添加二氧化钛氧化铝的烧结 英文翻译_烧结过程对氧化铝

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添加二氧化钛氧化铝的烧结

CH婷，UNIVERSITI 国家能源阵，马来西亚 C。华谭，UNIVERSITI 国家能源阵，马来西亚 S.拉梅什*，UNIVERSITI 国家能源阵，马来西亚

WD腾，SIRIM Berhad公司，马来西亚

摘要

二氧化钛（TiO2）添加剂对氧化铝（Al2O3）烧结的影响进行了研究。在本研究中，在空气中从1250℃至1600℃温度范围内进行无压烧结制备了样品。对烧结体进行了测试，以确定体积密度、硬度和杨氏模量。结果表明，所有掺杂TiO2的样品比未掺杂的样品具有较高的堆积密度。结果发现，随着温度的升高，堆积密度逐渐增大。在1450℃下，最大值为掺杂有1.0 wt%的TiO2 烧结的样品，堆积密度达到3.9米Mgm-3。该研究显示，所需添加剂的最佳用量为1 wt%，烧结体呈现最高的杨氏模量为381 GPa和维氏硬度比为16.5 GPa，未掺杂的氧化铝的杨氏模量为256.7 GPa和维氏硬度比为11.2 GPA。掺杂氧化钛是改善的Al2O3的致密化，而不会影响机械性能的一个经济的方法。关键词： 氧化铝，氧化钛，烧结，力学性能

1引言

氧化铝是最成熟的工程陶瓷，具有高硬度、良好的耐磨性和优良的电绝缘性能，但具有相对较低的强度以及断裂韧性。例如，高纯度的氧化铝已被设计作为一种替代外科金属合金为全髋关节假体和牙植入非常坚韧，是生物惰性组分[1]。在整形外科应用的关节方面，由于氧化铝高硬度，低摩擦系数和优异的耐腐蚀性。其提供了一个非常低的磨损率。

研究提高机械性能，如断裂韧性和强度的已取得进展。该方法一直是试图控制微结构，如晶粒尺寸和晶界相[2,3]，或添加第二相（例如，球形颗粒，血小板，纤维或晶须）[4,5]。例如，已经报道了纳米尺寸的碳化硅颗粒-增强的氧化铝复合材料改进了机械，如抗弯强度（350-1050兆帕）和断裂韧性（3.5-4.7 MPa.m 1/2）特性相比单片氧化铝[6-8]。但是这种方法有一个缺点，因为它需要使用压力辅助烧结方法，例如热压或热等静压可以是资本密集型的。

另一种经济的技术，以改善的致密化 的Al 2 O 3 由无压烧结是通过将适当的低温烧结的添加剂，例如二氧化钛。这种添加剂会融化在相对较低的温度，从而促进颗粒固结到迅速进行，而无需施加压力。在本文中，报告对氧化铝烧结行为加入少量的二氧化钛（TiO 2 的）的影响。2，方法和材料

在作为接收的市售原料为：99.8％纯的Al 2 O 3（共立有限公司，日本）和99.99％纯度的氧化钛（TiO 2）在本研究中使用。化学分析和氧化铝粉末的性质示于表1中。

表1 特性的原料氧化铝粉末。

在本工作中，TiO 2 的范围从0.05〜5重量％被并入氧化铝粉末通过湿法研磨技术。湿浆料进行干燥，粉碎和筛分，得到的细粉。绿色的样品进行了单轴压实在2.5-3.0兆帕接着进行冷等静压，在200兆帕制成。绿色的样品在温度采用10℃/ min的升温速率从1250℃到1600℃无压烧结在空气中。和2小时保温时间。所有烧结样品进行抛光，以测试前一个1微米的表面光洁度。烧结试样的堆积密度按水浸法（梅特勒-托利多，瑞士）进行测定。用维氏压痕法（松泽，日本）测定硬度。压痕载荷（

在氧化铝陶瓷的体积密度的TiO 2 掺杂的影响示于图 1，这可以从图中观察到的总的趋势。图1是氧化铝陶瓷的体积密度增加，烧结温度范围从1250℃至1500℃的最含有多达5.0重量％的TiO 2 的样品的同时将未掺杂的样品表现出增加的趋势中密度高达1600℃的温度C.堆积密度为掺杂1.0％（重量）的TiO 2 样品保持不变，即使从1400℃的温度进一步升高 在未掺杂的样品的相对密度低，即〜理论密度时，在1400℃下烧结，61.4％，然而，显著随着烧结温度来〜时，在1600℃下烧结理论密度的97.8％增加

