新型技巧。SPS通过刹时产生的放电等离子使烧结体内部每个颗粒均匀地自身发热跟使颗粒名义活化，升温、降温速率快，保温时光短，因此存在十分高的热效力，在较低的温度跟比较短的时光就可能得到高品质的烧结体。

SPS炉子的基本硬件结构图

SPS水平的缩短了实验时光及能耗，同时又的坚持了资料的微纳结构,所得的烧结样品晶粒均匀、致密度高、力学机能好，因此自出生以来，敏捷成为了科学研究、新资料研发、产业生产等多个范畴的重要利器。

Thermal Technology's SPS system at the University of Arizona

亚利桑那大学的SPS热工体系