与此相反，图 图1示出了另外的TiO 2 的高达5％（重量）确实是有益的添加Al 2 O 3 的致密化在低温下烧结。例如，人们发现，所有这些都被烧结在1450℃下在TiO 2 掺杂的样品，如果相比于未掺杂的陶瓷86.8％达到相对密度在96％以上，如表2，另外，如图所示。1，即在Al 2 O 3 含有多达1.0重量％的TiO 2达到的恒定密度〜3.9 MGM-3后1450℃下烧结，如果相比于1600℃下在未掺杂的陶瓷来实现类似的密度/结果表明，二氧化钛的Al 2 O 3 的在较低温度下 2 促进致密化。

表2。相对容重氧化铝陶瓷方面的TiO2添加的。

图1。堆积密度的变化作为烧结温度的函数。的TiO 2 的掺杂对氧化铝陶瓷的硬度的影响，提出了图。2，TiO 2 的掺杂的氧化铝样品的硬度时，在1250℃下烧结的被发现是比未掺杂的样品（如测得的硬度为6.4 GPA为5.0重量％的TiO 2 掺杂的样品相比的更高约1.1 GPA对于未掺杂样品）。总体而言，所有样品的硬度随烧结温度和未掺杂的氧化铝陶瓷达到大约为18GPa的硬度随着烧结温度提高到 1600℃。

但是，当在1500℃下烧结，而2.0％（重量）TiO 2的硬度2掺杂在1400℃下轻微下降的TiO 2 掺杂的样品为0.5％（重量）和1.0％（重量）的硬度下降 上述16 GPA最高的硬度达到了为0.5％（重量），当在1450℃下烧结1.0重量％的TiO 2掺杂的氧化铝陶瓷

图2 TiO2和烧结温度对Al2O3的维氏硬度的影响。的杨氏模量，烧结体的烧结温度和TiO 2 的增加之间的关系示于图 3。

图3。TiO 2 和烧结温度对杨氏模量的Al 2 O 3 的效果。

在一般情况下，在所有研究的组合物的杨氏模量的变化示出了随烧结温度有类似的趋势。这可以从图制成的一般观察。图3是掺杂有对杨氏模量的氧化铝陶瓷的良好效果，即掺杂的样品的模量一般比的未掺杂更高无论烧结温度的。TiO 2为特别为1重量％的添加量在提高杨氏模量的有益效果已经显现出来。杨氏模量增加至381 GPA的最大值，然后当在1500℃烧结轻微下跌至379〜GPA 杨氏模量的变化趋势与堆积密度的趋势相一致，如图所示。1。

4结论

添加少量的钛氧化物高达5％（重量）的已被发现有益于帮助氧化铝陶瓷的烧结。所有的TiO 2掺杂的Al 2 O 3能在低温下，例如1450℃下烧结，获得上述理论密度的96％，如果相比于未掺杂陶瓷的86.8％。加入TiO 2为1.0％（重量）被认为是最有益的，因为该样品表现出的16.49 GPa和杨氏模量为381.2 GPA最高的硬度时，在1450℃下烧结 目前的工作已证明在经济方面和掺入少量的TiO 2 在寻求帮助氧化铝的致密化在低温下没有显著影响其他性能，如硬度的潜力。

致谢

笔者想感谢科技部，技术和创新马来西亚（MOSTI）根据科学基金项目编号03-02-03-SF0011提供的财政支持。此外，在开展这项研究提供UNITEN和SIRIM Berhad公司的支持表示感谢。

参考

[1] RS 趋势生物计 罗伊，M.米特拉＆D八宿，“基于氧化铝髋关节假体，力学性能表征”。ARTIF。机关，第一卷。18，页166-173，2005。

[2] P.士丹利，“与陶瓷设计概率基础”，英国人。陶瓷。论文集，第一卷。49，页167-173，1993。

[3] JD伯查尔和DR Stanely，“先进结构陶瓷关键需求”，英国人。陶瓷。论文集，第一卷。49，127-164，1993。

[4]十洋和MN RAHAMAN，“血小板的SiC增强Al 2 O 3 复合材料涂层粉末的烧结自由”，英国人。陶瓷。论文集，第一卷。50，页702-709，1994。[5]胡CL和MN RAHAMAN，“碳化硅晶须增强的Al 2 O 3 复合材料涂层粉末的烧结自由”，J.是。陶瓷。志，第 76，页2549至2954年，1990年，[6] K.Niihara，“结构陶瓷的全新设计理念-陶瓷纳米复合材料”，J.Ceram.Soc。JPN，第一卷。99，页974-982，1991。

[7] J.赵，LC贝尔斯登，MP哈默，HM陈和GA米勒，“氧化铝-碳化硅纳米复合材料的力学行为”，J.是。陶瓷。志，第 76，页503-510，1993。[8]谢世雄 金，Y.-H.金，关野吨，光新原和SW李“的热压氧化铝-碳化硅纳米复合材料的摩擦学性能，” 在材料技术和材料加工，第一卷 进展。6，页17-22，2004。

[9] ASTM E1876-97（1998）的标准试验方法动态杨氏模量，剪切模量和泊松比通过振动脉冲激励，美国ASTM标准年鉴。